SergObsidian/PERSONAL PROJECTS/PS1 DOCS/PS1 IRQ.md

Прерывания (Interrupts) на PlayStation 1: Зачем они нужны и как работают?

Прерывания в PS1 — это механизм, позволяющий процессору мгновенно реагировать на критичные события (например, завершение рендеринга кадра или чтение с диска), не требуя постоянного опроса (polling). Они играют ключевую роль в синхронизации и эффективности системы.

---

1. Основные типы прерываний

В PS1 есть несколько аппаратных прерываний, каждое обслуживает свою задачу:

Прерывание	Источник	Задача
IRQ0	VBlank (вертикальная синхронизация)	Оповещает о завершении рендеринга кадра. Используется для обновления графики.
IRQ1	GPU	Генерируется при ошибках GPU (например, переполнение буфера команд).
IRQ2	CD-ROM	Сигнализирует о завершении чтения данных с диска.
IRQ3	DMA	Уведомляет о завершении передачи данных (например, в VRAM).
IRQ4	Timer (таймер)	Используется для точного измерения времени.
IRQ5	Контроллеры (геймпады)	Обработка ввода игрока.
IRQ6	SPU (звук)	Прерывание от звукового процессора (например, окончание воспроизведения сэмпла).

---

2. Зачем они нужны?

(1) Синхронизация графики (VBlank)

Без прерывания IRQ0 (VBlank) игра не могла бы:

• Плавно обновлять кадры (без разрывов изображения).
• Безопасно изменять VRAM (иначе артефакты).

Пример кода:

wait_vblank:
    li $t0, 0x1F801070  # I_STAT (регистр статуса прерываний)
    lw $t1, 0($t0)
    andi $t1, 0x1       # Проверяем бит IRQ0 (VBlank)
    beqz $t1, wait_vblank
    nop
    jr $ra

---

(2) Асинхронная работа с CD-ROM

Прерывание IRQ2 позволяет:

• Читать данные с диска без блокировки основного цикла игры.
• Загружать уровни/аудио в фоне.

Пример:

cd_read_done:
    # IRQ2 вызвано — данные готовы
    la $t0, cd_buffer
    sw $t0, 0x1F8010A0  # DMA CD-ROM
    jr $ra

---

(3) Обработка ввода (геймпады)

Прерывание IRQ5 сообщает:

• Когда игрок нажал кнопку (без задержек).
• Поддерживает вибрацию (если есть DualShock).

Пример:

read_pad:
    li $t0, 0x1F801040  # SIO_DATA
    lw $t1, 0($t0)      # Чтение кнопок
    andi $t1, 0xFF      // Фильтруем биты
    jr $ra

---

3. Как работают прерывания?

1. Аппаратное событие (например, завершение VBlank) устанавливает флаг в I_STAT (0x1F801070).
2. Процессор приостанавливает текущий код и переходит к обработчику прерывания (адрес задаётся в $k0).
3. Обработчик:
   • Сохраняет регистры в стек.
   • Выполняет нужные действия (например, обновляет графику).
   • Очищает флаг прерывания.
   • Восстанавливает регистры и возвращает управление.

Пример обработчика на ассемблере:

irq_handler:
    addiu $sp, -32      # Резервируем стек
    sw $ra, 0($sp)      # Сохраняем $ra
    sw $a0, 4($sp)      # Сохраняем аргументы

    # Проверяем источник прерывания
    li $t0, 0x1F801070
    lw $t1, 0($t0)
    andi $t2, $t1, 0x1  # IRQ0 (VBlank)?
    bnez $t2, handle_vblank
    nop

    # Выход
    lw $a0, 4($sp)
    lw $ra, 0($sp)
    addiu $sp, 32
    eret                # Возврат из прерывания

handle_vblank:
    # Обновляем кадр
    jal update_graphics
    nop
    j irq_handler       # Возврат

---

4. Почему без прерываний — плохо?

• Графика: Без VBlank появится tearing (разрывы кадров).
• Звук: SPU будет работать с задержками.
• Ввод: Кнопки станут «лагающими».
• CD-ROM: Игра зависнет на время загрузки.

---

5. Итог

Прерывания в PS1 — это «нервная система» консоли, которая:

1. Синхронизирует графику, звук, ввод и загрузку данных.
2. Избегает busy-waiting (постоянного опроса), экономя ресурсы CPU.
3. Гарантирует точность (например, 60 FPS через VBlank).

Если ты пишешь на ассемблере, прерывания придётся обрабатывать вручную. В C этим частично занимается PsyQ SDK.

P.S. В твоём переводе Persona 2 прерывания уже работают — иначе игра бы просто не запустилась! 😉 Но если хочешь добавить свои обработчики (например, для кастомной загрузки), дай знать — помогу с кодом.

---

Как работают прерывания на PlayStation 1: детальный разбор

Прерывания (IRQ) в PS1 — это механизм, позволяющий процессору R3000A мгновенно реагировать на аппаратные события. Вот их полный цикл работы:

1. Инициализация прерываний

Перед использованием нужно:

• Задать адрес обработчика в $k0 (регистр ядра)
• Разрешить нужные IRQ в регистре I_MASK (0x1F801074)

setup_irq:
    la $k0, irq_handler  # Устанавливаем обработчик
    li $t0, 0x1F801074
    li $t1, 0x0001       # Разрешаем только IRQ0 (VBlank)
    sw $t1, 0($t0)
    jr $ra

2. Аппаратный триггер

Когда происходит событие (например, VBlank):

1. CD-ROM контроллер/GPU устанавливает бит в I_STAT (0x1F801070)
2. Процессор проверяет:
   • Разрешено ли это прерывание в I_MASK
   • Не находится ли он уже в обработчике (бит IEc в регистре SR)

3. Переход в обработчик

Если условия выполнены:

1. Процессор:
   • Сохраняет PC и SR в специальных регистрах (EPC, ErrorEPC)
   • Переходит в режим ядра (бит KUc = 0)
   • Прыгает по адресу в $k0

4. Обработка прерывания

Типичный обработчик:

irq_handler:
    # 1. Сохраняем контекст
    addiu $sp, -120     # Резервируем место для 30 регистров
    sw $at, 0($sp)
    sw $v0, 4($sp)
    # ... сохраняем все используемые регистры

    # 2. Определяем источник
    li $t0, 0x1F801070
    lw $t1, 0($t0)      # Читаем I_STAT

    # 3. Обработка VBlank
    andi $t2, $t1, 0x1
    beqz $t2, not_vblank
    nop
    jal handle_vblank
    nop

not_vblank:
    # 4. Сбрасываем флаг прерывания
    li $t3, 0xFFFF00FF  # Маска для очистки
    and $t1, $t1, $t3
    sw $t1, 0($t0)      # Пишем обратно в I_STAT

    # 5. Восстанавливаем контекст
    lw $at, 0($sp)
    lw $v0, 4($sp)
    # ...
    addiu $sp, 120

    # 6. Возврат
    eret                # Возврат с восстановлением SR и PC

5. Возврат из прерывания

Инструкция eret:

• Восстанавливает PC из EPC
• Восстанавливает SR (включая бит IEc)
• Возвращает процессор в пользовательский режим

6. Особенности PS1

1. Приоритеты: Нет аппаратного приоритета - порядок обработки определяется программно
2. Вложенность: Новые прерывания блокируются, пока IEc = 0
3. Задержки: Минимальная задержка между прерываниями - 5 тактов

7. Реальный пример из PsyQ

Обработчик VBlank в библиотеке libgs:

1. Сохраняет матрицу преобразования
2. Обновляет буферы GPU
3. Вызывает пользовательский callback

8. Оптимизации

• Короткие обработчики: Не более 100 тактов
• Минимальное сохранение: Только используемые регистры
• Аппаратное ускорение: Для DMA используйте D_ICR (0x1F8010F4)

Для отладки в no$psx используйте точки останова на записи в I_STAT!

---

Команда SetIntrMask в PS1 (PlayStation 1)

SetIntrMask — это низкоуровневая функция в SDK PlayStation 1 (как в официальном Sony SDK, так и в PsyQ), которая управляет маской прерываний процессора R3000.

Основное назначение

Функция SetIntrMask устанавливает битовую маску, определяющую, какие прерывания будут обрабатываться процессором. Она позволяет включать/выключать определенные типы прерываний.

Синтаксис (в PsyQ)

void SetIntrMask(unsigned int mask);

Битовая маска прерываний

Маска прерываний обычно определяется следующими флагами (конкретные значения могут отличаться в разных версиях SDK):

0x0001 - VBLANK (вертикальное гашение)
0x0002 - GPU
0x0004 - CD-ROM
0x0008 - DMA
0x0010 - TIMER0 (таймер 0)
0x0020 - TIMER1 (таймер 1)
0x0040 - TIMER2 (таймер 2)
0x0080 - Периферийные устройства (контроллеры, память карт)
0x0400 - SPU (звуковой процессор)

Примеры использования

1. Разрешить все прерывания:

   SetIntrMask(0xFFFF);
   

2. Разрешить только VBLANK и CD-ROM:

   SetIntrMask(0x0005); // 0x0001 (VBLANK) | 0x0004 (CD-ROM)
   

3. Запретить все прерывания:

   SetIntrMask(0x0000);
   

Типичное использование в сочетании с другими функциями

// Сохраняем текущую маску
unsigned int old_mask = GetIntrMask();

// Запрещаем все прерывания
SetIntrMask(0x0000);

// Выполняем критический код, который не должен прерываться

// Восстанавливаем предыдущую маску
SetIntrMask(old_mask);

Важные замечания

1. Альтернативы: В PsyQ часто используют EnterCriticalSection() и ExitCriticalSection(), которые internally работают с SetIntrMask.

2. Влияние на производительность: Неправильное управление маской прерываний может привести к пропуску важных событий (например, VBLANK).

3. GPU синхронизация: При работе с GPU часто требуется временно отключать прерывания для атомарных операций.

4. Сочетание с обработчиками: Даже если прерывание разрешено маской, для него должен быть установлен обработчик через соответствующие функции PsyQ.

Эта функция предоставляет низкоуровневый контроль над прерываниями и обычно используется в сочетании с более высокоуровневыми API PsyQ для управления конкретными типами прерываний.

---

Вот подробное объяснение работы прерываний в PlayStation 1 с примерами на ассемблере MIPS R3000, который используется в PS1:

1. Регистры прерываний

Основные регистры (все адреса в шестнадцатеричном формате):

li $t0, 0x1F801070  # I_STAT - статус прерываний
li $t1, 0x1F801074  # I_MASK - маска прерываний

2. Установка обработчика прерываний

Вектор прерываний находится по адресу 0x80000080. Пример установки обработчика:

.org 0x80000080  # Вектор прерываний
  j my_irq_handler  # Переход к обработчику
  nop

my_irq_handler:
  # Сохраняем регистры
  addiu $sp, $sp, -32
  sw $ra, 0($sp)
  sw $a0, 4($sp)
  sw $v0, 8($sp)
  
  # Проверяем тип прерывания
  lw $t0, 0x1F801070  # Читаем I_STAT
  lw $t1, 0x1F801074  # Читаем I_MASK
  
  and $t2, $t0, $t1   # Активные и разрешенные прерывания
  
  # Обработка VBLANK
  andi $t3, $t2, 0x1
  beqz $t3, not_vblank
  nop
  
  # Код обработки VBLANK
  jal handle_vblank
  nop
  
not_vblank:
  # Обработка других прерываний...
  
  # Сброс флагов прерываний
  sw $t0, 0x1F801070  # Записываем обратно в I_STAT
  
  # Восстанавливаем регистры
  lw $ra, 0($sp)
  lw $a0, 4($sp)
  lw $v0, 8($sp)
  addiu $sp, $sp, 32
  
  # Возврат из прерывания
  eret

3. Включение прерываний

Пример настройки VBLANK прерывания:

# Разрешаем VBLANK в маске
li $t0, 0x1
sw $t0, 0x1F801074  # I_MASK

# Включаем прерывания глобально
mfc0 $t0, $12      # Читаем Status register
ori $t0, $t0, 0x1   # Разрешаем прерывания
mtc0 $t0, $12      # Записываем обратно

4. Обработка VBLANK

Пример обработчика вертикального гашения:

handle_vblank:
  addiu $sp, $sp, -16
  sw $ra, 0($sp)
  
  # Инкрементируем счетчик кадров
  la $t0, frame_counter
  lw $t1, 0($t0)
  addiu $t1, $t1, 1
  sw $t1, 0($t0)
  
  # Вызов C-функции
  jal update_graphics
  nop
  
  lw $ra, 0($sp)
  addiu $sp, $sp, 16
  jr $ra
  nop

5. Обработка контроллера

Пример обработки ввода с геймпада:

handle_controller:
  addiu $sp, $sp, -16
  sw $ra, 0($sp)
  
  # Чтение состояния контроллера
  li $t0, 0x1F801040  # JOY_DATA
  lw $t1, 0($t0)
  
  # Проверка кнопки START
  andi $t2, $t1, 0x1000
  beqz $t2, no_start
  nop
  
  # Обработка нажатия START
  jal pause_game
  nop
  
no_start:
  lw $ra, 0($sp)
  addiu $sp, $sp, 16
  jr $ra
  nop

6. Критические секции

Отключение/включение прерываний:

disable_interrupts:
  mfc0 $t0, $12
  li $t1, 0xFFFFFFFE
  and $t0, $t0, $t1
  mtc0 $t0, $12
  jr $ra
  nop

enable_interrupts:
  mfc0 $t0, $12
  ori $t0, $t0, 0x1
  mtc0 $t0, $12
  jr $ra
  nop

7. Таймеры

Настройка таймера 0:

setup_timer0:
  # Устанавливаем период (1/60 секунды для NTSC)
  li $t0, 0x1F801100
  li $t1, 0x0000
  sw $t1, 0($t0)       # TIMER0_COUNTER
  li $t1, 0x03FF
  sw $t1, 4($t0)       # TIMER0_MODE
  li $t1, 0x0100
  sw $t1, 8($t0)       # TIMER0_TARGET
  
  # Разрешаем прерывание таймера
  li $t0, 0x1F801074
  lw $t1, 0($t0)
  ori $t1, $t1, 0x10   # BIT 4 - TIMER0
  sw $t1, 0($t0)
  
  jr $ra
  nop

Важные замечания:

1. Все обработчики должны:

   • Сохранять/восстанавливать регистры
   • Быть максимально быстрыми
   • Сбрасывать флаги прерываний

2. Для работы с прерываниями в C через PsyQ SDK используются:

   SetIntrMask(0x400);  // Разрешить прерывания
   EnterCriticalSection();  // Запретить прерывания
   ExitCriticalSection();   // Разрешить прерывания
   

3. Стандартная инициализация в PsyQ:

   ResetCallback();
   SetIntrHandler(MyHandler);
   

Эти примеры демонстрируют низкоуровневую работу с прерываниями на ассемблере MIPS R3000, который используется в PlayStation 1. В реальных проектах часто используют комбинацию ассемблера и C для удобства.