apple_io.py

   1 #!/usr/bin/env python3
   2
   3 import alsaaudio
   4 import atexit
   5 import os
   6 import select
   7 import sys
   8 import termios
   9 import time
  10 import tty
  11
  12 PCM_RATE = 44100
  13 PCM_PERIODSIZE = 44100
  14
  15 # see https://www.tinaja.com/ebooks/tearing_rework.pdf
  16 ZP_WNDLFT = 0x20 # Left side of scroll window
  17 ZP_WNDWTH = 0x21 # Width of scroll window
  18 ZP_WNDTOP = 0x22 # Top of scroll window
  19 ZP_WNDBTM = 0x23 # Bottom of scroll window
  20 ZP_CH = 0x24 # Cursor horizontal position
  21 ZP_CV = 0x25 # Cursor vertical position
  22 ZP_GBASL = 0x21 # LORES graphics base low
  23 ZP_GBASH = 0x27 # LORES graphics base high
  24 ZP_BASL = 0x28 # TEXT base address low
  25 ZP_BASH = 0x29 # TEXT base address high
  26 ZP_BAS2L = 0x2A # Scroll temporary base low
  27 ZP_BAS2H = 0x2B # Scroll temporary base high
  28 ZP_COLOR = 0x30 # Holds the LORES color value
  29 ZP_INVFLG = 0x32 # Normal/Inverse/Flash mask
  30 ZP_PROMPT = 0x33 # Holds prompt symbol
  31 ZP_YSAV = 0x34 # Temporary Y register hold
  32 ZP_CSWL = 0x36 # Output character hook low
  33 ZP_CSWH = 0x37 # Output character hook high
  34 ZP_KSWL = 0x38 # Input character hook low
  35 ZP_KSWH = 0x39 # Input character hook high
  36 ZP_ACC = 0x45 # Accumulator save
  37 ZP_XREG = 0x46 # X register save
  38 ZP_YREG = 0x47 # Y register save
  39 ZP_STATUS = 0x48 # Flag register save
  40 ZP_SPNT = 0x49 # Stack pointer save
  41 ZP_RNDL = 0x4E # Keybounce random number low
  42 ZP_RNDH = 0x4F # Keybounce random number high
  43 VP_REENTER = 0x03D0 # Re-enter DOS
  44 VP_RECONNECT = 0x03EA # Reconnect DOS I/O hooks
  45 VP_BRKV = 0x03F0 # Break vector address
  46 VP_SOFTEV = 0x03F2 # Warm start vector address
  47 VP_PWRDUP = 0x03F4 # Warm start EOR A5 checksum
  48 VP_AMPERV = 0x03F6 # Applesoft "&" Jump Code
  49 VP_USRADR = 0x03F8 # Control Y vector Jump Code
  50 VP_NMI = 0x03FB # NMI vector Jump Code
  51 VP_IRQLOC = 0x03FE # Interrupt vector address
  52 HW_IOADR = 0xC000 # Keyboard input location
  53 HW_KBDSTRB = 0xC010 # Keyboard strobe reset
  54 HW_TAPEOUT = 0xC020 # Cassette data output
  55 HW_SPKR = 0xC030 # Speaker click output
  56 HW_STROBE = 0xC040 # Game I/O connector strobe
  57 HW_TXTCLR = 0xC050 # Graphics ON soft switch
  58 HW_TXTSET = 0xC051 # Text ON soft switch
  59 HW_MIXCLR = 0xC052 # Full screen ON soft switch
  60 HW_MIXSET = 0xC053 # Split screen ON soft switch
  61 HW_LOWSCR = 0xC054 # Page ONE display soft switch
  62 HW_HISCR = 0xC055 # Page TWO display soft switch
  63 HW_LORES = 0xC056 # LORES ON soft switch
  64 HW_HIRES = 0xC057 # HIRES ON soft switch
  65 HW_AN0CLR = 0xC058 # Annunciator 0 OFF soft switch
  66 HW_AN0SET = 0xC059 # Annunciator 0 ON soft switch
  67 HW_AN1CLR = 0xC05A # Annunciator 1 OFF soft switch
  68 HW_AN1SET = 0xC05B # Annunciator 1 ON soft switch
  69 HW_AN2CLR = 0xC05C # Annunciator 2 OFF soft switch
  70 HW_AN2SET = 0xC05D # Annunciator 2 ON soft switch
  71 HW_AN3CLR = 0xC05E # Annunciator 3 OFF soft switch
  72 HW_AN3SET = 0xC05F # Annunciator 3 ON soft switch
  73 HW_TAPEIN = 0xC060 # Cassette tape read input
  74 HW_PB0 = 0xC061 # Push button 0 input
  75 HW_PB1 = 0xC062 # Push button 1 input
  76 HW_PB2 = 0xC063 # Push button 2 input
  77 HW_PDL0 = 0xC064 # Game Paddle 0 analog input
  78 HW_PDL1 = 0xC065 # Game Paddle 1 analog input
  79 HW_PDL2 = 0xC066 # Game Paddle 2 analog input
  80 HW_PDL3 = 0xC067 # Game Paddle 3 analog input
  81 ROM_PLOT = 0xF800 # Plot a block on LORES screen
  82 ROM_HLINE = 0xF819 # Draw a horizontal LORES line
  83 ROM_VLINE = 0xF828 # Draw a vertical LORES line
  84 ROM_CLRSCR = 0xF832 # Clear full LORES screen
  85 ROM_CLRTOP = 0xF836 # Clear top of LORES screen
  86 ROM_GBASCALC = 0xF847 # Calculate LORES base address
  87 ROM_NEXTCOL = 0xF85F # Increase LORES color by three
  88 ROM_SETCOL = 0xF864 # Set color for LORES plotting
  89 ROM_SCRN = 0xF871 # Read color of LORES screen
  90 ROM_PRNTAX = 0xF941 # Output A then X as hex
  91 ROM_PRBLNK = 0xF948 # Output three spaces via hooks
  92 ROM_PRBL2 = 0xF94A # Output X spaces via hooks
  93 ROM_STEP = 0xFA43 # Single step (old ROM only!)
  94 ROM_REGDSP = 0xFAD7 # Display working registers
  95 ROM_PREAD = 0xFB1E # Read a game paddle
  96 ROM_INIT = 0xFB2F # Initial i ze text screen
  97 ROM_SETTXT = 0xFB39 # Set up text screen
  98 ROM_SETGR = 0xFB40 # Setup LORES screen
  99 ROM_SETWND = 0xFB4B # Set text window to normal
 100 ROM_BASCALC = 0xFBC1 # Calculate text base address
 101 ROM_BELL = 0xFBD9 # 1 Beep speaker if ctrl G
 102 ROM_BELL2 = 0xFBE4 # Beep speaker once
 103 ROM_ADVANCE = 0xFBF4 # Move text cursor right by one
 104 ROM_VIDOUT = 0xFBFD # Output ASCII to screen only
 105 ROM_BS = 0xFC10 # Backspace screen
 106 ROM_UP = 0xFC1A # Move screen cursor up one
 107 ROM_VTAB = 0xFC22 # Vertical screen tab using CV
 108 ROM_VTABZ = 0xFC24 # Vertical screen tab using A
 109 ROM_ESCl = 0xFC2C # Process escape movements A-G
 110 ROM_CLREOP = 0xFC42 # Clear text to end of screen
 111 ROM_HOME = 0xFC58 # Clear screen and home cursor
 112 ROM_CR = 0xFC62 # Carriage return to screen
 113 ROM_LF = 0xFC66 # Line feed to screen onIy
 114 ROM_SCROLL = 0xFC70 # Scroll text screen up one
 115 ROM_CLEOL = 0xFC9C # Clear text to end of line
 116 ROM_WAIT = 0xFCA8 # Time delay set by accumulator
 117 ROM_RDKEY = 0xFD0C # Get input character via hooks
 118 ROM_KEYIN = 0xFD1B # Read the Apple keyboard
 119 ROM_RDCHAR = 0xFD35 # Get key and process ESC A-F
 120 ROM_CANCEL = 0xFD62 # Cancel keyboard line entry
 121 ROM_GETLNZ = 0xFD67 # CR, then get kbrl input line
 122 ROM_GETLN = 0xFD6A # Get input line from keyboard
 123 ROM_GETLN1 = 0xFD6F # Get kbd input, no prompt
 124 ROM_CROUT1 = 0xFD8B # Clear EOL then CR via hooks
 125 ROM_CROUT = 0xFD8E # Output return via hooks
 126 ROM_PRBYTE = 0xFDDA # Output full A in hpxto hooks
 127 ROM_PRHEX = 0xFDE3 # Output low A in hex to hooks
 128 ROM_COUT = 0xFDED # Output character via hooks
 129 ROM_COUT1 = 0xFDF0 # Output character to screen
 130 ROM_MOVE = 0xFE2C # Move block of memory
 131 ROM_VERIFY = 0xFE36 # Verify block of memory
 132 ROM_LIST = 0xFE5E # Disassemble 20 instructions
 133 ROM_L1ST2 = 0xFE63 # Disassemble A instructions
 134 ROM_SETINV = 0xFE80 # Print inverse text on screen
 135 ROM_SETNORM = 0xFE84 # Print normal text on screen
 136 ROM_SETVID = 0xFE93 # Grab output hooks for screen
 137 ROM_XBASIC = 0xFEB0 # Goto BASIC, destroying old
 138 ROM_BASCON = 0xFEB3 # Goto BASIC continuing old
 139 ROM_TRACE = 0xFEC2 # Start tracing (old ROM only!)
 140 ROM_WRITE = 0xFECD # Save to cassette tape
 141 ROM_READ = 0xFEFD # Read from cassette tape
 142 ROM_PRERR = 0xFF2D # Print "ERR" to output hook
 143 ROM_BELL = 0xFF3A # Output bell via hooks
 144 ROM_IORESR = 0xFF3F # Restore all working register
 145 ROM_IOSAVE = 0xFF4A # Save all working registers
 146 ROM_OLDRST = 0xFF59 # Old reset entry, no autostart
 147 ROM_MON = 0xFF65 # Enter monitor and beep spkr
 148
 149 # see https://imgur.com/h0NNOc3
 150 # colors (map 15 apple colors to 16 VT100 colours, some duplicate or unused)
 151 colors = [
 152   0x0, # black -> black
 153   0x1, # red -> red
 154   0x4, # d.blue -> blue
 155   0x5, # purple -> magenta
 156   0x2, # d.green -> green
 157   0x7, # gray 1 -> white
 158   0xc, # m.blue -> intense blue
 159   0xd, # l.blue -> intense magenta
 160   0x3, # brown -> yellow
 161   0xb, # orange -> intense yellow
 162   0x7, # grey 2 -> white
 163   0xd, # pink -> intense magenta
 164   0xa, # l.green -> intense green
 165   0xb, # yellow -> intense yellow
 166   0xe, # aqua -> intense cyan
 167   0xf, # white -> intense white
 168 ]
 169
 170 # global state
 171 attr = None
 172 fd_in = sys.stdin.fileno()
 173 fd_out = sys.stdout.fileno()
 174 poll_in = select.poll()
 175 poll_in.register(fd_in, select.POLLIN)
 176 mem = {
 177   ZP_WNDLFT: 0,
 178   ZP_WNDWTH: 40,
 179   ZP_WNDTOP: 0,
 180   ZP_WNDBTM: 24,
 181   ZP_CH: 0,
 182   ZP_CV: 0,
 183   0x300: 0, # tone period
 184   0x301: 0, # tone dur
 185 }
 186 gr_color = 0
 187 gr_mem = [[0 for j in range(40)] for i in range(40)]
 188 pcm = alsaaudio.PCM(
 189   device = 'default',
 190   channels = 1,
 191   rate = PCM_RATE,
 192   format = alsaaudio.PCM_FORMAT_U8,
 193   periodsize = PCM_PERIODSIZE
 194 )
 195
 196 def init():
 197   global attr
 198
 199   if attr is None and os.isatty(fd_in):
 200     attr = termios.tcgetattr(fd_in)
 201     atexit.register(deinit)
 202     tty.setraw(fd_in)
 203     write('\x1b[?25l\x1b[0m') # hide cursor, reset attributes
 204
 205 def deinit():
 206   global attr
 207
 208   if attr is not None:
 209     write('\x1b[?25h\x1b[0m') # show cursor, reset attributes
 210     termios.tcsetattr(fd_in, termios.TCSADRAIN, attr)
 211     atexit.unregister(deinit)
 212     attr = None
 213
 214 def pr_hash(n):
 215   pass
 216
 217 def in_hash(n):
 218   pass
 219
 220 def read_ready():
 221   return len(poll_in.poll(1)) != 0
 222
 223 def read(n):
 224   return str(os.read(fd_in, 1), 'utf-8')
 225
 226 def write(data):
 227   os.write(fd_out, bytes(data, 'utf-8'))
 228
 229 def _print(data):
 230   for ch in data:
 231     if ch == '\a':
 232       tone(1000, 100) # 1 kHz for .1 sec
 233     elif ch == '\r':
 234       # apple treats \r as \r\n, so if you write e.g. \r\n you'll get \r\n\n
 235       write('\r\n')
 236       if mem[ZP_CV] < 23:
 237         mem[ZP_CV] += 1
 238       mem[ZP_CH] = 0
 239     else:
 240       write(ch)
 241       if ch == '\b':
 242         if mem[ZP_CH] > 0:
 243           mem[ZP_CH] -= 1
 244       elif mem[ZP_CH] < 39:
 245         mem[ZP_CH] += 1
 246       else:
 247         write('\r\n')
 248         if mem[ZP_CV] < 23:
 249           mem[ZP_CV] += 1
 250         mem[ZP_CH] = 0
 251
 252 def get():
 253   ch = read(1)
 254   if len(ch) == 0:
 255     raise Exception('end of input') # due to piping or input redirection
 256   if ch == '\x03':
 257     raise Exception('user break')
 258   if ch == '\x7f':
 259     ch = '\b'
 260   return ch
 261
 262 def input():
 263   write('\x1b[?25h') # show cursor
 264   line = ''
 265   while True:
 266     ch = get()
 267     if ch == '\b':
 268       if len(line):
 269         _print('\b \b')
 270         line = line[:-1]
 271       elif mem[ZP_CH]:
 272         _print('\r')
 273     else:
 274       _print(ch)
 275       if ch == '\r':
 276         write('\x1b[?25l') # hide cursor
 277         return line
 278       else:
 279         if len(line) >= 247:
 280           _print('\a')
 281           if len(line) >= 255:
 282             _print('\r')
 283             line = ''
 284             continue
 285         line += ch
 286
 287 def htab(x):
 288   write(f'\x1b[{x:d}G')
 289   mem[ZP_CH] = x - 1
 290
 291 def vtab(y):
 292   write(f'\x1b[{y:d}d')
 293   mem[ZP_CV] = y - 1
 294
 295 def clreop():
 296   write('\x1b[J')
 297
 298 def home():
 299   write('\x1b[2J\x1b[H')
 300   mem[ZP_CH] = 0
 301   mem[ZP_CV] = 0
 302
 303 def normal():
 304   write('\x1b[0m')
 305
 306 def inverse():
 307   write('\x1b[0;7m')
 308
 309 def flash():
 310   write('\x1b[0;7;5m')
 311
 312 def tone(freq, dur): # Hz, ms
 313   # doesn't seem to work on any linux console on my laptop
 314   #write(f'\x1b7\x1b[10;{freq:d}]\x1b[11;{dur:d}]\x07\x1b8')
 315   u = time.monotonic() + dur * .001
 316   buf = bytes(
 317     [
 318       0xff if (2 * freq * i // PCM_RATE) & 1 else 0
 319       for i in range(PCM_RATE * dur // 1000)
 320     ]
 321   )
 322   i = 0
 323   while i < len(buf):
 324     i += pcm.write(buf[i:])
 325   t = time.monotonic()
 326   while t < u:
 327     time.sleep(u - t)
 328     t = time.monotonic()
 329
 330 def himem(addr):
 331   pass
 332
 333 def lomem(addr):
 334   pass
 335
 336 def peek(addr):
 337   addr &= 0xffff
 338   return mem.get(addr, 0)
 339
 340 def poke(addr, data):
 341   addr &= 0xffff
 342   data &= 0xff
 343   mem[addr] = data
 344   if addr == ZP_WNDTOP or addr == ZP_WNDBTM:
 345     # save cursor, set scrolling region, restore cursor
 346     write(f'\x1b[s\x1b{mem[ZP_WNDTOP + 1]:d};{mem[ZP_WNDBTM]:d}24r\x1b[u')
 347
 348 def call(addr):
 349   addr &= 0xffff
 350   if addr == 0x302 or addr == 0x310:
 351     # for lemonade, see test/lemonade_tone_patched.py
 352     a = mem[0x301] # duration_count
 353     b = a / (((mem[0x300] - 1) & 0xff) + 1) # duration_count / period_count
 354     cycles = 1.37788799e-02 - 4.21513128e-06 * a + 1.27999925e+02 * b
 355     duration = 1.27361219e-05 + 2.50702246e-03 * a + 2.50310997e-03 * b
 356     tone(round(cycles / duration), round(duration * 1e3))
 357   elif addr == 0x3600:
 358     # for lemonade, lighting (setup)
 359     pass
 360   elif addr == 0x3603:
 361     # for lemonade, lightning (execute)
 362     pass
 363   elif addr == ROM_CLREOP:
 364     clreop()
 365   elif addr == ROM_BELL2:
 366     tone(1000, 100) # 1 kHz for .1 sec
 367   else:
 368     raise Exception(f'call {addr:04x}')
 369
 370 def text():
 371   # save cursor, set scrolling region, restore cursor
 372   write('\x1b[s\x1b1;24r\x1b[u')
 373   mem[ZP_WNDLFT] = 0
 374   mem[ZP_WNDWTH] = 40
 375   mem[ZP_WNDTOP] = 0
 376   mem[ZP_WNDBTM] = 24
 377
 378 def gr():
 379   # clear screen, set scrolling region (homes cursor)
 380   mem[ZP_WNDLFT] = 0
 381   mem[ZP_WNDWTH] = 40
 382   mem[ZP_WNDTOP] = 20
 383   mem[ZP_WNDBTM] = 24
 384   mem[ZP_CH] = 0
 385   mem[ZP_CV] = 20
 386   for i in range(40):
 387     gr_mem[i][:] = [0 for j in range(40)]
 388
 389 def gr_update(x0, y0, x1, y1):
 390   write('\x1b[s') # save cursor
 391   bg = -1
 392   fg = -1
 393   br = -1
 394   for i in range(y0, y1):
 395     write(f'\x1b[{i + 1:d};{x0 * 2 + 1:d}H')
 396     for j in range(x0, x1):
 397       new_bg = colors[gr_mem[i * 2][j]]
 398       new_fg = colors[gr_mem[i * 2 + 1][j]]
 399       # we cannot draw two different intense colours in same block,
 400       # so just do the best we can (the greater colour gets priority)
 401       if new_bg < new_fg:
 402         ch = '▄'
 403       elif new_bg > new_fg:
 404         new_bg, new_fg = new_fg, new_bg
 405         ch = '▀'
 406       elif new_bg < 8:
 407         # we try to draw not-intense pixels using background, it
 408         # might play nicer with terminals that use black-on-white
 409         new_fg = 0
 410         ch = ' '
 411       else:
 412         new_bg = 0
 413         ch = '█'
 414       new_br = new_fg >= 8
 415       new_bg &= 7
 416       new_fg &= 7
 417       if new_bg != bg or new_fg != fg or new_br != br:
 418         write(
 419           '\x1b[0{0:s}{1:s}{2:s}m'.format(
 420             f';4{new_bg:d}' if new_bg else '',
 421             f';3{new_fg:d}' if new_fg else '',
 422             ';1' if new_br else ''
 423           )
 424         )
 425         bg = new_bg
 426         fg = new_fg
 427         br = new_br
 428       write(ch * 2)
 429   write('\x1b[u\x1b[0m') # restore cursor and attrs
 430   time.sleep(.05)
 431
 432 def color(n):
 433   global gr_color
 434   gr_color = n
 435
 436 def plot(x, y):
 437   gr_mem[y][x] = gr_color
 438   y >>= 1
 439   gr_update(x, y, x + 1, y + 1)
 440
 441 def hlin(x0, x1, y):
 442   if x1 < x0:
 443     x0, x1 = x1, x0
 444   for x in range(x0, x1 + 1):
 445     gr_mem[y][x] = gr_color
 446   y >>= 1
 447   gr_update(x0, y, x1 + 1, y + 1)
 448
 449 def vlin(y0, y1, x):
 450   if y1 < y0:
 451     y0, y1 = y1, y0
 452   for y in range(y0, y1 + 1):
 453     gr_mem[y][x] = gr_color
 454   gr_update(x, y0 >> 1, x + 1, (y1 >> 1) + 1)
 455
 456 def usr(n):
 457   return 0
 458
 459 def scrn(x, y):
 460   return gr_mem[y][x]
 461
 462 def pdl(n):
 463   return 127
 464
 465 def pos():
 466   return mem[ZP_CH]
 467
 468 if __name__ == '__main__':
 469   init()
 470   while True:
 471     while not read_ready():
 472       pass
 473     k = ord(read(1))
 474     write(f'k {k:02x}\r')
 475     if k == 0x1b:
 476       break
 477   #for i in range(12):
 478   #  tone(int(round(220 * 2 ** (i / 12.))), 250)
 479   deinit()