Emule una CPU MOS 6502

Esto está inspirado en el desafío Intel 8086 que también está aquí, pero pensé que un desafío 6502 también sería interesante.

El reto

Pensé que sería divertido ver los resultados. Este es obviamente hacia el lado más avanzado del espectro. El desafío es escribir su propio emulador de CPU 6502. Esto implica, por supuesto, comprender su conjunto de instrucciones y su formato de codificación. Los recursos están vinculados al final de esto. El 6502 es uno de los procesadores del mundo real más fáciles de emular. Para los propósitos de este desafío, no tendrá que preocuparse por la sincronización del ciclo si no lo desea, ¡pero eso siempre es una ventaja para incluir!

¡NO COPIE EL CÓDIGO DE NADIE MÁS! Por supuesto, puedes echar un vistazo a otros emuladores para que te ayuden a entender, ¡pero no copiar y pegar! :)

Una vez que su código funciona, siempre puede hacer un esfuerzo adicional si lo desea y convertirlo en un emulador de Apple II, o NES, C64, VIC-20 o cualquiera de los otros miles de millones de sistemas antiguos basados ​​en 6502 de la época.

Probar tu emulador

He compilado una suite de prueba 6502 donde encontré el código fuente aquí: http://code.google.com/p/hmc-6502/source/browse/trunk/emu/testvectors/AllSuiteA.asm

Mi versión compilada se puede descargar aquí: http://rubbermallet.org/AllSuiteA.zip

Cargue el binario de 48 KB en el espacio de memoria de su emulador a $ 4000, lo que deja 16 KB de RAM de lectura y escritura debajo. Cuando la prueba haya terminado de ejecutarse, el valor en la dirección $ 0210 debería ser $ FF, si su CPU pasó. Sabrá que la prueba finaliza cuando el contador del programa (PC) haya alcanzado la dirección $ 45C0.

También hay otras pruebas disponibles aquí: http://visual6502.org/wiki/index.php?title=6502TestPrograms

Haciendo algo más interactivo con él

Una vez que su CPU funciona, ¡probablemente querrá hacer algo más divertido que mirar la salida de prueba! Compilé una imagen ROM de Enhanced BASIC para el 6502. Tiene 16 KB, por lo que debe cargarlo en $ C000 de su espacio de memoria emulado, restablecer su 6502 virtual y comenzar la ejecución.

Descargue este ZIP, que contiene ehbasic.bin: http://rubbermallet.org/ehbasic.zip

La forma en que EhBASIC maneja la entrada / salida es muy simple. Cuando quiere escribir un personaje en la consola, escribe el byte en la ubicación de memoria $ F001. Entonces, cuando su emulador vea el 6502 intente escribir en esa ubicación, simplemente imprima el valor de ese carácter en la consola con un printf ("% c", valor); o como más te guste. (Este desafío no se limita a C, por supuesto)

Cuando sondea el ingreso de un personaje desde la consola, es bastante similar. Sigue leyendo desde la ubicación de memoria $ F004, donde debe tener el siguiente valor de caracteres ASCII del teclado esperando a ser leído. Si no hay más entradas para leer, debería devolver un valor de cero.

EhBASIC sondea el valor en esa ubicación hasta que no sea cero, lo que le permite saber que el byte es una entrada de teclado válida. Es por eso que si no hay más entradas para leer, el emulador debería devolver cero allí. EhBASIC girará en él hasta la siguiente clave válida cuando esté buscando entrada.

Si no borra ese valor a cero después de leer el último valor clave, hará que se repita como si estuviera presionando la tecla, ¡así que tenga cuidado de hacerlo correctamente!

Si su emulador funciona correctamente, esto es lo que verá impreso en su consola cuando ejecute la imagen ROM:

6502 EhBASIC [C]old/[W]arm ?

Presione C, luego presione enter y debería ver:

Memory size ?

31999 Bytes free

Enhanced BASIC 2.22

Ready

Los bytes libres pueden ser diferentes para usted, pero en mi emulador limité el área de memoria de escritura a un límite de 32 KB. Realmente podría llegar hasta donde comienza la ROM, que es la marca de 48 KB.

6502 enlaces de recursos de CPU

Aquí hay algunos recursos que deberían brindarle suficiente información para trabajar:

http://www.obelisk.demon.co.uk/6502/instructions.html

http://www.e-tradition.net/bytes/6502/6502_instruction_set.html

http://www.llx.com/~nparker/a2/opcodes.html <- este tiene información muy interesante

http://en.wikipedia.org/wiki/MOS_Technology_6502

Si tiene preguntas o necesita más información técnica, no dude en preguntarme. También hay una enorme riqueza de otra información 6502 en la web. ¡Google es tu amigo!

Pensé en seguir adelante y publicar mi propia implementación. Está COMPLETAMENTE sin golf, pero es una implementación completa.

• 668 líneas de C. (sin contar líneas en blanco o líneas con solo comentarios)
• Admite (creo) todas las instrucciones no documentadas.
• Soporta BCD.
• Tiempo de ciclo del reloj de la CPU. (incluidos los ajustes en ciertas envolturas de límite de página)
• Puede ejecutar instrucciones ya sea en un solo paso o especificando el número de ticks.
• Admite el enganche de una función externa que se llamará después de que se ejecute cada instrucción. Esto se debió a que originalmente era para un emulador NES y lo usé para la sincronización de audio.

/ * Fake6502 CPU emulator core v1.1 *******************
 * (c) 2011-2013 Mike Chambers *
 ************************************************** *** /

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

// funciones suministradas externamente
utern8_t externo read6502 (dirección uint16_t);
extern void write6502 (dirección uint16_t, valor uint8_t);

// 6502 define
#define UNDOCUMENTED // cuando se define esto, se manejan códigos de operación no documentados.
                     // de lo contrario, simplemente se tratan como NOP.

// # define NES_CPU // cuando está definido, el decimal codificado en binario (BCD)
                     // el indicador de estado no es aceptado por ADC y SBC. el 2A03
                     // CPU en el sistema de entretenimiento de Nintendo no
                     // admite la operación BCD.

#define FLAG_CARRY 0x01
#define FLAG_ZERO 0x02
#define FLAG_INTERRUPT 0x04
#define FLAG_DECIMAL 0x08
#define FLAG_BREAK 0x10
#define FLAG_CONSTANT 0x20
#define FLAG_OVERFLOW 0x40
#define FLAG_SIGN 0x80

#define BASE_STACK 0x100

#define saveaccum (n) a = (uint8_t) ((n) & 0x00FF)


// macros modificadoras de bandera
#define setcarry () status | = FLAG_CARRY
#define clearcarry () status & = (~ FLAG_CARRY)
#define setzero () status | = FLAG_ZERO
#define clearzero () status & = (~ FLAG_ZERO)
#define setinterrupt () status | = FLAG_INTERRUPT
#define clearinterrupt () status & = (~ FLAG_INTERRUPT)
#define setdecimal () status | = FLAG_DECIMAL
#define cleardecimal () status & = (~ FLAG_DECIMAL)
#define setoverflow () status | = FLAG_OVERFLOW
#define clearoverflow () status & = (~ FLAG_OVERFLOW)
#define setsign () status | = FLAG_SIGN
#define clearsign () status & = (~ FLAG_SIGN)


// macros de cálculo de marca
#define zerocalc (n) {\
    if ((n) & 0x00FF) clearzero (); \
        else setzero (); \
}

#define signcalc (n) {\
    if ((n) & 0x0080) setsign (); \
        else clearsign (); \
}

#define carrycalc (n) {\
    if ((n) & 0xFF00) setcarry (); \
        else clearcarry (); \
}

#define overflowcalc (n, m, o) {/ * n = resultado, m = acumulador, o = memoria * / \
    if (((n) ^ (uint16_t) (m)) & ((n) ^ (o)) & 0x0080) setoverflow (); \
        más clearoverflow (); \
}


// 6502 registros de CPU
uint16_t pc;
uint8_t sp, a, x, y, estado = FLAG_CONSTANT;


// variables auxiliares
uint64_t instrucciones = 0; // realiza un seguimiento del total de instrucciones ejecutadas
uint32_t clockticks6502 = 0, clockgoal6502 = 0;
uint16_t oldpc, ea, reladdr, valor, resultado;
uint8_t opcode, oldstatus;

// algunas funciones generales utilizadas por otras funciones
vacío push16 (uint16_t pushval) {
    write6502 (BASE_STACK + sp, (pushval >> 8) & 0xFF);
    write6502 (BASE_STACK + ((sp - 1) & 0xFF), pushval & 0xFF);
    sp - = 2;
}

vacío push8 (uint8_t pushval) {
    write6502 (BASE_STACK + sp--, pushval);
}

uint16_t pull16 () {
    uint16_t temp16;
    temp16 = read6502 (BASE_STACK + ((sp + 1) & 0xFF)) | ((uint16_t) read6502 (BASE_STACK + ((sp + 2) & 0xFF)) << 8);
    sp + = 2;
    retorno (temp16);
}

uint8_t pull8 () {
    return (read6502 (BASE_STACK + ++ sp));
}

anular reset6502 () {
    pc = (uint16_t) read6502 (0xFFFC) | ((uint16_t) read6502 (0xFFFD) << 8);
    a = 0;
    x = 0;
    y = 0;
    sp = 0xFD;
    estado | = FLAG_CONSTANT;
}


vacío estático (* addrtable [256]) ();
vacío estático (* optable [256]) ();
uint8_t penaop, penaaddr;

// funciones de modo de direccionamiento, calcula direcciones efectivas
static void imp () {// implícito
}

static void acc () {// acumulador
}

static void imm () {// inmediato
    ea = pc ++;
}

static void zp () {// página cero
    ea = (uint16_t) read6502 ((uint16_t) pc ++);
}

static void zpx () {// página cero, X
    ea = ((uint16_t) read6502 ((uint16_t) pc ++) + (uint16_t) x) & 0xFF; // envolvente de página cero
}

static void zpy () {// página cero, Y
    ea = ((uint16_t) read6502 ((uint16_t) pc ++) + (uint16_t) y) & 0xFF; // envolvente de página cero
}

static void rel () {// relativo para operaciones de bifurcación (valor inmediato de 8 bits, signo extendido)
    reladdr = (uint16_t) read6502 (pc ++);
    if (reladdr & 0x80) reladdr | = 0xFF00;
}

estático vacío abso () {// absoluto
    ea = (uint16_t) read6502 (pc) | ((uint16_t) read6502 (pc + 1) << 8);
    pc + = 2;
}

estático vacío absx () {// absoluto, X
    uint16_t página de inicio;
    ea = ((uint16_t) read6502 (pc) | ((uint16_t) read6502 (pc + 1) << 8));
    startpage = ea & 0xFF00;
    ea + = (uint16_t) x;

    if (startpage! = (ea & 0xFF00)) {// un ciclo de penilty para cruzar páginas en algunos códigos de operación
        penaaddr = 1;
    }

    pc + = 2;
}

absy vacío estático () {// absoluto, Y
    uint16_t página de inicio;
    ea = ((uint16_t) read6502 (pc) | ((uint16_t) read6502 (pc + 1) << 8));
    startpage = ea & 0xFF00;
    ea + = (uint16_t) y;

    if (startpage! = (ea & 0xFF00)) {// un ciclo de penilty para cruzar páginas en algunos códigos de operación
        penaaddr = 1;
    }

    pc + = 2;
}

static void ind () {// indirecto
    uint16_t eahelp, eahelp2;
    eahelp = (uint16_t) read6502 (pc) | (uint16_t) ((uint16_t) read6502 (pc + 1) << 8);
    eahelp2 = (eahelp y 0xFF00) | ((eahelp + 1) y 0x00FF); // replicar el error envolvente del límite de página 6502
    ea = (uint16_t) read6502 (eahelp) | ((uint16_t) read6502 (eahelp2) << 8);
    pc + = 2;
}

estático vacío indx () {// (indirecto, X)
    uint16_t eahelp;
    eahelp = (uint16_t) (((uint16_t) read6502 (pc ++) + (uint16_t) x) & 0xFF); // ajuste de página cero para puntero de tabla
    ea = (uint16_t) read6502 (eahelp & 0x00FF) | ((uint16_t) read6502 ((eahelp + 1) & 0x00FF) << 8);
}

estático vacío indy () {// (indirecto), Y
    uint16_t eahelp, eahelp2, página de inicio;
    eahelp = (uint16_t) read6502 (pc ++);
    eahelp2 = (eahelp y 0xFF00) | ((eahelp + 1) y 0x00FF); // envolvente de página cero
    ea = (uint16_t) read6502 (eahelp) | ((uint16_t) read6502 (eahelp2) << 8);
    startpage = ea & 0xFF00;
    ea + = (uint16_t) y;

    if (startpage! = (ea & 0xFF00)) {// un ciclo de penilty para cruzar páginas en algunos códigos de operación
        penaaddr = 1;
    }
}

static uint16_t getvalue () {
    if (addrtable [opcode] == acc) return ((uint16_t) a);
        else return ((uint16_t) read6502 (ea));
}

valor de valor vacío estático (uint16_t saveval) {
    if (addrtable [opcode] == acc) a = (uint8_t) (saveval & 0x00FF);
        de lo contrario, escriba 6502 (ea, (saveval & 0x00FF));
}


// funciones del manejador de instrucciones
adc vacío estático () {
    pena = 1;
    valor = getvalue ();
    resultado = (uint16_t) a + valor + (uint16_t) (estado & FLAG_CARRY);

    carrycalc (resultado);
    zerocalc (resultado);
    overflowcalc (resultado, a, valor);
    signcalc (resultado);

    #ifndef NES_CPU
    if (estado y FLAG_DECIMAL) {
        clearcarry ();

        if ((a & 0x0F)> 0x09) {
            a + = 0x06;
        }
        if ((a & 0xF0)> 0x90) {
            a + = 0x60;
            setcarry ();
        }

        clockticks6502 ++;
    }
    #terminara si

    saveaccum (resultado);
}

vacío estático y () {
    pena = 1;
    valor = getvalue ();
    resultado = (uint16_t) un & valor;

    zerocalc (resultado);
    signcalc (resultado);

    saveaccum (resultado);
}

estático vacío asl () {
    valor = getvalue ();
    resultado = valor << 1;

    carrycalc (resultado);
    zerocalc (resultado);
    signcalc (resultado);

    putvalue (resultado);
}

vacío estático bcc () {
    if ((estado y FLAG_CARRY) == 0) {
        oldpc = pc;
        pc + = reladdr;
        if ((oldpc & 0xFF00)! = (pc & 0xFF00)) clockticks6502 + = 2; // verifica si el salto cruzó el límite de una página
            de lo contrario clockticks6502 ++;
    }
}

vacío estático bcs () {
    if ((estado y FLAG_CARRY) == FLAG_CARRY) {
        oldpc = pc;
        pc + = reladdr;
        if ((oldpc & 0xFF00)! = (pc & 0xFF00)) clockticks6502 + = 2; // verifica si el salto cruzó el límite de una página
            de lo contrario clockticks6502 ++;
    }
}

estático vacío beq () {
    if ((estado y FLAG_ZERO) == FLAG_ZERO) {
        oldpc = pc;
        pc + = reladdr;
        if ((oldpc & 0xFF00)! = (pc & 0xFF00)) clockticks6502 + = 2; // verifica si el salto cruzó el límite de una página
            de lo contrario clockticks6502 ++;
    }
}

bit vacío estático () {
    valor = getvalue ();
    resultado = (uint16_t) un & valor;

    zerocalc (resultado);
    estado = (estado y 0x3F) | (uint8_t) (valor & 0xC0);
}

vacío estático bmi () {
    if ((estado y FLAG_SIGN) == FLAG_SIGN) {
        oldpc = pc;
        pc + = reladdr;
        if ((oldpc & 0xFF00)! = (pc & 0xFF00)) clockticks6502 + = 2; // verifica si el salto cruzó el límite de una página
            de lo contrario clockticks6502 ++;
    }
}

vacío estático bne () {
    if ((estado y FLAG_ZERO) == 0) {
        oldpc = pc;
        pc + = reladdr;
        if ((oldpc & 0xFF00)! = (pc & 0xFF00)) clockticks6502 + = 2; // verifica si el salto cruzó el límite de una página
            de lo contrario clockticks6502 ++;
    }
}

estático vacío bpl () {
    if ((estado y FLAG_SIGN) == 0) {
        oldpc = pc;
        pc + = reladdr;
        if ((oldpc & 0xFF00)! = (pc & 0xFF00)) clockticks6502 + = 2; // verifica si el salto cruzó el límite de una página
            de lo contrario clockticks6502 ++;
    }
}

vacío estático brk () {
    pc ++;
    push16 (pc); // inserta la siguiente dirección de instrucciones en la pila
    push8 (estado | FLAG_BREAK); // empujar el estado de la CPU para apilar
    setinterrupt (); // establecer bandera de interrupción
    pc = (uint16_t) read6502 (0xFFFE) | ((uint16_t) read6502 (0xFFFF) << 8);
}

estático vacío bvc () {
    if ((estado y FLAG_OVERFLOW) == 0) {
        oldpc = pc;
        pc + = reladdr;
        if ((oldpc & 0xFF00)! = (pc & 0xFF00)) clockticks6502 + = 2; // verifica si el salto cruzó el límite de una página
            de lo contrario clockticks6502 ++;
    }
}

vacío estático bvs () {
    if ((estado y FLAG_OVERFLOW) == FLAG_OVERFLOW) {
        oldpc = pc;
        pc + = reladdr;
        if ((oldpc & 0xFF00)! = (pc & 0xFF00)) clockticks6502 + = 2; // verifica si el salto cruzó el límite de una página
            de lo contrario clockticks6502 ++;
    }
}

vacío estático clc () {
    clearcarry ();
}

static void cld () {
    cleardecimal ();
}

vacío estático cli () {
    clearinterrupt ();
}

static void clv () {
    clearoverflow ();
}

vacío vacío cmp () {
    pena = 1;
    valor = getvalue ();
    resultado = (uint16_t) a - valor;

    if (a> = (uint8_t) (valor & 0x00FF)) setcarry ();
        sino clearcarry ();
    if (a == (uint8_t) (valor & 0x00FF)) setzero ();
        más clearzero ();
    signcalc (resultado);
}

estático vacío cpx () {
    valor = getvalue ();
    resultado = (uint16_t) x - valor;

    if (x> = (uint8_t) (valor & 0x00FF)) setcarry ();
        sino clearcarry ();
    if (x == (uint8_t) (valor & 0x00FF)) setzero ();
        más clearzero ();
    signcalc (resultado);
}

estático vacío cpy () {
    valor = getvalue ();
    resultado = (uint16_t) y - valor;

    if (y> = (uint8_t) (valor & 0x00FF)) setcarry ();
        sino clearcarry ();
    if (y == (uint8_t) (valor & 0x00FF)) setzero ();
        más clearzero ();
    signcalc (resultado);
}

vacío estático dec () {
    valor = getvalue ();
    resultado = valor - 1;

    zerocalc (resultado);
    signcalc (resultado);

    putvalue (resultado);
}

dex vacío estático () {
    X--;

    zerocalc (x);
    Signcalc (x);
}

vacío estático dey () {
    y--;

    zerocalc (y);
    signcalc (y);
}

vacío estático eor () {
    pena = 1;
    valor = getvalue ();
    resultado = (uint16_t) un valor ^;

    zerocalc (resultado);
    signcalc (resultado);

    saveaccum (resultado);
}

static void inc () {
    valor = getvalue ();
    resultado = valor + 1;

    zerocalc (resultado);
    signcalc (resultado);

    putvalue (resultado);
}

vacío estático inx () {
    x ++;

    zerocalc (x);
    Signcalc (x);
}

vacío estático iny () {
    y ++;

    zerocalc (y);
    signcalc (y);
}

jmp vacío estático () {
    pc = ea;
}

estático vacío jsr () {
    push16 (pc - 1);
    pc = ea;
}

vacío estático lda () {
    pena = 1;
    valor = getvalue ();
    a = (uint8_t) (valor & 0x00FF);

    zerocalc (a);
    Signcalc (a);
}

estático vacío ldx () {
    pena = 1;
    valor = getvalue ();
    x = (uint8_t) (valor & 0x00FF);

    zerocalc (x);
    Signcalc (x);
}

estático vacío ldy () {
    pena = 1;
    valor = getvalue ();
    y = (uint8_t) (valor & 0x00FF);

    zerocalc (y);
    signcalc (y);
}

estático vacío lsr () {
    valor = getvalue ();
    resultado = valor >> 1;

    if (valor & 1) setcarry ();
        sino clearcarry ();
    zerocalc (resultado);
    signcalc (resultado);

    putvalue (resultado);
}

vacío estático nop () {
    interruptor (código de operación) {
        caso 0x1C:
        caso 0x3C:
        caso 0x5C:
        caso 0x7C:
        caso 0xDC:
        caso 0xFC:
            pena = 1;
            descanso;
    }
}

vacío estático ora () {
    pena = 1;
    valor = getvalue ();
    resultado = (uint16_t) a | valor;

    zerocalc (resultado);
    signcalc (resultado);

    saveaccum (resultado);
}

pha vacío estático () {
    push8 (a);
}

php vacío estático () {
    push8 (estado | FLAG_BREAK);
}

vacío estático pla () {
    a = pull8 ();

    zerocalc (a);
    Signcalc (a);
}

vacío estático plp () {
    estado = pull8 () | FLAG_CONSTANT;
}

rol vacío estático () {
    valor = getvalue ();
    resultado = (valor << 1) | (estado y FLAG_CARRY);

    carrycalc (resultado);
    zerocalc (resultado);
    signcalc (resultado);

    putvalue (resultado);
}

vacío estático ror () {
    valor = getvalue ();
    resultado = (valor >> 1) | ((estado y FLAG_CARRY) << 7);

    if (valor & 1) setcarry ();
        sino clearcarry ();
    zerocalc (resultado);
    signcalc (resultado);

    putvalue (resultado);
}

estático vacío rti () {
    estado = pull8 ();
    valor = pull16 ();
    pc = valor;
}

estático vacío rts () {
    valor = pull16 ();
    pc = valor + 1;
}

estático vacío sbc () {
    pena = 1;
    valor = getvalue () ^ 0x00FF;
    resultado = (uint16_t) a + valor + (uint16_t) (estado & FLAG_CARRY);

    carrycalc (resultado);
    zerocalc (resultado);
    overflowcalc (resultado, a, valor);
    signcalc (resultado);

    #ifndef NES_CPU
    if (estado y FLAG_DECIMAL) {
        clearcarry ();

        a - = 0x66;
        if ((a & 0x0F)> 0x09) {
            a + = 0x06;
        }
        if ((a & 0xF0)> 0x90) {
            a + = 0x60;
            setcarry ();
        }

        clockticks6502 ++;
    }
    #terminara si

    saveaccum (resultado);
}

sec vacío vacío () {
    setcarry ();
}

vacío estático sed () {
    setdecimal ();
}

vacío estático sei () {
    setinterrupt ();
}

vacío estático sta () {
    valor de valoración (a);
}

estático vacío stx () {
    valor de put (x);
}

sty vacío vacío () {
    valor de venta (y);
}

impuesto nulo estático () {
    x = a;

    zerocalc (x);
    Signcalc (x);
}

vacío estático tay () {
    y = a;

    zerocalc (y);
    signcalc (y);
}

vacío estático tsx () {
    x = sp;

    zerocalc (x);
    Signcalc (x);
}

txa vacío estático () {
    a = x;

    zerocalc (a);
    Signcalc (a);
}

txs de vacío estático () {
    sp = x;
}

tya vacío estático () {
    a = y;

    zerocalc (a);
    Signcalc (a);
}

// instrucciones no documentadas
#ifdef INOCENTADO
    vacío estático lax () {
        lda ();
        ldx ();
    }

    saxo vacío estático () {
        sta ();
        stx ();
        putvalue (a & x);
        if (penalización && penalizaciónaddr) clockticks6502--;
    }

    DCP vacío estático () {
        dic();
        cmp ();
        if (penalización && penalizaciónaddr) clockticks6502--;
    }

    isb vacío estático () {
        Cía();
        sbc ();
        if (penalización && penalizaciónaddr) clockticks6502--;
    }

    vacío estático slo () {
        asl ();
        ora ();
        if (penalización && penalizaciónaddr) clockticks6502--;
    }

    estático vacío rla () {
        rol ();
        y();
        if (penalización && penalizaciónaddr) clockticks6502--;
    }

    estático vacío sre () {
        lsr ();
        eor ();
        if (penalización && penalizaciónaddr) clockticks6502--;
    }

    vacío estático rra () {
        ror ();
        adc ();
        if (penalización && penalizaciónaddr) clockticks6502--;
    }
#más
    #define lax nop
    #definir sax nop
    #define dcp nop
    #define isb nop
    #define slo nop
    #define rla nop
    #define sre nop
    #define rra nop
#terminara si


vacío estático (* addrtable [256]) () = {
/ * | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | A | B | C | D | E | F | * /
/ * 0 * / imp, indx, imp, indx, zp, zp, zp, zp, imp, imm, acc, imm, abso, abso, abso, abso, / * 0 * /
/ * 1 * / rel, indy, imp, indy, zpx, zpx, zpx, zpx, imp, absy, imp, absy, absx, absx, absx, absx, / * 1 * /
/ * 2 * / abso, indx, imp, indx, zp, zp, zp, zp, imp, imm, acc, imm, abso, abso, abso, abso, / * 2 * /
/ * 3 * / rel, indy, imp, indy, zpx, zpx, zpx, zpx, imp, absy, imp, absy, absx, absx, absx, absx, / * 3 * /
/ * 4 * / imp, indx, imp, indx, zp, zp, zp, zp, imp, imm, acc, imm, abso, abso, abso, abso, / * 4 * /
/ * 5 * / rel, indy, imp, indy, zpx, zpx, zpx, zpx, imp, absy, imp, absy, absx, absx, absx, absx, / * 5 * /
/ * 6 * / imp, indx, imp, indx, zp, zp, zp, zp, imp, imm, acc, imm, ind, abso, abso, abso, / * 6 * /
/ * 7 * / rel, indy, imp, indy, zpx, zpx, zpx, zpx, imp, absy, imp, absy, absx, absx, absx, absx, / * 7 * /
/ * 8 * / imm, indx, imm, indx, zp, zp, zp, zp, imp, imm, imp, imm, abso, abso, abso, abso, / * 8 * /
/ * 9 * / rel, indy, imp, indy, zpx, zpx, zpy, zpy, imp, absy, imp, absy, absx, absx, absy, absy, / * 9 * /
/ * A * / imm, indx, imm, indx, zp, zp, zp, zp, imp, imm, imp, imm, abso, abso, abso, abso, / * A * /
/ * B * / rel, indy, imp, indy, zpx, zpx, zpy, zpy, imp, absy, imp, absy, absx, absx, absy, absy, / * B * /
/ * C * / imm, indx, imm, indx, zp, zp, zp, zp, imp, imm, imp, imm, abso, abso, abso, abso, / * C * /
/ * D * / rel, indy, imp, indy, zpx, zpx, zpx, zpx, imp, absy, imp, absy, absx, absx, absx, absx, / * D * /
/ * E * / imm, indx, imm, indx, zp, zp, zp, zp, imp, imm, imp, imm, abso, abso, abso, abso, / * E * /
/ * F * / rel, indy, imp, indy, zpx, zpx, zpx, zpx, imp, absy, imp, absy, absx, absx, absx, absx / * F * /
};

vacío estático (* optable [256]) () = {
/ * | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | A | B | C | D | E | F | * /
/ * 0 * / brk, ora, nop, slo, nop, ora, asl, slo, php, ora, asl, nop, nop, ora, asl, slo, / * 0 * /
/ * 1 * / bpl, ora, nop, slo, nop, ora, asl, slo, clc, ora, nop, slo, nop, ora, asl, slo, / * 1 * /
/ * 2 * / jsr, y, nop, rla, bit, y, rol, rla, plp, y, rol, nop, bit, y, rol, rla, / * 2 * /
/ * 3 * / bmi, y, nop, rla, nop, y, rol, rla, sec, y, nop, rla, nop, y, rol, rla, / * 3 * /
/ * 4 * / rti, eor, nop, sre, nop, eor, lsr, sre, pha, eor, lsr, nop, jmp, eor, lsr, sre, / * 4 * /
/ * 5 * / bvc, eor, nop, sre, nop, eor, lsr, sre, cli, eor, nop, sre, nop, eor, lsr, sre, / * 5 * /
/ * 6 * / rts, adc, nop, rra, nop, adc, ror, rra, pla, adc, ror, nop, jmp, adc, ror, rra, / * 6 * /
/ * 7 * / bvs, adc, nop, rra, nop, adc, ror, rra, sei, adc, nop, rra, nop, adc, ror, rra, / * 7 * /
/ * 8 * / nop, sta, nop, sax, sty, sta, stx, sax, dey, nop, txa, nop, sty, sta, stx, sax, / * 8 * /
/ * 9 * / bcc, sta, nop, nop, sty, sta, stx, sax, tya, sta, txs, nop, nop, sta, nop, nop, / * 9 * /
/ * A * / ldy, lda, ldx, lax, ldy, lda, ldx, lax, tay, lda, tax, nop, ldy, lda, ldx, lax, / * A * /
/ * B * / bcs, lda, nop, lax, ldy, lda, ldx, lax, clv, lda, tsx, lax, ldy, lda, ldx, lax, / * B * /
/ * C * / cpy, cmp, nop, dcp, cpy, cmp, dec, dcp, iny, cmp, dex, nop, cpy, cmp, dec, dcp, / * C * /
/ * D * / bne, cmp, nop, dcp, nop, cmp, dec, dcp, cld, cmp, nop, dcp, nop, cmp, dec, dcp, / * D * /
/ * E * / cpx, sbc, nop, isb, cpx, sbc, inc, isb, inx, sbc, nop, sbc, cpx, sbc, inc, isb, / * E * /
/ * F * / beq, sbc, nop, isb, nop, sbc, inc, isb, sed, sbc, nop, isb, nop, sbc, inc, isb / * F * /
};

tabla estática uint32_t ticktable [256] = {
/ * | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | A | B | C | D | E | F | * /
/ * 0 * / 7, 6, 2, 8, 3, 3, 5, 5, 3, 2, 2, 2, 4, 4, 6, 6, / * 0 * /
/ * 1 * / 2, 5, 2, 8, 4, 4, 6, 6, 2, 4, 2, 7, 4, 4, 7, 7, / * 1 * /
/ * 2 * / 6, 6, 2, 8, 3, 3, 5, 5, 4, 2, 2, 2, 4, 4, 6, 6, / * 2 * /
/ * 3 * / 2, 5, 2, 8, 4, 4, 6, 6, 2, 4, 2, 7, 4, 4, 7, 7, / * 3 * /
/ * 4 * / 6, 6, 2, 8, 3, 3, 5, 5, 3, 2, 2, 2, 3, 4, 6, 6, / * 4 * /
/ * 5 * / 2, 5, 2, 8, 4, 4, 6, 6, 2, 4, 2, 7, 4, 4, 7, 7, / * 5 * /
/ * 6 * / 6, 6, 2, 8, 3, 3, 5, 5, 4, 2, 2, 2, 5, 4, 6, 6, / * 6 * /
/ * 7 * / 2, 5, 2, 8, 4, 4, 6, 6, 2, 4, 2, 7, 4, 4, 7, 7, / * 7 * /
/ * 8 * / 2, 6, 2, 6, 3, 3, 3, 3, 2, 2, 2, 2, 4, 4, 4, 4, / * 8 * /
/ * 9 * / 2, 6, 2, 6, 4, 4, 4, 4, 2, 5, 2, 5, 5, 5, 5, 5, / * 9 * /
/ * A * / 2, 6, 2, 6, 3, 3, 3, 3, 2, 2, 2, 2, 4, 4, 4, 4, / * A * /
/ * B * / 2, 5, 2, 5, 4, 4, 4, 4, 2, 4, 2, 4, 4, 4, 4, 4, / * B * /
/ * C * / 2, 6, 2, 8, 3, 3, 5, 5, 2, 2, 2, 2, 4, 4, 6, 6, / * C * /
/ * D * / 2, 5, 2, 8, 4, 4, 6, 6, 2, 4, 2, 7, 4, 4, 7, 7, / * D * /
/ * E * / 2, 6, 2, 8, 3, 3, 5, 5, 2, 2, 2, 2, 4, 4, 6, 6, / * E * /
/ * F * / 2, 5, 2, 8, 4, 4, 6, 6, 2, 4, 2, 7, 4, 4, 7, 7 / * F * /
};


nmi6502 nulo () {
    push16 (pc);
    push8 (estado);
    estado | = FLAG_INTERRUPT;
    pc = (uint16_t) read6502 (0xFFFA) | ((uint16_t) read6502 (0xFFFB) << 8);
}

nulo irq6502 () {
    push16 (pc);
    push8 (estado);
    estado | = FLAG_INTERRUPT;
    pc = (uint16_t) read6502 (0xFFFE) | ((uint16_t) read6502 (0xFFFF) << 8);
}

uint8_t callexternal = 0;
nulo (* loopexternal) ();

exec6502 nulo (tintcount uint32_t) {
    clockgoal6502 + = tickcount;

    while (clockticks6502 <clockgoal6502) {
        opcode = read6502 (pc ++);

        pena = 0;
        penaaddr = 0;

        (* addrtable [código de operación]) ();
        (* optable [opcode]) ();
        clockticks6502 + = ticktable [código de operación];
        if (penalización & y penalizaciónaddr) clockticks6502 ++;

        instrucciones ++;

        if (callexternal) (* loopexternal) ();
    }

}

nulo step6502 () {
    opcode = read6502 (pc ++);

    pena = 0;
    penaaddr = 0;

    (* addrtable [código de operación]) ();
    (* optable [opcode]) ();
    clockticks6502 + = ticktable [código de operación];
    if (castigo & & castigoaddr) tics de reloj
    clockgoal6502 = clockticks6502;

    instrucciones ++;

    if (callexternal) (* loopexternal) ();
}

vacío hookexternal (vacío * funcptr) {
    if (funcptr! = (void *) NULL) {
        loopexternal = funcptr;
        callexternal = 1;
    } más callexternal = 0;
}

Un emulador MOS 6502 en Haskell. Las características incluyen:

• implementación precisa de bits que incluye un manejo sutil del registro P y ajuste de página durante la indexación e indirección
• IO mapeado en memoria, con detección de bucle giratorio (para que la CPU del host no se pegue mientras espera la entrada)
• detección de alto (saltos / ramificaciones a uno mismo)
• CPU implementada en exactamente 200 líneas y 6502 caracteres de código
• La implementación de la CPU es mónada de estado puro

Esta es una versión algo desarrollada de una implementación completa (con más características) que hice para este desafío que publicaré más adelante. A pesar del golf, el código sigue siendo sencillo. La única característica que falta es el modo BCD (próximamente ...)

Ejecuta el código ehBASIC:

& ghc -O2 -o z6502min -Wall -fwarn-tabs -fno-warn-missing-signatures Z6502.hs
[1 of 1] Compiling Main             ( Z6502.hs, Z6502.o )

Z6502.hs:173:1: Warning: Defined but not used: `nmi'

Z6502.hs:174:1: Warning: Defined but not used: `irq'
Linking z6502min ...

& ./z6502min ehbasic.bin 
6502 EhBASIC [C]old/[W]arm ?

Memory size ? 

48383 Bytes free

Enhanced BASIC 2.22

Ready
PRINT "Hello World"
Hello World

Ready
10 FOR I = 1 TO 10
20 FOR J = 1 TO I
30 PRINT J;
40 NEXT J
50 PRINT
60 NEXT I
RUN
 1
 1 2
 1 2 3
 1 2 3 4
 1 2 3 4 5
 1 2 3 4 5 6
 1 2 3 4 5 6 7
 1 2 3 4 5 6 7 8
 1 2 3 4 5 6 7 8 9
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ready

Y el código, con menos de 300 líneas en total:

-- Z6502: a 6502 emulator
-- by Mark Lentczner

module Main (main) where

import Control.Applicative
import Control.Monad
import Control.Monad.State.Strict
import Data.Bits
import qualified Data.ByteString as B
import Data.List
import qualified Data.Vector as V
import qualified Data.Vector.Unboxed as VU
import Data.Word
import System.Environment
import System.IO

{- === CPU: 200 lines, 6502 characters === -}
type Addr = Word16
toAd = fromIntegral :: Int -> Addr
addr :: Word8 -> Word8 -> Addr
addr lo hi = fromIntegral hi `shiftL` 8 .|. fromIntegral lo
lohi ad = (fromIntegral ad, fromIntegral $ ad `shiftR` 8)
zeroPage v = addr v 0
index ad idx = ad + fromIntegral (idx :: Word8)
relativeAddr ad off = index ad off - if off > 0x7f then 256 else 0

data Page = Missing | ROM !B.ByteString | RAM !(VU.Vector Word8)
type Memory = V.Vector Page
emptyMemory = V.replicate 256 Missing

fetchByte ad mv = case mv V.! hi of
    ROM bs -> B.index bs lo
    RAM vs -> vs VU.! lo
    _ -> 0
  where (hi,lo) = fromIntegral ad `divMod` 256
storeByte ad v mv = case mv V.! hi of
    RAM vs -> mv V.// [(hi, RAM $ vs VU.// [(lo, v)])]
    _ -> mv
  where (hi,lo) = fromIntegral ad `divMod` 256

data S = S { rA, rX, rY, rP, rS :: !Word8, rPC :: !Addr
           , mem :: !Memory, busR,busW :: Maybe Addr }
powerOnState = S 0 0 0 0 0 0 emptyMemory Nothing Nothing

[bitN, bitV, bitX, bitB, bitD, bitI, bitZ, bitC] = [7,6..0]
toBit b t v = (if t then setBit else clearBit) v b
toZ v = toBit bitZ (v == 0)
toZN v = toBit bitZ (v == 0) . toBit bitN (testBit v 7)
to67 v = toBit bitV (testBit v 6) . toBit bitN (testBit v 7)

setZN v = modify $ \s -> s { rP = toZN v $ rP s }
setAZN v = modify $ \s -> s { rA = v, rP=toZN v $ rP s }
setXZN v = modify $ \s -> s { rX = v, rP=toZN v $ rP s }
setYZN v = modify $ \s -> s { rY = v, rP=toZN v $ rP s }
setZVNbit (a,v) = modify $ \s -> s { rP = toZ (a .&. v) $ to67 v $ rP s }
setACZVN (c,v,a) = modify $ \s ->
    s { rA = a, rP = toBit bitC c $ toBit bitV v $ toZN a $ rP s }
setCZN (c,v) = modify $ \s -> s { rP = toBit bitC c $ toZN v $ rP s }

fetch a = state $ \s -> (fetchByte a $ mem s, s { busR = Just a })
fetchIndirectAddr a0 = do
    m <- gets mem
    let (lo,hi) = lohi a0
        a1 = addr (lo+1) hi
        bLo = fetchByte a0 m
        bHi = fetchByte a1 m
    return $ addr bLo bHi
store a v = modify $ \s -> s { mem = storeByte a v $ mem s, busW = Just a }

clearBus = modify $ \s -> s { busR = Nothing, busW = Nothing }
nextPC = state $ \s -> (rPC s, s { rPC = rPC s + 1 })
fetchPC = nextPC >>= \a -> gets mem >>= return . fetchByte a

adjSP n m = state $ \s -> (addr (rS s + m) 1, s { rS = rS s + n })
push v = adjSP (-1) 0 >>= flip store v
pull = adjSP 1 1 >>= fetch
pushAddr a = let (lo, hi) = lohi a in push hi >> push lo
pullAddr = addr <$> pull <*> pull
pushP fromSW = gets rP >>= push . toBit bitX True . toBit bitB fromSW
pullP = pull >>= \v -> modify $ \s -> s { rP = v .&. 0xCF }

indexX a = gets rX >>= return . index a
indexY a = gets rY >>= return . index a
aImm=nextPC
aZero=zeroPage<$>fetchPC
aZeroX=zeroPage<$>((+)<$>fetchPC<*>gets rX)
aZeroY=zeroPage<$>((+)<$>fetchPC<*>gets rY)
aRel=flip relativeAddr<$>fetchPC<*>gets rPC
aAbs=addr<$>fetchPC<*>fetchPC
aAbsX=aAbs>>=indexX
aAbsY=aAbs>>=indexY
aInd=aAbs>>=fetchIndirectAddr
aIndIdx=aZeroX>>=fetchIndirectAddr
aIdxInd=aZero>>=fetchIndirectAddr>>=indexY

decode = V.fromList $ concat $ transpose
 [[iBRK,iBPL,iJSR&aAbs,iBMI,iRTI,iBVC,iRTS,iBVS
  ,iErr,iBCC,iLDY&aImm,iBCS,iCPY&aImm,iBNE,iCPX&aImm,iBEQ]
 ,cAlu aIndIdx aIdxInd
 ,cErr//(10,iLDX&aImm)
 ,cErr
 ,[iErr,iErr,iBIT&aZero,iErr,iErr,iErr,iErr,iErr
  ,iSTY&aZero,iSTY&aZeroX,iLDY&aZero,iLDY&aZeroX,iCPY&aZero,iErr,iCPX&aZero,iErr]
 ,cAlu aZero aZeroX
 ,cBit aZero aZeroX//(9,iSTX&aZeroY)//(11,iLDX&aZeroY)
 ,cErr
 ,[iPHP,iCLC,iPLP,iSEC,iPHA,iCLI,iPLA,iSEI,iDEY,iTYA,iTAY,iCLV,iINY,iCLD,iINX,iSED]
 ,cAlu aImm aAbsY//(8,iErr)
 ,[iASLa,iErr,iROLa,iErr,iLSRa,iErr,iRORa,iErr
  ,iTXA,iTXS,iTAX,iTSX,iDEX,iErr,iNOP,iErr ]
 ,cErr
 ,[iErr,iErr,iBIT&aAbs,iErr,iJMP&aAbs,iErr,iJMP&aInd,iErr
  ,iSTY&aAbs,iErr,iLDY&aAbs,iLDY&aAbsX,iCPY&aAbs,iErr,iCPX&aAbs,iErr]
 ,cAlu aAbs aAbsX
 ,cBit aAbs aAbsX//(9,iErr)//(11,iLDX&aAbsY)
 ,cErr
 ]
cAlt is e o = is >>= (\i->[i&e,i&o])
cAlu = cAlt [iORA,iAND,iEOR,iADC,iSTA,iLDA,iCMP,iSBC]
cBit = cAlt [iASL,iROL,iLSR,iROR,iSTX,iLDX,iDEC,iINC]
cErr = replicate 16 iErr
is//(n,j) = let (f,_:h) = splitAt n is in f++j:h
i&a=a>>=i

loadIns l a = fetch a >>= l
storeIns f a = f >>= store a

aluIns set op ad = do
    v <- fetch ad
    a <- gets rA
    set $ op a v

modIns op a = fetch a >>= op >>= store a
modAccIns op = gets rA >>= op >>= \v -> modify $ \s -> s { rA = v }

stIns b op = modify $ \s -> s { rP = op (rP s) b }

jump a = modify $ \s -> s { rPC = a }
brIns b t = do
    a <- aRel
    p <- gets rP
    when (testBit p b == t) $ jump a

adcOp a b cIn = (cOut, v, s)
  where
    h = b + (if cIn then 1 else 0)
    s = a + h
    cOut = h < b || s < a
    v = testBit (a `xor` s .&. b `xor` s) 7
sbcOp a b cIn = adcOp a (complement b) cIn
carryOp f = gets rP >>= setACZVN . f . flip testBit bitC

cmpOp a b = (a >= b, a - b)

shiftOp shifter isRot inBit outBit v = do
    s <- get
    let newC = testBit v outBit
        bitIn = toBit inBit $ isRot && testBit (rP s) bitC
        v' = bitIn $ shifter v 1
    put s { rP = toBit bitC newC $ toZN v' $ rP s }
    return v'

vector a = fetchIndirectAddr a >>= jump

interrupt isBrk pcOffset a = do
    gets rPC >>= pushAddr . flip index pcOffset
    pushP isBrk
    iSEI
    vector a

reset = vector $ toAd 0xFFFC
nmi = interrupt False 0 $ toAd 0xFFFA
irq = interrupt False 0 $ toAd 0xFFFE

[iORA,iAND,iEOR]=aluIns setAZN<$>[(.|.),(.&.),xor]
[iADC,iSBC]=aluIns carryOp<$>[adcOp,sbcOp]
iSTA=storeIns$gets rA
iLDA=loadIns setAZN
iCMP=aluIns setCZN cmpOp

[iSTX,iSTY]=storeIns.gets<$>[rX,rY]
[iLDX,iLDY]=loadIns<$>[setXZN,setYZN]
[iCPX,iCPY]=(\r a->gets r>>= \v->fetch a>>=setCZN.cmpOp v)<$>[rX,rY]
[iDEC,iINC]=modIns.(\i v->setZN(v+i)>>return(v+i))<$>[-1,1]
[iDEX,iINX]=(gets rX>>=).(setXZN.).(+)<$>[-1,1]
[iDEY,iINY]=(gets rY>>=).(setYZN.).(+)<$>[-1,1]

shOps=[shiftOp d r b(7-b)|(d,b)<-[(shiftL,0),(shiftR,7)],r<-[False,True]]
[iASL,iROL,iLSR,iROR]=modIns<$>shOps
[iASLa,iROLa,iLSRa,iRORa]=modAccIns<$>shOps

iBIT=aluIns setZVNbit(,)
iJMP=jump

[iBPL,iBMI,iBVC,iBVS,iBCC,iBCS,iBNE,iBEQ]=brIns<$>[bitN,bitV,bitC,bitZ]<*>[False,True]
[iCLC,iSEC,iCLI,iSEI,iCLV,_,iCLD,iSED]=stIns<$>[bitC,bitI,bitV,bitD]<*>[clearBit,setBit]

iBRK=interrupt True 1 $ toAd 0xFFFE
iJSR a=gets rPC>>=pushAddr.(-1+)>>jump a
iRTI=iPLP>>pullAddr>>=jump
iRTS=pullAddr>>=jump.(1+)

iPHP=pushP True
iPLP=pullP
iPHA=gets rA>>=push
iPLA=pull>>=setAZN

iNOP=return ()

[iTAX,iTAY]=(gets rA>>=)<$>[setXZN,setYZN]
[iTXA,iTYA]=(>>=setAZN).gets<$>[rX,rY]
iTXS=modify $ \s -> s { rS=rX s }
iTSX=gets rS>>=setXZN

iErr=gets rPC>>=jump.(-1+)

executeOne = clearBus >> fetchPC >>= (decode V.!) . fromIntegral
{- === END OF CPU === -}


{- === MOTHERBOARD === -}
buildMemory rom =
    loadRAM 0xF0 1 $ loadRAM 0x00 ramSize $ loadROM romStart rom $ emptyMemory
  where
    ramSize = 256 - (B.length rom `div` 256)
    romStart = fromIntegral ramSize

    loadRAM p0 n = (V.// zip [p0..] (map RAM $ replicate n ramPage))
    ramPage = VU.replicate 256 0

    loadROM p0 bs = (V.// zip [p0..] (map ROM $ romPages bs))
    romPages b = case B.length b of
        l | l == 0    -> []
          | l < 256   -> [b `B.append` B.replicate (256 - l) 0]
          | l == 256  -> [b]
          | otherwise -> let (b0,bn) = B.splitAt 256 b in b0 : romPages bn

main = getArgs >>= go
  where
    go [romFile] = B.readFile romFile >>= exec . buildState . buildMemory
    go _ = putStrLn "agument should be a single ROM file"

    buildState m = execState reset (powerOnState { mem = m })

    exec s0 = do
        stopIO <- startIO
        loop (0 :: Int) s0
        stopIO

    loop n s = do
        let pcsp = (rPC s, rS s)
        (n',s') <- processIO n (execState executeOne s)
        let pcsp' = (rPC s', rS s')
        if pcsp /= pcsp'
            then (loop $! n') $! s'
            else do
                putStrLn $ "Execution snagged at " ++ show (fst pcsp')

    startIO = do
        ibuf <- hGetBuffering stdin
        obuf <- hGetBuffering stdout
        iecho <- hGetEcho stdin
        hSetBuffering stdin NoBuffering
        hSetBuffering stdout NoBuffering
        hSetEcho stdin False
        return $ do
            hSetEcho stdin iecho
            hSetBuffering stdin ibuf
            hSetBuffering stdout obuf
            putStr "\n\n"

    processIO n s = do
        when (busW s == Just outPortAddr) $ do
            let c = fetchByte outPortAddr $ mem s
            when (c /= 0) $ hPutChar stdout $ toEnum $ fromIntegral c
        if (busR s == Just inPortAddr)
            then do
                r <- if n < 16
                        then hWaitForInput stdin 50
                        else hReady stdin
                c <- if r then (fromIntegral . fromEnum) <$> hGetChar stdin else return 0
                let c' = if c == 0xA then 0xD else c
                let s' = s { mem = storeByte inPortAddr c' $ mem s }
                return (0,s')
            else return (n+1,s)

    inPortAddr = toAd 0xF004
    outPortAddr = toAd 0xF001

Para cualquier persona interesada, pensé en compartir mi implementación del 6502 en C #. Al igual que con otras publicaciones aquí, no tiene nada de golf, pero es una implementación completa de la característica.

• Soporta NMOS y CMOS
• Incluye varios programas de prueba, incluida la prueba AllSuite anterior como Pruebas unitarias.
• Soporta BCD

Comencé este proyecto creando una hoja de cálculo de instrucciones cuando estaba aprendiendo acerca de la CPU. Me di cuenta de que podía usar esta hoja de cálculo para ahorrarme algo de escritura. Convertí esto en una tabla de archivos de texto que el emulador carga para ayudar a contar los ciclos y para una salida de desmontaje fácil.

Todo el proyecto está disponible en Github https://github.com/amensch/e6502

/*
 * e6502: A complete 6502 CPU emulator.
 * Copyright 2016 Adam Mensch
 */

using System;

namespace e6502CPU
{
    public enum e6502Type
    {
        CMOS,
        NMOS
    };

    public class e6502
    {
        // Main Register
        public byte A;

        // Index Registers
        public byte X;
        public byte Y;

        // Program Counter
        public ushort PC;

        // Stack Pointer
        // Memory location is hard coded to 0x01xx
        // Stack is descending (decrement on push, increment on pop)
        // 6502 is an empty stack so SP points to where next value is stored
        public byte SP;

        // Status Registers (in order bit 7 to 0)
        public bool NF;    // negative flag (N)
        public bool VF;    // overflow flag (V)
                           // bit 5 is unused
                           // bit 4 is the break flag however it is not a physical flag in the CPU
        public bool DF;    // binary coded decimal flag (D)
        public bool IF;    // interrupt flag (I)
        public bool ZF;    // zero flag (Z)
        public bool CF;    // carry flag (C)

        // RAM - 16 bit address bus means 64KB of addressable memory
        public byte[] memory;

        // List of op codes and their attributes
        private OpCodeTable _opCodeTable;

        // The current opcode
        private OpCodeRecord _currentOP;

        // Clock cycles to adjust due to page boundaries being crossed, branches taken, or NMOS/CMOS differences
        private int _extraCycles;

        // Flag for hardware interrupt (IRQ)
        public bool IRQWaiting { get; set; }

        // Flag for non maskable interrupt (NMI)
        public bool NMIWaiting { get; set; }

        public e6502Type _cpuType { get; set; }

        public e6502(e6502Type type)
        {
            memory = new byte[0x10000];
            _opCodeTable = new OpCodeTable();

            // Set these on instantiation so they are known values when using this object in testing.
            // Real programs should explicitly load these values before using them.
            A = 0;
            X = 0;
            Y = 0;
            SP = 0;
            PC = 0;
            NF = false;
            VF = false;
            DF = false;
            IF = true;
            ZF = false;
            CF = false;
            NMIWaiting = false;
            IRQWaiting = false;
            _cpuType = type;
        }

        public void Boot()
        {
            // On reset the addresses 0xfffc and 0xfffd are read and PC is loaded with this value.
            // It is expected that the initial program loaded will have these values set to something.
            // Most 6502 systems contain ROM in the upper region (around 0xe000-0xffff)
            PC = GetWordFromMemory(0xfffc);

            // interrupt disabled is set on powerup
            IF = true;

            NMIWaiting = false;
            IRQWaiting = false;
        }

        public void LoadProgram(ushort startingAddress, byte[] program)
        {
            program.CopyTo(memory, startingAddress);
            PC = startingAddress;
        }

        public string DasmNextInstruction()
        {
            OpCodeRecord oprec = _opCodeTable.OpCodes[ memory[PC] ];
            if (oprec.Bytes == 3)
                return oprec.Dasm( GetImmWord() );
            else
                return oprec.Dasm( GetImmByte() );
        }

        // returns # of clock cycles needed to execute the instruction
        public int ExecuteNext()
        {
            _extraCycles = 0;

            // Check for non maskable interrupt (has higher priority over IRQ)
            if (NMIWaiting)
            {
                DoIRQ(0xfffa);
                NMIWaiting = false;
                _extraCycles += 6;
            }
            // Check for hardware interrupt, if enabled
            else if (!IF)
            {
                if(IRQWaiting)
                {
                    DoIRQ(0xfffe);
                    IRQWaiting = false;
                    _extraCycles += 6;
                }
            }

            _currentOP = _opCodeTable.OpCodes[memory[PC]];

            ExecuteInstruction();

            return _currentOP.Cycles + _extraCycles;
        }

        private void ExecuteInstruction()
        {
            int result;
            int oper = GetOperand(_currentOP.AddressMode);

            switch (_currentOP.OpCode)
            {
                // ADC - add memory to accumulator with carry
                // A+M+C -> A,C (NZCV)
                case 0x61:
                case 0x65:
                case 0x69:
                case 0x6d:
                case 0x71:
                case 0x72:
                case 0x75:
                case 0x79:
                case 0x7d:

                    if (DF)
                    {
                        result = HexToBCD(A) + HexToBCD((byte)oper);
                        if (CF) result++;

                        CF = (result > 99);

                        if (result > 99 )
                        {
                            result -= 100;
                        }
                        ZF = (result == 0);

                        // convert decimal result to hex BCD result
                        A = BCDToHex(result);

                        // Unlike ZF and CF, the NF flag represents the MSB after conversion
                        // to BCD.
                        NF = (A > 0x7f);

                        // extra clock cycle on CMOS in decimal mode
                        if (_cpuType == e6502Type.CMOS)
                            _extraCycles++;
                    }
                    else
                    {
                        ADC((byte)oper);
                    }
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // AND - and memory with accumulator
                // A AND M -> A (NZ)
                case 0x21:
                case 0x25:
                case 0x29:
                case 0x2d:
                case 0x31:
                case 0x32:
                case 0x35:
                case 0x39:
                case 0x3d:
                    result = A & oper;

                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);
                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);

                    A = (byte)result;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // ASL - shift left one bit (NZC)
                // C <- (76543210) <- 0

                case 0x06:
                case 0x16:
                case 0x0a:
                case 0x0e:
                case 0x1e:

                    // On 65C02 (abs,X) takes one less clock cycle (but still add back 1 if page boundary crossed)
                    if (_currentOP.OpCode == 0x1e && _cpuType == e6502Type.CMOS)
                        _extraCycles--;

                    // shift bit 7 into carry
                    CF = (oper >= 0x80);

                    // shift operand
                    result = oper << 1;

                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);
                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);

                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, result);
                    PC += _currentOP.Bytes;

                    break;

                // BBRx - test bit in memory (no flags)
                // Test the zero page location and branch of the specified bit is clear
                // These instructions are only available on Rockwell and WDC 65C02 chips.
                // Number of clock cycles is the same regardless if the branch is taken.
                case 0x0f:
                case 0x1f:
                case 0x2f:
                case 0x3f:
                case 0x4f:
                case 0x5f:
                case 0x6f:
                case 0x7f:

                    // upper nibble specifies the bit to check
                    byte check_bit = (byte)(_currentOP.OpCode >> 4);
                    byte check_value = 0x01;
                    for( int ii=0; ii < check_bit; ii++)
                    {
                        check_value = (byte)(check_value << 1);
                    }

                    // if the specified bit is 0 then branch
                    byte offset = memory[PC + 2];
                    PC += _currentOP.Bytes;

                    if ((oper & check_value) == 0x00)
                        PC += offset;

                    break;

                // BBSx - test bit in memory (no flags)
                // Test the zero page location and branch of the specified bit is set
                // These instructions are only available on Rockwell and WDC 65C02 chips.
                // Number of clock cycles is the same regardless if the branch is taken.
                case 0x8f:
                case 0x9f:
                case 0xaf:
                case 0xbf:
                case 0xcf:
                case 0xdf:
                case 0xef:
                case 0xff:

                    // upper nibble specifies the bit to check (but ignore bit 7)
                    check_bit = (byte)((_currentOP.OpCode & 0x70) >> 4);
                    check_value = 0x01;
                    for (int ii = 0; ii < check_bit; ii++)
                    {
                        check_value = (byte)(check_value << 1);
                    }

                    // if the specified bit is 1 then branch
                    offset = memory[PC + 2];
                    PC += _currentOP.Bytes;

                    if ((oper & check_value) == check_value)
                        PC += offset;

                    break;

                // BCC - branch on carry clear
                case 0x90:
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    CheckBranch(!CF, oper);
                    break;

                // BCS - branch on carry set
                case 0xb0:
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    CheckBranch(CF, oper);
                    break;

                // BEQ - branch on zero
                case 0xf0:
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    CheckBranch(ZF, oper);
                    break;

                // BIT - test bits in memory with accumulator (NZV)
                // bits 7 and 6 of oper are transferred to bits 7 and 6 of conditional register (N and V)
                // the zero flag is set to the result of oper AND accumulator
                case 0x24:
                case 0x2c:
                // added by 65C02
                case 0x34:
                case 0x3c:
                case 0x89:
                    result = A & oper;

                    // The WDC programming manual for 65C02 indicates NV are unaffected in immediate mode.
                    // The extended op code test program reflects this.
                    if (_currentOP.AddressMode != AddressModes.Immediate)
                    {
                        NF = ((oper & 0x80) == 0x80);
                        VF = ((oper & 0x40) == 0x40);
                    }

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // BMI - branch on negative
                case 0x30:
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    CheckBranch(NF, oper);
                    break;

                // BNE - branch on non zero
                case 0xd0:
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    CheckBranch(!ZF, oper);
                    break;

                // BPL - branch on non negative
                case 0x10:
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    CheckBranch(!NF, oper);
                    break;

                // BRA - unconditional branch to immediate address
                // NOTE: In OpcodeList.txt the number of clock cycles is one less than the documentation.
                // This is because CheckBranch() adds one when a branch is taken, which in this case is always.
                case 0x80:
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    CheckBranch(true, oper);
                    break;

                // BRK - force break (I)
                case 0x00:

                    // This is a software interrupt (IRQ).  These events happen in a specific order.

                    // Processor adds two to the current PC
                    PC += 2;

                    // Call IRQ routine
                    DoIRQ(0xfffe, true);

                    // Whether or not the decimal flag is cleared depends on the type of 6502 CPU.
                    // The CMOS 65C02 clears this flag but the NMOS 6502 does not.
                    if( _cpuType == e6502Type.CMOS )
                        DF = false;

                    break;
                // BVC - branch on overflow clear
                case 0x50:
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    CheckBranch(!VF, oper);
                    break;

                // BVS - branch on overflow set
                case 0x70:
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    CheckBranch(VF, oper);
                    break;

                // CLC - clear carry flag
                case 0x18:
                    CF = false;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // CLD - clear decimal mode
                case 0xd8:
                    DF = false;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // CLI - clear interrupt disable bit
                case 0x58:
                    IF = false;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // CLV - clear overflow flag
                case 0xb8:
                    VF = false;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // CMP - compare memory with accumulator (NZC)
                // CMP, CPX and CPY are unsigned comparisions
                case 0xc5:
                case 0xc9:
                case 0xc1:
                case 0xcd:
                case 0xd1:
                case 0xd2:
                case 0xd5:
                case 0xd9:
                case 0xdd:

                    byte temp = (byte)(A - oper);

                    CF = A >= (byte)oper;
                    ZF = A == (byte)oper;
                    NF = ((temp & 0x80) == 0x80);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // CPX - compare memory and X (NZC)
                case 0xe0:
                case 0xe4:
                case 0xec:
                    temp = (byte)(X - oper);

                    CF = X >= (byte)oper;
                    ZF = X == (byte)oper;
                    NF = ((temp & 0x80) == 0x80);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // CPY - compare memory and Y (NZC)
                case 0xc0:
                case 0xc4:
                case 0xcc:
                    temp = (byte)(Y - oper);

                    CF = Y >= (byte)oper;
                    ZF = Y == (byte)oper;
                    NF = ((temp & 0x80) == 0x80);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // DEC - decrement memory by 1 (NZ)
                case 0xc6:
                case 0xce:
                case 0xd6:
                case 0xde:
                // added by 65C02
                case 0x3a:
                    result = oper - 1;

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);

                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, result);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // DEX - decrement X by one (NZ)
                case 0xca:
                    result = X - 1;

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);

                    X = (byte)result;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // DEY - decrement Y by one (NZ)
                case 0x88:
                    result = Y - 1;

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);

                    Y = (byte)result;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // EOR - XOR memory with accumulator (NZ)
                case 0x41:
                case 0x45:
                case 0x49:
                case 0x4d:
                case 0x51:
                case 0x52:
                case 0x55:
                case 0x59:
                case 0x5d:
                    result = A ^ (byte)oper;

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);

                    A = (byte)result;

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // INC - increment memory by 1 (NZ)
                case 0xe6:
                case 0xee:
                case 0xf6:
                case 0xfe:
                // added by 65C02
                case 0x1a:
                    result = oper + 1;

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);

                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, result);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // INX - increment X by one (NZ)
                case 0xe8:
                    result = X + 1;

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);

                    X = (byte)result;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // INY - increment Y by one (NZ)
                case 0xc8:
                    result = Y + 1;

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);

                    Y = (byte)result;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // JMP - jump to new location (two byte immediate)
                case 0x4c:
                case 0x6c:
                // added for 65C02
                case 0x7c:

                    if (_currentOP.AddressMode == AddressModes.Absolute)
                    {
                        PC = GetImmWord();
                    }
                    else if (_currentOP.AddressMode == AddressModes.Indirect)
                    {
                        PC = (ushort)(GetWordFromMemory(GetImmWord()));
                    }
                    else if( _currentOP.AddressMode == AddressModes.AbsoluteX)
                    {
                        PC = GetWordFromMemory((GetImmWord() + X));
                    }
                    else
                    {
                        throw new InvalidOperationException("This address mode is invalid with the JMP instruction");
                    }

                    // CMOS fixes a bug in this op code which results in an extra clock cycle
                    if (_currentOP.OpCode == 0x6c && _cpuType == e6502Type.CMOS)
                        _extraCycles++;
                    break;

                // JSR - jump to new location and save return address
                case 0x20:
                    // documentation says push PC+2 even though this is a 3 byte instruction
                    // When pulled via RTS 1 is added to the result
                    Push((ushort)(PC+2));  
                    PC = GetImmWord();
                    break;

                // LDA - load accumulator with memory (NZ)
                case 0xa1:
                case 0xa5:
                case 0xa9:
                case 0xad:
                case 0xb1:
                case 0xb2:
                case 0xb5:
                case 0xb9:
                case 0xbd:
                    A = (byte)oper;

                    ZF = ((A & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((A & 0x80) == 0x80);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // LDX - load index X with memory (NZ)
                case 0xa2:
                case 0xa6:
                case 0xae:
                case 0xb6:
                case 0xbe:
                    X = (byte)oper;

                    ZF = ((X & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((X & 0x80) == 0x80);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // LDY - load index Y with memory (NZ)
                case 0xa0:
                case 0xa4:
                case 0xac:
                case 0xb4:
                case 0xbc:
                    Y = (byte)oper;

                    ZF = ((Y & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((Y & 0x80) == 0x80);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;


                // LSR - shift right one bit (NZC)
                // 0 -> (76543210) -> C
                case 0x46:
                case 0x4a:
                case 0x4e:
                case 0x56:
                case 0x5e:

                    // On 65C02 (abs,X) takes one less clock cycle (but still add back 1 if page boundary crossed)
                    if (_currentOP.OpCode == 0x5e && _cpuType == e6502Type.CMOS)
                        _extraCycles--;

                    // shift bit 0 into carry
                    CF = ((oper & 0x01) == 0x01);

                    // shift operand
                    result = oper >> 1;

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);

                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, result);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // NOP - no operation
                case 0xea:
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // ORA - OR memory with accumulator (NZ)
                case 0x01:
                case 0x05:
                case 0x09:
                case 0x0d:
                case 0x11:
                case 0x12:
                case 0x15:
                case 0x19:
                case 0x1d:
                    result = A | (byte)oper;

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);

                    A = (byte)result;

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // PHA - push accumulator on stack
                case 0x48:
                    Push(A);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // PHP - push processor status on stack
                case 0x08:
                    int sr = 0x00;

                    if (NF) sr = sr | 0x80;
                    if (VF) sr = sr | 0x40;
                    sr = sr | 0x20; // bit 5 is always 1
                    sr = sr | 0x10; // bit 4 is always 1 for PHP
                    if (DF) sr = sr | 0x08;
                    if (IF) sr = sr | 0x04;
                    if (ZF) sr = sr | 0x02;
                    if (CF) sr = sr | 0x01;

                    Push((byte)sr);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // PHX - push X on stack
                case 0xda:
                    Push(X);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // PHY - push Y on stack
                case 0x5a:
                    Push(Y);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // PLA - pull accumulator from stack (NZ)
                case 0x68:
                    A = PopByte();
                    NF = (A & 0x80) == 0x80;
                    ZF = (A & 0xff) == 0x00;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // PLP - pull status from stack
                case 0x28:
                    sr = PopByte();

                    NF = (sr & 0x80) == 0x80;
                    VF = (sr & 0x40) == 0x40;
                    DF = (sr & 0x08) == 0x08;
                    IF = (sr & 0x04) == 0x04;
                    ZF = (sr & 0x02) == 0x02;
                    CF = (sr & 0x01) == 0x01;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // PLX - pull X from stack (NZ)
                case 0xfa:
                    X = PopByte();
                    NF = (X & 0x80) == 0x80;
                    ZF = (X & 0xff) == 0x00;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // PLY - pull Y from stack (NZ)
                case 0x7a:
                    Y = PopByte();
                    NF = (Y & 0x80) == 0x80;
                    ZF = (Y & 0xff) == 0x00;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // RMBx - clear bit in memory (no flags)
                // Clear the zero page location of the specified bit
                // These instructions are only available on Rockwell and WDC 65C02 chips.
                case 0x07:
                case 0x17:
                case 0x27:
                case 0x37:
                case 0x47:
                case 0x57:
                case 0x67:
                case 0x77:

                    // upper nibble specifies the bit to check
                     check_bit = (byte)(_currentOP.OpCode >> 4);
                     check_value = 0x01;
                    for (int ii = 0; ii < check_bit; ii++)
                    {
                        check_value = (byte)(check_value << 1);
                    }
                    check_value = (byte)~check_value;
                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, oper & check_value);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // SMBx - set bit in memory (no flags)
                // Set the zero page location of the specified bit
                // These instructions are only available on Rockwell and WDC 65C02 chips.
                case 0x87:
                case 0x97:
                case 0xa7:
                case 0xb7:
                case 0xc7:
                case 0xd7:
                case 0xe7:
                case 0xf7:

                    // upper nibble specifies the bit to check (but ignore bit 7)
                    check_bit = (byte)((_currentOP.OpCode & 0x70) >> 4);
                    check_value = 0x01;
                    for (int ii = 0; ii < check_bit; ii++)
                    {
                        check_value = (byte)(check_value << 1);
                    }
                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, oper | check_value);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // ROL - rotate left one bit (NZC)
                // C <- 76543210 <- C
                case 0x26:
                case 0x2a:
                case 0x2e:
                case 0x36:
                case 0x3e:

                    // On 65C02 (abs,X) takes one less clock cycle (but still add back 1 if page boundary crossed)
                    if (_currentOP.OpCode == 0x3e && _cpuType == e6502Type.CMOS)
                        _extraCycles--;

                    // perserve existing cf value
                    bool old_cf = CF;

                    // shift bit 7 into carry flag
                    CF = (oper >= 0x80);

                    // shift operand
                    result = oper << 1;

                    // old carry flag goes to bit zero
                    if (old_cf) result = result | 0x01;

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);
                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, result);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // ROR - rotate right one bit (NZC)
                // C -> 76543210 -> C
                case 0x66:
                case 0x6a:
                case 0x6e:
                case 0x76:
                case 0x7e:

                    // On 65C02 (abs,X) takes one less clock cycle (but still add back 1 if page boundary crossed)
                    if (_currentOP.OpCode == 0x7e && _cpuType == e6502Type.CMOS)
                        _extraCycles--;

                    // perserve existing cf value
                    old_cf = CF;

                    // shift bit 0 into carry flag
                    CF = (oper & 0x01) == 0x01;

                    // shift operand
                    result = oper >> 1;

                    // old carry flag goes to bit 7
                    if (old_cf) result = result | 0x80;

                    ZF = ((result & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((result & 0x80) == 0x80);
                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, result);

                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // RTI - return from interrupt
                case 0x40:
                    // pull SR
                    sr = PopByte();

                    NF = (sr & 0x80) == 0x80;
                    VF = (sr & 0x40) == 0x40;
                    DF = (sr & 0x08) == 0x08;
                    IF = (sr & 0x04) == 0x04;
                    ZF = (sr & 0x02) == 0x02;
                    CF = (sr & 0x01) == 0x01;

                    // pull PC
                    PC = PopWord();

                    break;

                // RTS - return from subroutine
                case 0x60:
                    PC = (ushort)(PopWord() + 1);
                    break;

                // SBC - subtract memory from accumulator with borrow (NZCV)
                // A-M-C -> A (NZCV)
                case 0xe1:
                case 0xe5:
                case 0xe9:
                case 0xed:
                case 0xf1:
                case 0xf2:
                case 0xf5:
                case 0xf9:
                case 0xfd:

                    if (DF)
                    {
                        result = HexToBCD(A) - HexToBCD((byte)oper);
                        if (!CF) result--;

                        CF = (result >= 0);

                        // BCD numbers wrap around when subtraction is negative
                        if (result < 0)
                            result += 100;
                        ZF = (result == 0);

                        A = BCDToHex(result);

                        // Unlike ZF and CF, the NF flag represents the MSB after conversion
                        // to BCD.
                        NF = (A > 0x7f);

                        // extra clock cycle on CMOS in decimal mode
                        if (_cpuType == e6502Type.CMOS)
                            _extraCycles++;
                    }
                    else
                    {
                        ADC((byte)~oper);
                    }
                    PC += _currentOP.Bytes;

                    break;

                // SEC - set carry flag
                case 0x38:
                    CF = true;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // SED - set decimal mode
                case 0xf8:
                    DF = true;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // SEI - set interrupt disable bit
                case 0x78:
                    IF = true;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // STA - store accumulator in memory
                case 0x81:
                case 0x85:
                case 0x8d:
                case 0x91:
                case 0x92:
                case 0x95:
                case 0x99:
                case 0x9d:
                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, A);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // STX - store X in memory
                case 0x86:
                case 0x8e:
                case 0x96:
                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, X);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // STY - store Y in memory
                case 0x84:
                case 0x8c:
                case 0x94:
                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, Y);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // STZ - Store zero
                case 0x64:
                case 0x74:
                case 0x9c:
                case 0x9e:
                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, 0);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // TAX - transfer accumulator to X (NZ)
                case 0xaa:
                    X = A;
                    ZF = ((X & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((X & 0x80) == 0x80);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // TAY - transfer accumulator to Y (NZ)
                case 0xa8:
                    Y = A;
                    ZF = ((Y & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((Y & 0x80) == 0x80);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // TRB - test and reset bits (Z)
                // Perform bitwise AND between accumulator and contents of memory
                case 0x14:
                case 0x1c:
                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, ~A & oper);
                    ZF = (A & oper) == 0x00;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // TSB - test and set bits (Z)
                // Perform bitwise AND between accumulator and contents of memory
                case 0x04:
                case 0x0c:
                    SaveOperand(_currentOP.AddressMode, A | oper);
                    ZF = (A & oper) == 0x00;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // TSX - transfer SP to X (NZ)
                case 0xba:
                    X = SP;
                    ZF = ((X & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((X & 0x80) == 0x80);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // TXA - transfer X to A (NZ)
                case 0x8a:
                    A = X;
                    ZF = ((A & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((A & 0x80) == 0x80);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // TXS - transfer X to SP (no flags -- some online docs are incorrect)
                case 0x9a:
                    SP = X;
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // TYA - transfer Y to A (NZ)
                case 0x98:
                    A = Y;
                    ZF = ((A & 0xff) == 0x00);
                    NF = ((A & 0x80) == 0x80);
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;

                // The original 6502 has undocumented and erratic behavior if
                // undocumented op codes are invoked.  The 65C02 on the other hand
                // are guaranteed to be NOPs although they vary in number of bytes
                // and cycle counts.  These NOPs are listed in the OpcodeList.txt file
                // so the proper number of clock cycles are used.
                //
                // Instructions STP (0xdb) and WAI (0xcb) will reach this case.
                // For now these are treated as a NOP.
                default:
                    PC += _currentOP.Bytes;
                    break;
            }
        }

        private int GetOperand(AddressModes mode)
        {
            int oper = 0;
            switch (mode)
            {
                // Accumulator mode uses the value in the accumulator
                case AddressModes.Accumulator:
                    oper = A;
                    break;

                // Retrieves the byte at the specified memory location
                case AddressModes.Absolute:             
                    oper = memory[ GetImmWord() ];
                    break;

                // Indexed absolute retrieves the byte at the specified memory location
                case AddressModes.AbsoluteX:

                    ushort imm = GetImmWord();
                    ushort result = (ushort)(imm + X);

                    if (_currentOP.CheckPageBoundary)
                    {
                        if ((imm & 0xff00) != (result & 0xff00)) _extraCycles += 1;
                    }
                    oper = memory[ result ];
                    break;
                case AddressModes.AbsoluteY:
                    imm = GetImmWord();
                    result = (ushort)(imm + Y);

                    if (_currentOP.CheckPageBoundary)
                    {
                        if ((imm & 0xff00) != (result & 0xff00)) _extraCycles += 1;
                    }
                    oper = memory[result]; break;

                // Immediate mode uses the next byte in the instruction directly.
                case AddressModes.Immediate:
                    oper = GetImmByte();
                    break;

                // Implied or Implicit are single byte instructions that do not use
                // the next bytes for the operand.
                case AddressModes.Implied:
                    break;

                // Indirect mode uses the absolute address to get another address.
                // The immediate word is a memory location from which to retrieve
                // the 16 bit operand.
                case AddressModes.Indirect:
                    oper = GetWordFromMemory(GetImmWord());
                    break;

                // The indexed indirect modes uses the immediate byte rather than the
                // immediate word to get the memory location from which to retrieve
                // the 16 bit operand.  This is a combination of ZeroPage indexed and Indirect.
                case AddressModes.XIndirect:

                    /*
                     * 1) fetch immediate byte
                     * 2) add X to the byte
                     * 3) obtain word from this zero page address
                     * 4) return the byte located at the address specified by the word
                     */

                    oper = memory[GetWordFromMemory( (byte)(GetImmByte() + X))];
                    break;

                // The Indirect Indexed works a bit differently than above.
                // The Y register is added *after* the deferencing instead of before.
                case AddressModes.IndirectY:

                    /*
                        1) Fetch the address (word) at the immediate zero page location
                        2) Add Y to obtain the final target address
                        3)Load the byte at this address
                    */

                    ushort addr = GetWordFromMemory(GetImmByte());
                    oper = memory[addr + Y];

                    if (_currentOP.CheckPageBoundary)
                    {
                        if ((oper & 0xff00) != (addr & 0xff00)) _extraCycles++;
                    }
                    break;


                // Relative is used for branching, the immediate value is a
                // signed 8 bit value and used to offset the current PC.
                case AddressModes.Relative:
                    oper = SignExtend(GetImmByte());
                    break;

                // Zero Page mode is a fast way of accessing the first 256 bytes of memory.
                // Best programming practice is to place your variables in 0x00-0xff.
                // Retrieve the byte at the indicated memory location.
                case AddressModes.ZeroPage:
                    oper = memory[GetImmByte()];
                    break;
                case AddressModes.ZeroPageX:
                    oper = memory[(GetImmByte() + X) & 0xff];
                    break;
                case AddressModes.ZeroPageY:
                    oper = memory[(GetImmByte() + Y) & 0xff];
                    break;

                // this mode is from the 65C02 extended set
                // works like ZeroPageY when Y=0
                case AddressModes.ZeroPage0:
                    oper = memory[GetWordFromMemory((GetImmByte()) & 0xff)];
                    break;

                // for this mode do the same thing as ZeroPage
                case AddressModes.BranchExt:
                    oper = memory[GetImmByte()];
                    break;
                default:
                    break;
            }
            return oper;
        }

        private void SaveOperand(AddressModes mode, int data)
        {
            switch (mode)
            {
                // Accumulator mode uses the value in the accumulator
                case AddressModes.Accumulator:
                    A = (byte)data;
                    break;

                // Absolute mode retrieves the byte at the indicated memory location
                case AddressModes.Absolute:
                    memory[GetImmWord()] = (byte)data;
                    break;
                case AddressModes.AbsoluteX:
                    memory[GetImmWord() + X] = (byte)data;
                    break;
                case AddressModes.AbsoluteY:
                    memory[GetImmWord() + Y] = (byte)data;
                    break;

                // Immediate mode uses the next byte in the instruction directly.
                case AddressModes.Immediate:
                    throw new InvalidOperationException("Address mode " + mode.ToString() + " is not valid for this operation");

                // Implied or Implicit are single byte instructions that do not use
                // the next bytes for the operand.
                case AddressModes.Implied:
                    throw new InvalidOperationException("Address mode " + mode.ToString() + " is not valid for this operation");

                // Indirect mode uses the absolute address to get another address.
                // The immediate word is a memory location from which to retrieve
                // the 16 bit operand.
                case AddressModes.Indirect:
                    throw new InvalidOperationException("Address mode " + mode.ToString() + " is not valid for this operation");

                // The indexed indirect modes uses the immediate byte rather than the
                // immediate word to get the memory location from which to retrieve
                // the 16 bit operand.  This is a combination of ZeroPage indexed and Indirect.
                case AddressModes.XIndirect:
                    memory[GetWordFromMemory((byte)(GetImmByte() + X))] = (byte)data;
                    break;

                // The Indirect Indexed works a bit differently than above.
                // The Y register is added *after* the deferencing instead of before.
                case AddressModes.IndirectY:
                    memory[GetWordFromMemory(GetImmByte()) + Y] = (byte)data;
                    break;

                // Relative is used for branching, the immediate value is a
                // signed 8 bit value and used to offset the current PC.
                case AddressModes.Relative:
                    throw new InvalidOperationException("Address mode " + mode.ToString() + " is not valid for this operation");

                // Zero Page mode is a fast way of accessing the first 256 bytes of memory.
                // Best programming practice is to place your variables in 0x00-0xff.
                // Retrieve the byte at the indicated memory location.
                case AddressModes.ZeroPage:
                    memory[GetImmByte()] = (byte)data;
                    break;
                case AddressModes.ZeroPageX:
                    memory[(GetImmByte() + X) & 0xff] = (byte)data;
                    break;
                case AddressModes.ZeroPageY:
                    memory[(GetImmByte() + Y) & 0xff] = (byte)data;
                    break;
                case AddressModes.ZeroPage0:
                    memory[GetWordFromMemory((GetImmByte()) & 0xff)] = (byte)data;
                    break;

                // for this mode do the same thing as ZeroPage
                case AddressModes.BranchExt:
                    memory[GetImmByte()] = (byte)data;
                    break;

                default:
                    break;
            }
        }

        private ushort GetWordFromMemory(int address)
        {
            return (ushort)((memory[address + 1] << 8 | memory[address]) & 0xffff);
        }

        private ushort GetImmWord()
        {
            return (ushort)((memory[PC + 2] << 8 | memory[PC + 1]) & 0xffff);
        }

        private byte GetImmByte()
        {
            return memory[PC + 1];
        }

        private int SignExtend(int num)
        {
            if (num < 0x80)
                return num;
            else
                return (0xff << 8 | num) & 0xffff;
        }

        private void Push(byte data)
        {
            memory[(0x0100 | SP)] = data;
            SP--;
        }

        private void Push(ushort data)
        {
            // HI byte is in a higher address, LO byte is in the lower address
            memory[(0x0100 | SP)] = (byte)(data >> 8);
            memory[(0x0100 | (SP-1))] = (byte)(data & 0xff);
            SP -= 2;
        }

        private byte PopByte()
        {
            SP++;
            return memory[(0x0100 | SP)];
        }

        private ushort PopWord()
        {
            // HI byte is in a higher address, LO byte is in the lower address
            SP += 2;
            ushort idx = (ushort)(0x0100 | SP);
            return (ushort)((memory[idx] << 8 | memory[idx-1]) & 0xffff);
        }

        private void ADC(byte oper)
        {
            ushort answer = (ushort)(A + oper);
            if (CF) answer++;

            CF = (answer > 0xff);
            ZF = ((answer & 0xff) == 0x00);
            NF = (answer & 0x80) == 0x80;

            //ushort temp = (ushort)(~(A ^ oper) & (A ^ answer) & 0x80);
            VF = (~(A ^ oper) & (A ^ answer) & 0x80) != 0x00;

            A = (byte)answer;
        }

        private int HexToBCD(byte oper)
        {
            // validate input is valid packed BCD 
            if (oper > 0x99)
                throw new InvalidOperationException("Invalid BCD number: " + oper.ToString("X2"));
            if ((oper & 0x0f) > 0x09)
                throw new InvalidOperationException("Invalid BCD number: " + oper.ToString("X2"));

            return ((oper >> 4) * 10) + (oper & 0x0f);
        }

        private byte BCDToHex(int result)
        {
            if (result > 0xff)
                throw new InvalidOperationException("Invalid BCD to hex number: " + result.ToString());

            if (result <= 9)
                return (byte)result;
            else
                return (byte)(((result / 10) << 4) + (result % 10));

        }

        private void DoIRQ(ushort vector)
        {
            DoIRQ(vector, false);
        }

        private void DoIRQ(ushort vector, bool isBRK)
        {
            // Push the MSB of the PC
            Push((byte)(PC >> 8));

            // Push the LSB of the PC
            Push((byte)(PC & 0xff));

            // Push the status register
            int sr = 0x00;
            if (NF) sr = sr | 0x80;
            if (VF) sr = sr | 0x40;

            sr = sr | 0x20;             // bit 5 is unused and always 1

            if(isBRK)
                sr = sr | 0x10;         // software interrupt (BRK) pushes B flag as 1
                                        // hardware interrupt pushes B flag as 0
            if (DF) sr = sr | 0x08;
            if (IF) sr = sr | 0x04;
            if (ZF) sr = sr | 0x02;
            if (CF) sr = sr | 0x01;

            Push((byte)sr);

            // set interrupt disable flag
            IF = true;

            // On 65C02, IRQ, NMI, and RESET also clear the D flag (but not on BRK) after pushing the status register.
            if (_cpuType == e6502Type.CMOS && !isBRK)
                DF = false;

            // load program counter with the interrupt vector
            PC = GetWordFromMemory(vector);
        }

        private void CheckBranch(bool flag, int oper)
        {
            if (flag)
            {
                // extra cycle on branch taken
                _extraCycles++;

                // extra cycle if branch destination is a different page than
                // the next instruction
                if ((PC & 0xff00) != ((PC + oper) & 0xff00))
                    _extraCycles++;

                PC += (ushort)oper;
            }

        }
    }
}