Pop!Art VGM Player for MSX

Is known by the brazilian MSX community about the development of Pop!Art VGM player that I’m working on since middle 2014.

Some practical results about Pop!Art were reported in 2014 by one of the most important retrocomputing blogs in Brazil, the Retrocomputaria+ blog and by the biggest brazilian MSX community on FaceBook, the MSX Brasil Oficial.

Pop!Art VGM player already supports all existing chips on the MSX platform, like Konami SCC (K051649), PSG (AY8910), FM (YM2413), SFG01/05(YM2151), OPL3/OPL4 and the Philips Music Module (Y8950).

Note: Some months after I presented some Pop!Art results, another excellent VGM Player (VGMPLAY by Grauw) was released.

My first motivation to start this development was only for fun and also to start learning about how sound chips works. The second motivation was to start a big project in chiptune’s scene.

In fact to get information about these old chips was the biggest challenge because some of them just can be found on manufacturer’s data-sheet that sometimes are poorly written and with a small percentage of useful information.

In most cases these datasheet information are confused so the best alternative to these poor data-sheets are the Linux sound cards drivers source code.
After reading these drivers source code, I got some specific details about how several of these chips really work.

Custom chips like Konami SCC don’t have any data-sheets but fortunately are well documented by the international MSX community and sources like BiFi’s website were my main information source.

Another big source of information for MSX developers in general is the MSX Assembly Pages (brought by the same author of VGMPLAY, Grauw) that in my opinion is the best source of information for developers who want to make useful and cool things for MSX computers.

Presenting Pop!Art

Pop!Art is an original software made using Turbo Pascal 3, almost 97% of it’s code is written in Pascal, with some parts written in Z80 ASM. If you want to compile it’s source code and modify it, feel free because the source code was released under GPLv3 and can be reached at OldSkoolTech SVN’s repositories on SourceForge.net.

It is compatible with Borland Turbo Pascal 3.0 (CP/M80-MSXDOS), Turbo Pascal 3.3f from MSX Club Enschede, (MSXDOS 1 & 2), and it also can be ported to others newer Pascal compilers, like FreePascal (Lazarus) and maybe newer versions of Delphi compiler.

The source code is fully commented and several parts of Pop!Art software were incorporated to the framework that I’m developing since I had started the development of the MSXDUMP in 1995 (best known as PopolonY2k Framework).

This framework can deal with several technologies present on MSX architecture, like IDE device handling, MSXDOS and MSXBIOS function calls and direct console handling.

Pop!Art introduces some important features in the framework, like support to Z80 interrupts, all MSX sound chips handling (K051649 aka SCC, YM2413 aka FM, YM2151 aka SFG01/05, OPL3/OPL4, Y8950 aka Philips Music Module, AY8910 aka PSG) and a better and accurate “wait” routines that can deal with resolutions below 50Hz or 60Hz, fixing time errors caused by songs with “tempo” below these resolutions (50Hz or 60Hz), that minimizes any standard deviation.

The current Pop!Art engine also supports all existing chips for the MSX platform and in future, newer chips supported by the VGM format similar to any existing on MSX platform will be added to the Pop!Art engine.

The VGM file format

VGM, aka Video Game Music, is a logging format based on GYM format which is another video game format used specifically to store Sega Mega Drive (Genesis) songs, but contrary to GYM, the VGM format can be used with several other chips different to Mega Drive sound chip. The first version of VGM was released in 2005 and after this release, six new format specifications were released until the current 1.70.

Another curiosity about VGM is that the format was very popular with Winamp users because this music player was the first player capable of playing VGM songs through a plugin specially created for it.

GD3 tag format

The VGM format has a GD3 metadata present in file header specification. The GD3 format is the same format used by MP3 files to store several tracks information, like author, song name and so on.

Pop!Art VGM Support

Pop!Art supports all VGM version’s format, since 1.0 to 1.70 and the GD3 tag format is partially implemented in Pop!Art engine but will be finished in future releases.

The VGM format contains all data samples sent to the sound chips using a speed rate of 41,000 samples per second, so your library must be very fast and precise to deal with VGM files in an accurate way and basically just assembly codes can reach this performance using all of the chip’s power….right ???

Hummm…..maybe not.

Turbo Pascal

I’m really thinking to start writing code to MSX using modern compilers, like SDCC C compiler, which is known to be one of the most powerful and optimized compilers for small devices, but I have written a lot of code to the old Turbo Pascal 3 for CP-M80/MSX for years and my framework has increased a lot its capabilities to handle several standard devices present in MSX world.

Turbo Pascal

In fact I’m using this good, but not so optimized compiler, to learn about new optimization techniques and about the Turbo Pascal internals. And also how to avoid not optimized coding style when you’re programming for machines with low resources. Maybe in the future I can write a new, modern and optimized Pascal compiler (maybe a cross-compiler) for MSX machines, but this is another dream.

When I started writing this article in 2015, FreePascal compiler was not an alternative because it lacked Z80 binary generation support, but since beginning 2020 FreePascal started supporting Z80 platform.


Borland Turbo Pascal 3.0 is an impressive compiler because it is a very fast compiler but unfortunately there are several things that were created to be generic and problem solving in a generic way are known to be slower than a more specialized code generation.

I’m dedicated to improve my framework to be so generic as possible but sometimes I’ll need to be more specific to resolve big performance problems using Turbo Pascal code instead using assembly code.

The small list below can help programmers who are thinking start coding in Turbo Pascal, C and another language different of ASM.

1) In Pascal avoid nested functions – This kind of structured feature is not optimized in Turbo Pascal 3;

2) In any high level language with floating point builtin data types support, like Pascal and C, try to avoid real time processing using these floating point types (float/double in C and Real in Pascal).
These data types can deal with an “excellent” precision but is known that when you have, or want, an “excellent” precision, the processor will pay the price for this precision, so avoid floating point real time operations if is possible. Sometimes this can be done performing some data pre-processing or using fixed point, instead floating point;

3) Use integer instead floating point data and byte instead of Integer data, depending on numeric range, for the same reason of previous item;

4) Try “think” your application in JUMP TABLES, instead nested IF’s or even switch-case (case-of for Pascal programmers);

5) Read this article before coding http://www.popolony2k.com.br/?p=2402

NOTE ABOUT THE 5th ITEM: I’m using GOTO in small pieces of code, because old compilers like Turbo Pascal 3 are very antique, so features like “break” and “continue”, widely used in loop iterations, can be “simulated” by using GOTO.

PopolonY2k framework

As I wrote at the beginning of this text that I’m working on a framework fully written in Turbo Pascal, with some parts in ASM, since I released the MSX DUMP (part of MSX Disk Doctor suite). I thought that this framework was optimized but I was completely wrong, because there’s no framework or any other piece of code which the performance can be measured when discs and slow devices are used by these codes.

So when I tested this framework using my MSX Turbo R machine, everything seemed to be 100% ok and fast, but when I tested the same code on a MSX, running a slower Z80 processor, some problems started to be more visible, then fixing these problems and keep everything working fast using a Z80 in the same way like a R800 processor is a hard work.

This framework was started 20 years ago, when I was leaving the university and in those days I just wrote code for old devices like, disk drives and some generic code code to access the MSXBIOS and MSXDOS (1).
When I restarted coding this framework in 2011, I quickly improved it by adding features to access new devices, like Sunrise IDE devices, Network socket API, UNAPI and RS232 support are still WIP (Work in Progress).

Bellow is the list of all features present on this framework

1) FOUNDATION MODULES – New modules to make Turbo Pascal “more compatible” with new Turbo Pascal releases. New features like Big Integer handling;

2) MSX INTERNALS MODULES – MSX related functions and information (e.g. MSX System Variables);

3) BIOS MODULES – MSX BIOS functions by category;

4) MSXDOS (1 & 2) MODULES – MSX DOS functions;

5) SLOT MANAGEMENT – Functions related to slot manipulation;

6) INTERRUPT HANDLING – Functions to enable interrupt vector function handling using Turbo Pascal;

7) COMMUNICATION – Functions related to communication (RS232 (Work in progress), Sockets);

8) COMMUNICATION DRIVERS – Drivers written to support the Sockets implementation above. Support to OPTONET cards;

9) UNAPI FRAMEWORK – Support to UNAPI framework in Turbo Pascal (Work in progress);

10) SOUND CHIP DRIVERS – Drivers for all sound chips found on MSX standard;

11) VGM PLAYER FRAMEWORK – Functions to play songs in VGM format;

12) IDE SUNRISE-LIKE FRAMEWORK – Functions to handle Sunrise-like IDE devices;

13) USER INTERFACE AND OPTIMIZED CONSOLE MODULES – New functions to increase the speed of console applications and to handle user interface;

14) UNIT TEST FRAMEWORKPopolonY2k TEST SUITE (PTEST) – Functions providing UNIT tests capabilities for Turbo Pascal 3 projects (widely used in the Big Integer implementation);

An updated framework features list can be reached here.

Pop!Art features list

  1. VGM file support (1.0 up to 1.70 – some commands are still disabled. eg. non MSX existing chip commands);
  2. Memory Mapper support (VGM files longer than 64Kb can be loaded and played);
  3. MSXDOS2 only support (sub-directories access). Maybe MSXDOS1 will be supported in future releases;
  4. AY8910 support;
  5. YM2413 support;
  6. YM2151 (SFG 01/05) support;
  7. Y8950 (Philips Music Module) support;
  8. YMF278 (OPL4) support;
  9. K051649 (SCC) support;

Known Pop!Art missing features in this release (0.0).

  1. VGZ file support (in fact is VGM inside a .tar.gz file);
  2. MSXDOS1 support;

Pop!Art memory layout

The application memory layout is described below:

  1. $0000-$3FFF – MSXDOS CP/M-80 + Turbo Pascal runtime workspace;
  2. $4000-$7FFF – Application object code;
  3. $8000-$BFFF – VGM Song data (16Kb memory mapped paged system);
  4. $C000-$FFFF – Unused;

Pop!Art in action

After writing a long story and mainly a lot of technical stuff, it is time to play some song using Pop!Art finally after 5 years 🙂

Check the video below where I explain technical details about how Pop!Art works internally.

Pop!Art in action (portuguese video only)

Downloading Pop!Art

Pop!Art binaries can be downloaded here, https://sourceforge.net/projects/oldskooltech/files/MSX/Pop%21Art/

Enter the version directory you want (e.g v0.0, etc) and download a preferred compressed file (pop_art_v_?_?.zip or pop_art_v_?_?.lhz).

After downloading and decompressing the chosen file, popvgm.com and popplay.chn files will be extracted, put them together in the same directory and then execute popvgm.com.

These files are the two main modules of Pop!Art described below.

  • popvgm.com is the VGM loader;
  • popplay.chn is the VGM player itself.

Hidden gems

Unfortunately all Turbo Pascal 3.x for MSX, both Borland and MSX Club Enschede, are too old products and are both an one pass compiler, so generated binaries are not so optimized as newer compilers like Free Pascal compiler.

Borland did an excellent work when decided create a powerful runtime not just placing the biggest part of standard library there but all comparison test routines are placed there too.

Using this model, the amount of binary code generated by the compiler was decreased considerably but on the other hand they sacrificed performance with this strategy.

I realized that all If’s in the main Pop!Art streaming routine was jumping to the respectives runtime routines and this behavior was decreasing performance a lot, so after a long time think about this problem finally I decided to change the Borland Turbo Pascal 3.0 binary by adding an extra pre-processing compiler directive to generate inline code for all comparison routines and consider Integer (-32768 .. 32767) like Word/Unsigned int (0 .. 65535).

But changing this behavior could turn specific code written to this specific Turbo Pascal version, incompatible with both Borland and MSX Club Enschede, so instead using the standard compiler directive {$ }, I created an extended compiler directive {% } that is considered by Borland and MSX Club Enschede Turbo Pascal as a regular comment but for my modified Turbo Pascal version is an extended compiler directive.

The first extended directive is {%W} and is a scoped directive, so to activate the starting scope the programmer must start with {%W+} and finish the scope with {%W-}.

This will inform the compiler to treat comparison routines as unsigned integer and generating inline code from starting point {%W+} to ending point {%W-}.

Below a small piece of Pop!Art code using this technique:

Procedure __MoveMapper16BitData{( __pSndChipArrayParms : Pointer )};
    If( nCurrentStreamPos < __ctMapperBufferEndAddr ) Then
      __pSndChipArrayParms := Ptr( nCurrentStreamPos );
      nCurrentStreamPos := nCurrentStreamPos + 2;

      (* Direct jump to command processing routine *)
      Inline( $2A/nFnJmpAddr   { LD HL,(nFnJmpAddr) }
              /$E9             { JP (HL)            } );
      __pSndChipArrayParms := Ptr( Addr( aSndBuffer ) );
      aSndBuffer[0] := Mem[nCurrentStreamPos];
      aSndBuffer[1] := Mem[nCurrentStreamPos];
      nCurrentStreamPos := Succ( nCurrentStreamPos );

      (* Direct jump to command processing routine *)
      Inline( $2A/nFnJmpAddr   { LD HL,(nFnJmpAddr) }
              /$E9             { JP (HL)            } );

All comparison structures below are covered by this extended directive:

  • While .. Do
  • Repeat .. Until
  • If… Then … Else


Pop!Art can still be considered a work in progress and soon some extra and useful features will be added to it’s core engine, like:

  • Add support to VGZ (compressed VGM) file format;
  • Chip sound drivers improvement, adding chip specific extra features still not implemented;
  • Core engine speed optimization (improving Turbo Pascal performance);
  • Add full support to VGM 1.70;

So, I hope you enjoy Pop!Art and thanks for reading.


Do It Yourself (ou não)

Há algum tempo tenho feito alguns “experimentos” no meu canal do YouTube, afim de aprimorar também essa plataforma para que se torne um complemento desse blog.

Algumas lives sobre programação e principalmente, alguns mini projetos relacionados ao MSX e computação em geral, tem sido feitos nesse interim, como a live onde demonstrei o código da engine 3D portado a partir do vídeo e código apresentados em “Code it yourself – First person shooter” do excelente canal do Javidx9.

Pop!Live Stream Code It yourself-First person shooter on MSX-TR (Quick and simple Turbo Pascal 3.3F)
Pop! Live Stream – Code It yourself – First person shooter (Quick and simple Free Pascal)

Hoje finalmente liberei mais um formato, que acredito ainda precisar de aprimoramentos de maneira geral.

É o quadro “Faça você mesmo (ou não)”, para isso já até criei a playlist só para facilitar a busca nos vídeos dessa série em meu canal.

Entretanto podemos dizer que esse formato ainda é WIP (Work In Progress) e que estaremos ajustando nos próximos vídeos.

Toda sugestão é bem vinda.

MSX 1.1 Expert XP800 Capacitor Recap e CPU upgrade (Z80 6Mhz)


Hungarian rapsody

A computação é uma ciência “recente”, que se move quase que na velocidade da luz em comparação com as demais ciências.

Em pouco tempo diversas mudanças ocorrem e tecnologias dominantes são praticamente varridas quase que para baixo do tapete em “segundos”.

É uma área em constante mudança que acontecem desde a concepção da tecnologia em seus mínimos detalhes, mesmo os invisíveis a olho nú, até aqueles estruturais e que abalam o ecossistema todo, ecoando através dos tempos deixando sua marca nos mais diversos meios de comunicação.

Nesse cenário a indústria de desenvolvimento de software moderna tem aprendido muito através do desenvolvimento de novas ferramentas que auxiliam a construção de tecnologias e produtos, entretanto nem sempre existiram IDE’s poderosas capazes de integrar com debuggers e analisadores estáticos, dentre outros ferramentais disponíveis na atualidade.

Borland Turbo C 2.0

No inicio dos anos 90, IDE’s como Turbo Pascal 5.0 e Turbo C 2.0, da Borland, começavam a revolucionar a forma como softwares eram desenvolvidos, com seus debuggers integrados, excelentes editores de código com seus syntax highlighting.

Entretanto nessa época os desenvolvedores, em sua grande maioria, não terceirizavam sua confiança e competência nas IDE’s e na maioria das vezes utilizavam ou desenvolviam técnicas para auxiliar a organização, compreensão e depuração do código.

Charles Simonyi

Nessa mesma época, Charles Simonyi, um jovem engenheiro de software nascido na Hungria e que havia sido recrutado por Bill Gates para trabalhar no desenvolvimento da suite Microsoft Office na Microsoft, começou a popularizar uma técnica que já havia sido criada por ele em seu antigo emprego na Xerox PARC.

Essa técnica consiste em uma notação de código, independente de plataforma e linguagem, que tenta padronizar prefixo de nomes de variáveis de acordo com seus tipos e comportamento, bem como estilo de nomes de funções (se estendendo a classes) de forma a deixar o desenvolvimento uniforme e com um padrão conhecido e documentado, auxiliando a compreensão principalmente em grandes projetos e por pessoas diferentes.

Esse padrão é conhecido como notação húngara (hungarian notation) e foi popularizada pela Microsoft em suas literaturas oficiais, principalmente nos anos 90, sendo ainda um padrão forte dentro da empresa até os dias atuais.

Programming Windows 3.1

Eu mesmo conheci essa notação em 1993, quando adquiri a terceira edição de Programming Windows 3.1, de Charles Petzold – Microsoft Press, esse também um dos melhores escritores de livros técnicos que eu já li (menção honrosa também a Peter Norton), me apresentando assim essa notação.
Me rendendo ao entusiasmo de Petzold, decidi tentar escrever todo software que eu pudesse, utilizando notação hungara para saber se traria algum benefício, não só por isso mas também porque meus softwares começavam a se tornar cada vez maiores e complexos, portanto eu deveria tornar as coisas mais compreensíveis para o EU do futuro.

Apesar de ser alguém, corportivamente falando, com raízes fortíssimas no UNIX, tendo iniciado no XENIX, passado por SCO UNIX, IBM-AIX e Sun Solaris, confesso que era bastante influenciado pelo estilo Microsoft, antes dela se tornar esse elefante branco que é hoje, pois ela era a Google da época e portanto uma forte influenciadora dentre os jovens programadores, algo em proporções muito maiores do que ela mesmo representa nos dias atuais junto aos programadores mais jovens.
Pessoalmente, a Microsoft foi um dos pais do padrão MSX, portanto era “alguém” por quem eu tinha um certo carinho até então e por isso usar uma notação difundida pela Microsoft e não pela galera do UNIX, a qual eu estava mais corporativamente inserido, não foi nada estranho.

Sobre a notação húngara, abaixo vou deixar alguns exemplos retirados desse documento, que é bem simples e direto e que faço questão de deixar aqui em meu site, mas também fazer referência ao link original onde ele originalmente está hospedado aqui e que me pareceu ser uma plataforma de ensino inglesa bem interessante.


“I double cross you and you get mysterious mail”

Com o avanço da tecnologia, principalmente no decorrer dos últimos 30 anos, chegamos a uma época em que a grande maioria dos profissionais de desenvolvimento de software e tecnologia, “terceirizaram o desenvolvimento” para os diversos frameworks existentes nas mais diversas linguagens, limitando assim muito o potencial da própria solução que se propõe a resolver.

Infelizmente técnicas simples e eficazes, outrora largamente utilizadas no passado, passam despercebidas hoje e sequer são implementadas pois esperamos que uma peça pronta o faça para nós.

Uma dessas técnicas é conhecida como double-buffering, amplamente utilizada em jogos e comunicação de dados desde os primórdios da computação, principalmente depois que dispositivos baseados em DMA passaram a ser mais populares e acessíveis do que os dispositivos baseados em portas (Port Mapped I/O), possibilitando assim um paralelismo “implicito” feito por hardware e software.

Single buffering technique

A indústria de jogos tem utilizado a técnica de double buffering, por exemplo, para evitar o “flickering” ao se desenhar diretamente no dispositivo de vídeo, em alta velocidade, o que geralmente causa perda e/ou corrupção de frames gerando esse efeito indesejado, dentre outros usos.

Double buffering technique

No campo da comunicação de dados, double buffering tem sido amplamente utilizado principalmente em processamento de dados que exigem um certo grau de paralelismo, o que é comumente encontrado em qualquer modelo simples de produtor/consumidor.

Double buffering in communication strategy

Como infelizmente perdemos anos preciosos de nossas vidas terceirizando as soluções que deveríamos ter feito nós mesmos, sugiro agora um pequeno “atalho” que é esse vídeo abaixo, bem como sugiro que se inscrevam no canal do cara do vídeo, que contém vídeos rápidos sobre diversas técnicas extremamente úteis e talvez por isso tenha poucos views e inscritos.


Referência na internet



O melhor inimigo da humanidade

O ATARI VCS (2600) é um dos grandes exemplos da indústria de tecnologia que demonstra ser possível desenvolver software que entregue muito mais performance do que “teoricamente” o ecossistema em que ele irá “viver” suporta.

A economia da época impossibilitava um mercado de massa a baixo custo, entretanto em um mercado com elevado nível técnico esse tipo de limitação termina se transformando no desafio a se superar.

Para baratear o custo do produto os engenheiros da ATARI utilizaram o processador MOS 6507, que era uma versão mais barata (ainda) do clássico MOS 6502 (o mesmo do AppleII) e que dentre suas limitações tinha um BUS de endereçamento de apenas 13 bits, possibilitando até 8 KBytes de RAM, ao invés dos 16 bits do 6502, capaz de endereçar até 64 KBytes.

Atari 2600 (VCS) block diagram

Tudo isso feito para evitar a utilização de um componente caríssimo na época, que eram as memórias RAM, o que explica também a falta de um FrameBuffer (um dos componentes mínimos mais básicos para se desenvolver alguma saída visual) e também seus apenas 128 BYTES de RAM.

O principal componente que possibilitou essa redução da quantidade de memória no Atari 2600 foi o TIA, que é um chip customizado que podemos sem duvida nenhuma chamar de “coração” do Atari 2600, uma vez que além dos gráficos ele também é o responsável pela geração de sons e da leitura dos joysticks.

Com toda essa capacidade e multiplas funções, o TIA, é naturalmente um componente bastante complexo e dificil de se programar.

Apesar de toda essa limitação, o Atari 2600 foi capaz de entregar obras-primas inimagináveis em um primeiro momento e talvez até mesmo para os dias atuais para computadores cujos recursos são praticamente infinitos.


Referência na internet