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背景知識(shí)：《機(jī)器人大戰(zhàn)：2084》（英文：Robotron: 2084，也常簡(jiǎn)稱為Robotron） 是由Vid Kidz開發(fā)、Williams Electronics于1982年發(fā)行的一款街機(jī)游戲。它是一款2D射擊游戲。游戲設(shè)定在2084年的一個(gè)虛構(gòu)世界，在那兒機(jī)器人起來反抗人類的統(tǒng)治。 玩家的任務(wù)是擊退一波又一波的機(jī)器人，拯救幸存的人類，并贏取盡可能多的分?jǐn)?shù)。
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介紹：
- 『拐角射擊失靈』，所有Robotron的ROM原始程序里頭有個(gè)bug，當(dāng)玩家對(duì)在戰(zhàn)場(chǎng)邊緣行進(jìn)的暴徒射擊的時(shí)候，程序會(huì)讀取代碼里一個(gè)錯(cuò)誤的位置。導(dǎo)致代碼不知道接下來做什么，程序監(jiān)視器就會(huì)重置游戲到地毯模式。
- Eugene Jarvis 提到：1987年前后，一個(gè)叫Christian Gingras的加拿大小孩完整地分析了ROM里頭的機(jī)器代碼， 綜合得到了源程序列表。他發(fā)給我們他通過讀代碼發(fā)現(xiàn)的7個(gè)bug，然后我們修復(fù)了這些bug。這其中就有一個(gè)很著名的拐角射擊崩潰bug。
- Sean Riddl提到：Williams Arcade Classics(一款游戲)出 現(xiàn)于1995年，我假設(shè)Eugene（Robotron游戲的設(shè)計(jì)者）已經(jīng)修復(fù)了ROM里頭的bug，我試用了一下程序然后回復(fù)了作者，他做了一些ROM 的改動(dòng)，這些改動(dòng)讓仿真容易一點(diǎn)。（他把Stargate重做成了Defender II, 這肯定是非常多的工作），Sean Riddle寫道：我用 google搜索了一下，好像人們認(rèn)為拐角射擊的bug修復(fù)了。之后補(bǔ)丁出來了，在補(bǔ)丁里頭可以看到“1987修改”。我想我是從 Williams Arcade Classics Widows95版里頭找到的補(bǔ)丁。
備注：雖然 Robotron 讓 Christian 獲得了聲望，但實(shí)際上他酷愛另一款游戲 Joust。
Christian 的自述(2012年11月)
1982年的時(shí)候我在電子方面是很超前的，我可以設(shè)計(jì)模擬和數(shù)字系統(tǒng)。這些年出現(xiàn)的電子游戲表明，Joust/Robotron主板上100個(gè)芯片就可以讓系統(tǒng)執(zhí)行比標(biāo)準(zhǔn)晶體管邏輯門上更復(fù)雜的功能，比如說Williams的游戲。
詳細(xì)地研究原理圖，有一個(gè)很明顯的選擇：在Joust里頭，摩托羅拉6809微處理器相當(dāng)于大腦，而用來創(chuàng)建電腦控制有智能行為的鳥的數(shù)據(jù)，保存在12個(gè)電可編程序只讀存儲(chǔ)器（EPROM）里頭。
我意識(shí)到，如果我要自己設(shè)計(jì)復(fù)雜的電子系統(tǒng)，我必須了解摩托羅拉6809是如何工作的。如果我是個(gè)幸運(yùn)的孩子可以訪問大型主機(jī)，我會(huì)拿6809作為參考來學(xué)習(xí)微處理器。
但是我能擁有的最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)是街機(jī)游戲機(jī)。這些游戲比當(dāng)時(shí)的家庭計(jì)算機(jī)比如TRS-80或者TI99a快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
用不了多長(zhǎng)時(shí)間我就找到了最快的游戲， Robotron 2084有10波全速的120個(gè)對(duì)象，很顯然是最快的。在Joust里頭，只有10只鳥 3個(gè)翼龍和兩個(gè)玩家。相對(duì)于Joust而言，Robotron 2084性能更具有挑戰(zhàn)性。如果我們用Z80處理器，比如Miss Pac-man，來處 理4個(gè)鬼魂，一個(gè)水果和一個(gè)玩家，6809微處理器明顯要快很多
我花了幾年的時(shí)間才找到一個(gè)專家，他把Robotron主板上的EPROM去掉，并且讓我讀EPROM里頭的程序然后還可以寫回去。這是1984年或者1985年的事。
那個(gè)時(shí)候，我在Radio Shack買了一臺(tái)彩色電腦COCO2， 里頭有一個(gè)微軟寫的6809的調(diào)試器edtasm。我反向工程破解了 edtasm，于是我明白了6809的匯編和反匯編程序是怎么創(chuàng)建的。但是我覺得Robotron:2084是如此復(fù)雜，所以我沒有敢研究它。1985年 還是1986年，我反向工程研究了COCO2里8K大的ROM，這個(gè)ROM創(chuàng)建了COCO2的基本語言。然后我也研究了很多其他的應(yīng)用比如磁帶軟盤拷貝應(yīng) 用，為了節(jié)約我的工作，我也通過研究一些游戲來了解如何訪問COCO2的圖形模式。
最后在1986年8月，我準(zhǔn)備好了要開始研究Robotron:2084。我做了一個(gè)定制的edtasm，它可以從EPROM里頭每次讀4K的二進(jìn) 制數(shù)據(jù)，并且反編譯代碼同時(shí)把實(shí)際硬件地址映射成虛擬的地址。不是在屏幕上顯示, 反編譯器把結(jié)果傳到打印端。總共用了3天才打印完512頁(yè)程序。我時(shí)不 時(shí)往墨盒里頭加點(diǎn)紅色或者黑色或者藍(lán)色的墨水。為了節(jié)約紙的空間還有錢，我打印了雙面的。這些包含了反編譯的6個(gè)EPROM的所有程序。
我前些年研究過一些6809的應(yīng)用，我很高興我能用相似的方式讀懂這些代碼。不過有些明顯的區(qū)別：
Robotron: 2084用了一些變址指令比如：“LDA A,Y++, STB B,X+$0A”（從地址為寄存器X值的內(nèi)存里讀一個(gè)字節(jié)，增加那個(gè)寄存器，把那個(gè)字節(jié)寫道寄存器Y指向的內(nèi)存地址的第10個(gè)字節(jié)）
它證明Robotron:2084雖然是匯編寫的，卻是很干凈的面向?qū)ο蟮拇a。
Robotron依賴一些共享方法來做一些操作，比如分配內(nèi)存，休眠一段時(shí)間，在這中間處理器可以做一些其他的操作，休眠結(jié)束之后會(huì)重新執(zhí)行之前的代碼。
這說明Robotron是一個(gè)完全的多線程應(yīng)用，每個(gè)移動(dòng)對(duì)象都是由不同的線程來控制的。
如果我沒記錯(cuò)，IRQ中斷每秒執(zhí)行300次，是一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的線程負(fù)責(zé)執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，比如說當(dāng)陰極射線管（CRT）掃描的距離某個(gè)地方足夠遠(yuǎn) 的時(shí)候,繪制屏幕的一部分來避免閃爍。一個(gè)狀態(tài)機(jī)讀取CRT垂直掃描的位置，然后選擇當(dāng)前對(duì)象列表里頭的可以安全刷新的對(duì)象。比如說，如果我們用手柄控制 一個(gè)玩家到接近屏幕的頂部，
重繪操作只會(huì)當(dāng)CRT掃描在屏幕中間和底部的之間執(zhí)行。
我用了8個(gè)月來學(xué)習(xí)這512頁(yè)代碼，在我當(dāng)保安的地方，每天晚上在物業(yè)檢查的間歇里，我會(huì)打開那卷紙，用彩色的筆畫箭頭來標(biāo)記那些執(zhí)行了特殊功能或者讀寫了特殊端口的地方。
幾個(gè)月之后，我得到了 “為什么Robotron:2084會(huì)這么快”的答案。位塊傳送器（blitter，一個(gè)垂直或者水平的直接內(nèi)存控制芯片） 是高性能的主要因素。但是Defender（一款游戲）屏幕繪制的速度和Robotron一樣,但它沒有blitter（blitter是 Robotron的設(shè)計(jì)，Stargate（一款游戲）額外宣揚(yáng)了blitter芯片）
我決定接著研究Robotron，同時(shí)也看看Joust 和Stargate，來比較它們的相同和不同特性。有些代碼處理一些很難的算法,給了我很深的印象，比如說：它如何用6809的MUL指令來做除法，用“固定點(diǎn)數(shù)（相對(duì)于浮點(diǎn)數(shù)）”來做二進(jìn)制計(jì)算。
當(dāng)研究代碼如何處理游戲事務(wù)的時(shí)候，我就能猜到這些代碼過去引起過一些問題。 有些測(cè)試可以核實(shí)可能的問題，比如用4堵墻來比較子彈的位置，從而確 認(rèn)子彈被限制在可視的屏幕范圍之內(nèi)?？偣?8K的內(nèi)存有40K用來顯示每個(gè)象素，剩下的8K用來作為代碼的棧指針，“對(duì)象”(和C++的對(duì)象概念相似，一 小段內(nèi)存用來記錄enforcer，坦克，子彈的位置還有其他對(duì)象的參數(shù))，局部變量和全局變量。如果一個(gè)對(duì)象被錯(cuò)誤地被繪制里屏幕的右邊太遠(yuǎn)，這樣就有 可能污染這8K的程序內(nèi)存。
#p#
在后來的4個(gè)月里，我研究到了管理enforcers的代碼。我很好奇，沒有正弦余弦對(duì)數(shù)值數(shù)的代碼是怎么樣讓子彈是怎么做螺旋運(yùn)動(dòng)的。我也想明 白，當(dāng)一個(gè)enforcer在屏幕左邊慢慢接近玩家的時(shí)候，被驚嚇的小狗飛到屏幕的右邊，然后慢下來，劃了一條優(yōu)美的曲線回到玩家身邊。后來這個(gè)被證明是 個(gè)錯(cuò)誤，代碼里頭留下了一個(gè)8個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制溢出。屏幕320像素寬，但是8位寄存器只能保存從左邊開始的256個(gè)像素，所以Enforcer可能會(huì)認(rèn)為 玩家在屏幕的右邊其實(shí)玩家就在旁邊很近的位置上，于是enforcer會(huì)計(jì)算新的速度去追蹤它想象中的玩家。然后，再這個(gè)瘋狂賽跑的中 間，enforcer會(huì)感知到玩家的正確位置在左邊，所以他會(huì)減慢速度，修改自己的方向，劃出優(yōu)雅的曲線。
通過對(duì)這個(gè)bug的研究，我也弄清楚了這個(gè)多線程多任務(wù)高性能軟件的另一個(gè)特性：每個(gè)enforcer都有自己私有的數(shù)據(jù)塊，這個(gè)私有的數(shù)據(jù)塊讓每 個(gè)enforcer保持獨(dú)立。Enforcer的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里有一個(gè)8位的變量，來記錄enforcer應(yīng)該保持當(dāng)前的狀態(tài)多久（多少個(gè)刷新循環(huán)），然后在 改變主意前做點(diǎn)其它的事情。當(dāng)enforcer錯(cuò)誤地朝右邊飛行的時(shí)候，它會(huì)追蹤這個(gè)實(shí)際上不在那里的玩家一段時(shí)間，當(dāng)上面提到的那個(gè)變量減少到 零，enforcer就會(huì)重新評(píng)估玩家在哪里，然后采取新的動(dòng)作。走過一條螺旋曲線到達(dá)玩家的位置。
六個(gè)月的研究讓我看到了代碼的每個(gè)細(xì)節(jié)，我創(chuàng)建了一個(gè)函數(shù)調(diào)用的列表(誰調(diào)用了誰，調(diào)用了多少次的一個(gè)交叉參考)，相似地，我也列出了所有的全局變 量，這些全局變量可以被DP寄存器用8位指針的方式訪問。我記錄下了所有可以讀寫這些變量的代碼位置。我可以看到有些變量指揮被射擊單位（坦 克，enforcer）使用。有些僅僅被分配內(nèi)存的神秘代碼和其他的操作（操作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)多任務(wù)使用者）使用
我也找到所有的加密文本和所有的代碼保護(hù)措施，這些秘密指令防止別人盜版Robotron這個(gè)游戲。Joust這個(gè)游戲里，如果有人把Williams修改成另外一個(gè)名字，這游戲就不能工作。但是如果我想修復(fù)那個(gè)隨機(jī)重置的bug，我就必須禁用這些保護(hù)措施。
我知道“fancy模式”是防止隨即重置bug的一個(gè)辦法，如果關(guān)閉，射擊的時(shí)候就不會(huì)繪制爆炸，越來越清楚地表明這爆炸的繪制引起了隨機(jī)重置的問題。
1986年秋天，我決定寫信給Eugene P. Jarvis 和Larry E. DeMar，告訴他們我已詳細(xì)研究了 Robotron:2084，而且我可能修改了那個(gè)bug。我從一個(gè)游戲機(jī)雜志上面知道了他們的名字。當(dāng)我解密一部分代碼里頭的加密文本的時(shí)候，我又看到 這兩個(gè)名字，所以我確信他們就是這個(gè)游戲的設(shè)計(jì)者。
當(dāng)我等待回信的時(shí)候，我得了肺炎。我意識(shí)到我有可能不能戰(zhàn)勝疾?。ㄎ乙郧皼]有吃過抗生素，不知道醫(yī)生能幫什么，我訪問了所有的以前有聯(lián)系方式的醫(yī) 生，他們不在乎而且什么忙都幫不了）。我感到了總結(jié)我一生中最重要工作的緊迫性，如果我不在了，這些工作都會(huì)浪費(fèi)掉，我身邊沒有人知道我做的工作。
我用了我所有的精力來修改代碼，而且寫了一封詳細(xì)的信給Eugene 和Larry。我記錄了所有我發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤，解釋了錯(cuò)誤行為和原因，還有解決辦 法。我記錄了6個(gè)字節(jié)來執(zhí)行我的測(cè)試，只有Eugene 和 Larry會(huì)知道什么意思。我不想讓他們以為我是某些非法贊助人雇傭的黑客來攻破這些保護(hù)。 我謹(jǐn)慎地說明我絕對(duì)理解代碼的每一部分，當(dāng)我修復(fù)隨機(jī)重置bug的時(shí)候，沒有愚蠢地觸發(fā)保護(hù)措施。6頁(yè)信里有關(guān)于bug的濃縮后的精確技術(shù)描述。
在信的結(jié)尾我寫到：我所有這些研究都是因?yàn)槲覠釔塾布?6809基于圖形顯示)，軟件（難以置信高效的多任務(wù)代碼）和它的設(shè)計(jì)者。這48K代碼就像 一部小說或者一個(gè)很精彩的故事，為向作者的天資致敬，所以我寫了信的最后一部分。事實(shí)上，這些工作是有自己生命的，無數(shù)人付出汗水和精力推動(dòng)手柄來挑戰(zhàn)機(jī) 器。也許比一部?jī)?yōu)秀小說的一些角色更加讓人動(dòng)情。
如果使用一個(gè)555電子振蕩器來產(chǎn)生IRQ中斷（把6809上面的300赫茲的IRQ卸載，然后接上555振蕩器），然后調(diào)整振蕩器頻率到足夠高， 這樣CPU會(huì)被占用而只剩下很少的時(shí)間也就是幾千赫茲周期來執(zhí)行代碼， 這樣我就可以讓player用很多分鐘初始化爆炸，而且游戲的速度非常低。我用了 幾小時(shí)來玩這個(gè)慢游戲，享受著更加容易毫無壓力的游戲。即使粗魯?shù)剡`反計(jì)時(shí)，代碼居然沒有任何問題，這讓我挺驚訝。我知道我只要把Player挪動(dòng)到左上 角，游戲就會(huì)崩潰。我發(fā)現(xiàn)如果我關(guān)掉fancy模式，不用初始化爆炸，機(jī)器就不會(huì)有任何崩潰的情況。簡(jiǎn)而言之，這個(gè)bug跟繪制爆炸相關(guān)的線索又多了一 條。優(yōu)秀的選手，比如雙胞胎兄弟Ian 和Yvan Girouard發(fā)誓他們發(fā)現(xiàn)每次機(jī)器崩潰的時(shí)候都有一個(gè)enforcer在左上角。這些聰明的玩家 學(xué)會(huì)了避免斜對(duì)角線設(shè)計(jì)，這樣他們用一個(gè)游戲幣就可以玩好幾個(gè)小時(shí)。
幾個(gè)星期后，一個(gè)星期六早上電話響了，有人說英語。我（加拿大人估計(jì)說法語的）告訴我的同伴Michel-Guy起來跟那個(gè)人說話，來電話的是Robotron設(shè)計(jì)者，Michel告訴我說他們想見我，他們會(huì)給我提供費(fèi)用包括火車旅館等等。
去芝加哥的那天，我打印了繪制對(duì)角線爆炸的程序，然后開始耐心地給每個(gè)分支劃箭頭來表明代碼流程。當(dāng)差不多到芝加哥的時(shí)候，我又一次發(fā)現(xiàn)6809執(zhí) 行了從指針列表里頭跳轉(zhuǎn)的指令。當(dāng)對(duì)象離墻太近的時(shí)候，這段代碼允許CPU跳過繪制太多的線，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候已經(jīng)無法完全顯示爆炸的形狀了。所以，如果 enforcer靠近墻的時(shí)候，只需要繪制比較少的線條。一種極端情況，如果enforcer靠墻太近，甚至容不下一條線會(huì)怎么樣？重新看了一下跳轉(zhuǎn)表， 如果沒有線條可以繪制，BEQ（結(jié)果為零跳轉(zhuǎn)指令）就會(huì)避開跳轉(zhuǎn)表，然后CPU會(huì)跳轉(zhuǎn)到6809的OP-Code決定的地址，導(dǎo)致處理器失敗，監(jiān)視器發(fā)現(xiàn) 了這個(gè)“死亡代碼”之后硬件重置了CPU。
我異常高興，我終于可以告訴Eugene 和Larry導(dǎo)致機(jī)器崩潰的真正bug。
當(dāng)我們討論那個(gè)bug的時(shí)候，他們兩個(gè)就像被嚇倒的小動(dòng)物，小心地走過來，然后拋開，然后又猶豫著回來。我問他們：是不是一個(gè)溢出？是一個(gè)用320水平像素來計(jì)算但實(shí)際上只有256像素。你們實(shí)際上早就發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題卻由他去，作為enforcers的一個(gè)復(fù)雜行為。
Larry笑了并且確認(rèn)了我的直覺。然后Larry停下來跟我說：“最近5年，我從來沒有跟任何人討論過Robotron的設(shè)計(jì)。我的朋友們不能理 解這樣的技術(shù)問題。但是今天，一個(gè)不會(huì)說我們語言的陌生人，我們一起討論就像我們?cè)?jīng)在一起工作一樣，就像你也是Robotron最初的設(shè)計(jì)者一樣?！?/p>
后來我問他們?cè)趺丛u(píng)價(jià)我對(duì)Robotron的理解，Larry說很好，不過當(dāng)然沒有超過他和Eugene。Eugene說我對(duì)代碼的每一部分都清晰地理解，從啟動(dòng)測(cè)試到操作系統(tǒng)的其他部分，還有游戲本身。他覺得從系統(tǒng)整體上我的理解超過了他和Larry。
那天晚些時(shí)候，Larry需要離開我們。他推薦我做Joust的設(shè)計(jì)者，Eugene有些懊惱，因?yàn)楸绕餜obotron我更喜歡Joust。我告 訴設(shè)計(jì)者我找不到任何問題。我不喜歡IRQ程序里頭的測(cè)試，這個(gè)測(cè)試可能會(huì)引起自動(dòng)重置，但是我明白了除非硬件問題這些代碼永遠(yuǎn)不會(huì)觸發(fā)的。 Mister Newcommer解釋給我說他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)鳥和平臺(tái)的沖突。他用RAM里頭地一個(gè)數(shù)組發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有些粗略但是有效的沖突，這個(gè)數(shù)組的修改用 來反映平臺(tái)的增加或者移動(dòng)。
Larry堅(jiān)持回來并且開車送我到機(jī)場(chǎng)。當(dāng)他過分地朝一個(gè)公交車司機(jī)按喇叭打算從他那里切過去的時(shí)候，我感覺這一切就是我一生的課堂。
原文鏈接：www.robotron2084guidebook.com/technical/christiangingras/
譯文鏈接：blog.jobbole.com/44847/
網(wǎng)站標(biāo)題：ChristianGingras：那個(gè)直接在機(jī)器碼中改Bug的家伙
標(biāo)題鏈接：http://fisionsoft.com.cn/article/cohhsds.html
