20장 CPU와 메모리

CPU가 둘 쉽게

슈퍼 패미콤에서 게임 코드를 돌린 CPU는 65c816 하나였습니다(3장). DS에는 CPU가 둘 있습니다. 게임을 돌리는 ARM9(ARM946E-S, 66MHz)와 소리·터치·무선을 맡는 ARM7(ARM7TDMI, 33MHz)입니다. 둘은 각자 자기 BIOS와 장치 레지스터를 보고, 메인 RAM 4MB는 함께 씁니다.

카드 헤더에는 두 CPU의 프로그램이 따로 적혀 있습니다(15장). 전원을 켜면 본체가 두 프로그램을 헤더에 적힌 RAM 주소로 옮기고, 각 CPU를 헤더의 시작 주소에서 출발시킵니다. 그 뒤로 둘은 메인 RAM의 약속한 자리와 서로 주고받는 레지스터로 일을 나눕니다.

ARM과 Thumb: 명령 하나 4바이트와 2바이트 쉽게

두 CPU 모두 32비트 ARM 계열입니다. 레지스터는 32비트짜리 16개(r0–r15)이고, r13은 스택 위치(SP), r14는 돌아갈 주소(LR), r15는 다음에 읽을 명령 쪽을 가리키는 PC입니다. 계산 결과가 0인지, 음수인지 같은 표시는 상태 레지스터 CPSR에 모입니다. 65c816처럼 8비트·16비트를 오가는 일은 없습니다.

명령은 두 벌입니다. ARM 명령은 하나가 4바이트이고, Thumb 명령은 자주 쓰는 것만 추린 2바이트짜리입니다. Thumb는 코드가 작아지는 대신 할 수 있는 일이 조금 줄어듭니다. 어느 쪽으로 읽을지는 CPU가 지금 어느 상태인지가 정하고, BX처럼 상태를 바꾸는 분기 명령이 목적지 주소의 맨 아래 비트로 정합니다(1이면 Thumb). 보통 분기 B·BL은 상태를 바꾸지 않습니다. 그래서 같은 바이트도 ARM으로 읽느냐 Thumb로 읽느냐에 따라 전혀 다른 명령이 됩니다. 명령 하나하나를 읽는 법은 다음 장에서 다룹니다.

메모리 지도 쉽게

두 CPU는 주소 하나로 RAM과 장치를 모두 가리킵니다. 큰 덩어리는 16MB 단위로 나뉩니다. 메인 RAM은 0x02000000, 장치 레지스터(I/O)는 0x04000000, 팔레트는 0x05000000, VRAM은 0x06000000입니다. 같은 주소라도 CPU에 따라 가리키는 것이 다를 수 있습니다. 0번지는 ARM9에서는 빠른 코드용 메모리(ITCM), ARM7에서는 BIOS입니다.

고스트 트릭 프로그램이 놓이는 곳 쉽게

고스트 트릭 일본판 헤더는 ARM9 프로그램(롬 0x4000부터 0x80628바이트)을 0x02000000에 올리고 0x02000800에서 시작하라고 적습니다. ARM7 프로그램(롬 0x96800부터 0x2642C바이트)은 메인 RAM 위쪽 0x02380000에 올라가 그 자리에서 시작합니다. 장면마다 갈아 끼우는 오버레이 7개는 모두 0x020F1E60에 올라갑니다(15장).

다만 ARM9 프로그램은 롬에서 앞 0x4000바이트만 그대로이고, 나머지는 압축(BLZ, 뒤에서부터 푸는 LZ)되어 있습니다. 본체가 롬의 0x80628바이트를 RAM에 옮기면, 프로그램 첫머리의 코드가 그 자리에서 압축을 풀어 0x020D2117까지 채웁니다. 그래서 RAM 주소에서 0x02000000을 빼고 0x4000을 더해 롬 위치를 얻는 계산은 0x02003FFF까지만 맞습니다. ARM7 프로그램에는 압축 정보가 없어서 범위 전체가 그대로 이어집니다. 위의 계산기가 이 범위 안에서만 롬 위치를 알려 줍니다. 오버레이도 압축된 채 롬에 있습니다.

장치는 주소로 다룬다 쉽게

화면, 타이머, 인터럽트 같은 장치는 0x04000000부터 있는 I/O 레지스터에 값을 써서 다룹니다. 고스트 트릭의 ARM9와 ARM7 프로그램은 둘 다 같은 두 명령으로 시작합니다.

01 C3 A0 E3   mov r12, #0x4000000      ; r12 = 0x04000000
08 C2 8C E5   str r12, [r12, #0x208]   ; 0x04000208(IME)에 r12를 씀

0x04000208은 IME, 모든 인터럽트를 한꺼번에 켜고 끄는 스위치입니다. 비트 0만 뜻이 있어서, 0x04000000을 쓰면 비트 0이 0이라 인터럽트가 모두 꺼집니다. 준비가 끝나기 전에 인터럽트가 끼어들지 않게 하는 것입니다. 주소를 담은 레지스터를 그대로 값으로 써서 명령 하나를 아꼈습니다.

실제 패치에서 실제 패치에서

고스트 트릭: 코드는 그대로

고스트 트릭 v1.1과 v1.2는 코드를 고치지 않았습니다. ARM9·ARM7 프로그램과 오버레이 7개 모두 일본판과 바이트까지 같습니다(노트). 대사·폰트·그림 같은 데이터 파일만 바꿔서 한글패치가 됐습니다. 그래도 대사가 어떻게 화면에 나오는지 알아보거나 다음 패치에서 코드를 고치려면 이 장의 지도가 출발점입니다. 다음 두 장은 이 프로그램의 실제 코드를 읽고 고치는 법을 다룹니다.

직접 해 보기 직접 해 보기

롬을 풀면 ARM9 프로그램이 arm9.bin으로 나옵니다. 역어셈블러 capstone(pip install capstone)으로 시작 주소의 명령을 읽습니다.

krpatch nds unpack game.nds work/
python3 - <<'EOF'
import capstone
code = open('work/arm9.bin', 'rb').read()
md = capstone.Cs(capstone.CS_ARCH_ARM, capstone.CS_MODE_ARM)
for i in md.disasm(code[0x800:0x808], 0x02000800):
    print(hex(i.address), i.mnemonic, i.op_str)
EOF
# 0x2000800 mov ip, #0x4000000
# 0x2000804 str ip, [ip, #0x208]

capstone은 r12를 다른 이름인 ip로 적습니다.