LDX #2047                ;plot 2048 random ASCII characters, during HSYNC, using HDL PRNG for Character Plot Function
rock              LDA rng
                  STA color                ;foreground color
                  LDA rng
                  STA bcolor               ;background color
                 
                  LDA rng
                  AND #%0000000000111111   ;[7:0] bits is ASCII value, only 96 characters available so mask off [5:0]
                  ORA #%0000000100000000   ;set bit [8] to 1 for C-64 font
                  STA Att
                 
NG                LDA rng                  ;get 16-bit sample from HDL pseudo random number generator
                  AND #%0000011111111111   ;mask off 11 bits
                  CMP #1920-8
                  BCS NG                   ;if random sample is >1911 get another random sample
                 
                  STA cX
                 
NG1               LDA rng
                  AND #%0000011111111111   ;mask off 11 bits
                  CMP #1080-8
                  BCS NG1                  ;if random sample is >1071 get another sample
                 
                  BCF0C $FFFFE             ;Branch if Control Flag 0 is Clear (0). CF0 is HSYNC input, so branch to itself and wait until hsync = 1, a non display period
                 
                  STA cY                   ;plot Character!
                   
                  DEX
                  BNE rock                 
imp               JMP imp

                 LDX #49                  ;plot 50 rectangles using PRNG and Fill Function
rock              LDA rng
                  STA color
                 
NG                LDA rng                  ;get 16-bit sample from HDL pseudo random number generator
                  AND #%0000000011111111   ;mask off 2^8 bits for 256 pixel width
                  CMP #256
                  BCS NG                   ;if random sample is >255 get another random sample
                 
                  STA fXlen
                 
NG1               LDA rng
                  AND #%0000000011111111   ;mask off 2^8 bits for 256 pixel height
                  CMP #256
                  BCS NG1                  ;if random sample is >255 get another sample
                 
                  STA fYlen
                 
NG2               LDA rng
                  AND #%0000011111111111   ;mask off 2^11 bits
                  CMP #1920-256            ;subtract max width to make sure it fits
                  BCS NG2
                 
                  STA fXs
                 
NG3               LDA rng
                  AND #%0000011111111111   ;mask off 2^11 bits
                  CMP #1080-256            ;subtract max height to make sure it fits
                  BCS NG3
                         
                  BCF0C $FFFFE            ;Branch if Control Flag 0 is Clear (0). CF0 is HSYNC input, so branch to itself and wait until hsync = 1, a non display period
                 
                  STA fYs                  ;Rectangle Fill!
                 
                  DEX
                  BNE rock                 
imp               JMP imp

BCF0C $FFFFE

BCF0C $FFFFE

BCF0C $FFFE

8/26/2014 smg    Programming the 16-bit 2D Graphics 'LineGen' Accelerator
               
FUNCTION...............VARIABLE = 'description'....................R(ead)/W(rite)
________________________________________________________________________________
   
Line Generator............color = pixel color..........................RW
                            lx0 = X position start.....................RW
                            ly0 = Y position start.....................RW
                            lx1 = X position end.......................RW
                            ly1 = Y position end(*)....................RW
                     
Rectangle Fill............color = pixel color..........................RW
                          fXlen = Horizontal length....................RW
                          fYlen = Vertical length......................RW
                            fXs = X position start.....................RW
                            fYs = Y position start(*)..................RW
                     
Pixel Plot................color = pixel color..........................RW
                             Xp = X position...........................RW
                             Yp = Y position(*)........................RW

Read Pixel Color.............Xr = X position...........................RW
                             Yr = Y position(*)........................RW
                      colordata = 5-6-5 16bit R-G-B color data.........R
                                             
Copy & Paste Rectangle....bXlen = Horizontal length....................RW
                          bYlen = Vertical length......................RW
                            bXc = X position start of copy.............RW
                            bYc = Y position start of copy.............RW
                            bXp = X position start of paste............RW
                            bYp = Y position start of paste(*).........RW
                       
Character Plot............color = pixel color..........................RW
                         bcolor = background pixel color...............RW
                            Att = ASCII character + font...............RW
                             (0000000axxxxxxxx. xxxxxxxx = 8bit ASCII)
                             (a = 1 C64, a = 0 DOS. FONTS)
                             cX = X position...........................RW
                             cY = Y position(*)........................RW
                       
SIN LUT Generator........Xblock = (0..15) BRAM LUTs for X coordinates..RW
                         Yblock = (0..15) BRAM LUTs for Y coordinates..RW
                        Xoffset = placement within 1920 Horizontal.....RW
                        Yoffset = placement within 1080 Vertical.......RW
                          xfreq = # of SIN repetition within LUT1......RW
                          yfreq = # of SIN repetition within LUT2......RW
                         Xphase = (0..1023) Phase input to LUT1........RW
                         Yphase = (0..1023) Phase input to LUT2(*).....RW
                       
Square Root Generator........Xs = 16bit number.........................RW
                             Ys = 16bit number(*)......................RW
                           Root = SQRT(Xs^2 + Ys^2)....................R
________________________________________________________________________________
NOTES:
(*) This Verilog Hardware Function is initiated after a write to these registers.

                  LDY #100               
                  STY RADIUS
                 
                  LDX #0
NX                STX Xs
                 
                  STX Xp
                  STY Ys                  ;SQRT!
                 
                  LDA Root                ;Root = SQRT(Xs*Xs + Ys*Ys)
                 
                  BCF0C $FFFFE            ;Branch if Control Flag 0 is Clear (0). CF0 is HSYNC input, so branch to itself and wait until hsync = 1, a non display period
                 
                  STA Yp                  ;PLOT!
                 
                  INX
                  CPX #100
                  BNE NX                 
imp               JMP imp

//SQRT state machine

         SQRTINIT:
            state <= CALC3;
            
         CALC3:
            state <= CALC4;
         
         CALC4:
            state <= CALC5;
            
         CALC5:
            if (i != 14)
               state <= CALC3;
               else state <= WAIT;

//square root generator

      SQRTINIT:
         begin
            LGREADY <= 0;
            i <= 0;
            rem <= 0;
            Root <= 0;
            a <= Rs*Rs - Xs*Xs;
         end
         
      CALC3:
         begin
            Root <= Root << 1;
            rem <= ((rem << 2) + (a >> 30));
         end
         
      CALC4:
         begin
            a <= a << 2;
            Root <= Root + 1;
         end
         
      CALC5:
         begin
         i <= i + 1;
         if (Root <= rem) begin
            rem <= rem - Root;
            Root <= Root + 1;
         end
            else Root <= Root - 1;
         end

                  LDA #%1111100000000000  ;red pixels
                  STA color
                 
                  LDY #100               
                  STY RADIUS
                 
                  LDX #500
                  STX TEMP2               ;x position of characters
                 
                  LDWi $0000              ;LDW #$0000. character Y position
                 
                  LDX #0
NX                STWzp TEMP              ;STW $0009. y position of characters
                  STX Xs                  ;Xs starts at 0 and goes to radius
                  STX Xp
                  LDY RADIUS
                  STY Rs                  ;SQRT! Halt the cpu, calculate and put value in Root.
                 
                  LDA Root                ;Root = Y = SQRT(Rs*Rs - Xs*Xs). From: R^2 = X^2 + Y^2
                 
                  BCF0C $FFFFE            ;Branch if Control Flag 0 is Clear (0). CF0 is HSYNC input, so branch to itself and wait until hsync = 1, a non display period
                 
                  STA Yp                  ;PLOT Pixel! Halt the cpu and plot.
                 
                  plot_hex                ;MACRO. plot hex value in A accumulator  starting @ coordinates (TEMP2,TEMP).
                 
                  INW                     ;
                  INW                     ;
                  INW                     ;
                  INW                     ;
                  INW                     ;
                  INW                     ;
                  INW                     ;
                  INW                     ;add 8 pixels for plotting on next line
                 
                  INX
                  CPX RADIUS             
                  BNE NX                 
imp               JMP imp

;----Draw Green Border. Purpose: Test +-dx vs +-dy Line drawing-----------------
               
                  LDA #%0000011111100000       ;green pixel for a Border
                  STA color
                 
                  LDA #0                       ;from top left to top right
                  STA lx0
                  STA ly0
                  LDA #1919
                  STA lx1
                  LDA #0
                  STA ly1                      ;Draw Line!   
                 
                  STA lx1                      ;from top left to bottom left
                  LDA #1079
                  STA ly1                      ;DRAW Line!
                 
                  STA ly0                      ;from bottom right to bottom left
                  LDA #1919
                  STA lx0
                  LDA #0
                  STA lx1
                  LDA #1079
                  STA ly1                      ;Draw Line!
                 
                  LDA #1919                    ;from bottom right to top right
                  STA lx1                     
                  LDA #0
                  STA ly1                      ;Draw line!
                 
;----Plot 4 Characters. Purpose: Test Read/Modify/Write on register Att.........
                 
                  LDA #%0000000000000000       ;setup pixel color for character
                  STA color                    ;plotting
                  LDA #%1111111111111111
                  STA bcolor
                 
                  LDA #$21
                  ORA #%0000000100000000        ;set bit for C-64 font
                  STA Att
                 
                  LDA #1
                  STA cX
                  STA cY                        ;!Plot Char 'A'. top left
                  INC Att
                  LDA #1079-8-1
                  STA cY
                  INC Att                       ;!Plot Char 'B'. bottom left
                  LDA #1919-8-1
                  STA cX
                  LDA #0                        ;!Plot Char 'C'. top right
                  STA cY
                  INC Att
                  LDA #1079-8-1
                  STA cY                        ;!Plot Char 'D'. bottom right

;----Plot Character String. Purpose: Show all available Characters & Fonts------                                               
                                   
                  LDX #10
                  STX cX
                  LDY #200
                  LDWi $0000                  ;LDW #0
                 
cont_plot         LDAaw CHARSTRING            ;LDA CHARSTRING,W
                  CMP #$0D
                  BEQ JOB
                  SEC
                  SBC #$0020                ;make ASCII compatible
                  ORA #%0000000100000000    ;set bit for C-64 font
                  STA Att
                 
                  plot_string
                 
                  INW
                  BNE cont_plot
                 
JOB               LDA #%1111111111111111
                  STA color
                  LDA #%1111100000000000
                  STA bcolor
                                   
                  LDX #10
                  STX cX
                  LDY #209
                  LDWi $0000                  ;LDW #0
                 
cont_plot2        LDAaw CHARSTRING            ;LDA CHARSTRING,W
                  CMP #$0D
                  BEQ JOC
                  SEC
                  SBC #$0020                ;make ASCII compatible
                  ORA #%0000000000000000    ;clear bit for DOS font
                  STA Att
                 
                  plot_string
                 
                  INW
                  JMP cont_plot2

CHARSTRING        .BYTE "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 0123456789 !@#$%^&*()_+-=[]{}\|;',./<>?", $0D

;----Copy/Paste. Purpose: Test hardware copy/paste function---------------------

JOC               LDA #100
                  STA bXlen                  ;length of horizontal copy/paste
                  LDA #10
                  STA bYlen                  ;length of vertical copy/paste
                  LDA #0
                  STA bXc                    ;copy start X coordinate
                  LDA #200
                  STA bYc                    ;copy start Y coordinate
                  LDA #900
                  STA bXp                    ;paste start X coordinate
                  LDA #200
                  STA bYp                    ;BLIT! paste start Y coordinate

;----Read color of pixel. Purpose: Read color of a pixel and use value for Fill-
                 
                  LDA #%000000000011111      ;blue pixel
                  STA color
                 
                  LDA #60
                  STA Xp
                  STA Yp                     ;Plot!
                 
                  LDA #60
                  STA Xr
                  STA Yr                     ;Read!
                 
                  LDA colordata
                  STA color                  ;
                 
                  LDA #32
                  STA fXlen
                  LDA #32
                  STA fYlen
                  LDA #150
                  STA fXs
                  LDA #100
                  STA fYs                   ;Fill rectangle with read color
                 
;----Plot Line. Purpose: Test Line Drawing Max Range----------------------------

                  LDA #%1111100000000000    ;red
                  STA color
                 
                  LDA #0                   
                  STA lx0
                  STA ly0
                  LDA #1919
                  STA lx1
                  LDA #1079
                  STA ly1               ;draw line from top left to bottom right
                 
geck              JMP geck              ;end

;----Generate sine wave from 10-bit LUT. Add pixel, phase and BRAM offsets.-----
;----Draw lines from the center and trace the sinewave.-------------------------
;----Display xfreq =  1.-------------------------------

                  LDA #%1111111111111111 ;white pixels
                  STA color
                 
                  LDA #0                 ;[0-15] 1K BRAMs
                  STA Xblock
                  STA Yblock             ;(not used here)
                 
                  LDA #0
                  STA Xoffset
                  LDA #0
                  STA Yoffset            ;plot at top right
                 
                  LDA #1
                  STA xfreq
                  LDA #1
                  STA yfreq              ;1 is minimum for frequency
                 
                  LDA #0
                  STA Xphase             ;sin
                  LDA #256               ;256/1024= 1/4 out of phase for circle
                                         ;generation using (x(sin),y(cos))
                  STA Yphase             ;Generate 2xLUTs! cos (not used here)
                 
                  LDX #0                 ;draw a line from the center of the
                                         ;sinewave to the sinewave Y coordinates.
                  LDA #1024/2            ;
                  STA lx0                ;
                  LDA #1024/4            ;
                  STA ly0                ;from the center
liner             TXA
                  STA lx1
                 
                  LDA scratchx1,x        ;read sin data from BRAM pointer Xblock #0
                 
                  STA ly1                ;PLOT line!
                 
NC                INX
                  CPX #1024              ;
                  BNE liner

grock             JMP grock

;----Display xfreq =  5.-------------------------------

;----simulate oscilloscope------------------------------------------------------

                  LDA #%0000000000111111
                  STA TEMP                ;dynamic range of signal
                 
                  LDA #1080/2
                  STA TEMP2               ; position of scope trace, close to middle of the screen
                 
bg                LDA #%0000011111100000  ;green pixels
                  STA color
                 
                  LDX #0                  ; x position start
                  PHX                     ; push for the value of zero, needed for a fill
                 
loop              STX Xp                  ; set X value for PLOT
                  LDA rng                 ; get 16-bit number from PRNG
                  AND TEMP
                  CLC
                  ADC TEMP2               ;set PLOT for middle of screen
                 
                  BCF0C $FFFE             ;Branch if Control Flag 0 is Clear (0), CF0 is HSYNC input, so branch to itself until hsync = 1, a non display period
                 
                  STA Yp                  ;PLOT!
                  INX
                  CPX #1919
                  BNE loop
                 
                  PLX                     ; get a quick zero from a previous push
                  STX color
                  STX fXs                 ; X position start for FILL
                 
                  LDA #1920
                  STA fXlen               ; horizontal length for FILL
                  LDA TEMP
                  STA fYlen               ; vertical length for FILL
                  LDA TEMP2               ; Y position start for FILL
                 
                  BCF1C $FFFE             ;Branch if Control Flag 1 is Clear (0), CF1 is VSYNC input, so branch to itself and wait until vsync = 1, a non display period
                 
                  STA fYs                 ;FILL! clear previous 1920xTEMP waveform
                 
                  JMP bg