Эмулятор-отладчик БК-0010-01

Эмулятор советского персонального компьютера БК-0010-01 (процессор К1801ВМ1, клон PDP-11) на C++17 / Qt6 / OpenGL с отладчиком в стиле Soft-ICE.

Возможности

• Процессор К1801ВМ1 — полный набор инструкций PDP-11 (+ SOB, XOR), точный расчёт флагов N/Z/V/C, все 8 режимов адресации, прерывания и векторы.
• Экран через OpenGL (QOpenGLWidget): режимы 256×256 (4 цвета) и 512×256 (ч/б), палитры БК-0010, вертикальный скролл. Переключение — F10.
• Загрузка и исполнение .BIN (игр) с автозагрузкой ПЗУ-монитора.
• Клавиатура БК-0010: когда отладчик выключен, ввод с клавиатуры хоста идёт в БК (коды КОИ-7). Латиница/цифры/пунктуация, кириллица (КОИ-7 Н1), спец-клавиши (стрелки, ВВОД, ЗАБ, ВС, СБР, функциональные), СУ(Ctrl)+буква → управляющий код; РУС/ЛАТ переключается автоматически при смене языка ввода, а также вручную клавишами левый Shift (РУС) и правый Shift (ЛАТ) — их же игры часто используют как «выстрел влево/вправо» (Shift, а не Ctrl, чтобы не мешать Ctrl-шорткатам приложения). кадровое прерывание (вектор 0100) и прерывание клавиатуры (векторы 060 / 0274).
• Звук пищалки — генерация сэмплов в ядре (Speaker) с воспроизведением через QAudioSink (при наличии Qt6 Multimedia). Отключение звука — Ctrl+M.
• Отладчик Soft-ICE (F12) — полупрозрачный оверлей поверх экрана БК: регистры/PSW, дизассемблер с подсветкой PC и точками останова, дамп памяти, стек. Пошаговая отладка с одновременным показом экрана БК.
• Визуализация памяти — графический вид памяти 1/2/4/8/16 бит на пиксель, ч/б и цвет (по умолчанию «2 бита» — палитра БК: экранное ОЗУ выглядит как сама картинка), с тепловой картой обращений: давно не используемая память показывает своё содержимое ярко, а свежий доступ вспыхивает цветом и плавно затухает — чтение зелёным, запись красным, исполнение кода синим. По умолчанию во всё окно показывается только ОЗУ; флажок «Показать ПЗУ» добавляет ПЗУ (весь адресный диапазон в более мелком масштабе).
• Горячий путь — самые исполняемые цепочки базовых блоков (пути), связанные наиболее частыми переходами, отсортированные по доле времени CPU (топ-N). Каждый путь свёрнут в строку-сводку (ранг, вход, число блоков, %, тепловая полоса); левый клик по треугольнику ▸ разворачивает путь в его блоки (с переходами → адрес), а блок — в ассемблерные инструкции со счётчиками исполнений. Клик по телу строки ведёт дизассемблер на адрес. Правый клик скрывает адрес (напр. цикл-пустышку), 0 — показать всё, +/− — число путей. Прокрутка — колесо / перетаскивание. Строки подкрашены по «температуре» (частоте исполнения).
• Пламенный граф (Ctrl+F) — flame graph по восстановленному дереву вызовов: каждый прямоугольник — кадр стека, ширина ∝ времени CPU (inclusive), вниз = глубже по стеку (корень/main вверху). Стек восстанавливается на лету по JSR/возвратам (и прерываниям). Клик — углубиться в поддерево, ПКМ/ Backspace — вверх, 0 — весь граф, Del — сброс; клик ведёт дизассемблер на подпрограмму, наведение показывает собств./вкл. долю.
• Хронология вызовов (Ctrl+T) — времяупорядоченный flame chart (как в Chrome DevTools/speedscope): X = время CPU, Y = глубина стека, каждый бар — один вызов подпрограммы на всём протяжении, пока он был на стеке. Правый край — «сейчас». Колесо — зум времени, тащить — прокрутка по глубине, клик — в дизассемблер.
• Все окна профилировщика связаны общей подсветкой (наведение на подпрограмму подсвечивает её во всех окнах и в дизассемблере). У «Горячих инструкций во времени» дополнительно: G — агрегация по подпрограммам, S — стопка (streamgraph), F — маркеры кадров по таймеру, колесо над графиком — зум по времени.
• Сохранение/восстановление полного состояния (Ctrl+S / Ctrl+L).

Сборка

Требуется CMake ≥ 3.16, компилятор C++17, Qt6 (Core, Gui, Widgets, OpenGLWidgets). Опционально Qt6 Multimedia для звука (qt6-qtmultimedia-devel).

cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build -j

Запуск

./build/bk0010-emulator [путь/к/игре.bin]

ПЗУ (monit10.rom, basic10.rom) ищутся в каталоге roms/ (задаётся при сборке, переопределяется --roms <dir> или переменной BK_ROM_DIR).

Блок расширения памяти СМК-512

Опционально эмулируется контроллер СМК-512 («АльтПро») в разъёме МПИ — 512 Кбайт дополнительного ОЗУ: 16 страниц по 32 Кбайт, восемь режимов подключения, регистр управления 0177130. По умолчанию плата не установлена. Включается в меню «Эмуляция» (настройка запоминается между запусками) или ключом --smk; --no-smk выключает. С установленной платой отладчик показывает текущий режим и номер страницы в панели «СИСТ. РЕГИСТРЫ», по Ctrl+D открывается дамп всех 512 Кбайт ДОЗУ постранично (с адресом БК, по которому строка видна сейчас, и правкой слов по клику), а в визуализаторе памяти появляется выбор источника — память БК, все 16 страниц ДОЗУ или одна. Дисковод, винчестер и ПЗУ самого контроллера не эмулируются — что из этого следует, разобрано в docs/smk512.md.

Потактовая эмуляция арбитража видеоконтроллера КР1801ВП1-037 (такты ожидания при доступе к ОЗУ во время активной развёртки) включена по умолчанию; ключ --no-arb037 возвращает прежнюю «идеальную» память. Подробности — в docs/BK0010-hardware.md.

Горячие клавиши

Клавиша	Действие
Esc	Клавиша СТОП БК (прерывание по вектору 4); в отладчике — продолжить
F12	Включить/выключить отладчик Soft-ICE
F7	Шаг с заходом (step into)
F8	Шаг с обходом (step over)
F9	Точка останова на текущем PC
G	Продолжить выполнение
F10	Переключить режим экрана (цвет ↔ ч/б)
Ctrl+R	Сброс
Ctrl+M	Включить/выключить звук
Ctrl+G	Горячий путь
Ctrl+K	Граф вызовов
Ctrl+F	Пламенный граф
Ctrl+T	Хронология вызовов (flame chart)
Ctrl+H	Горячие инструкции во времени
Ctrl+I	Визуализация памяти
Ctrl+D	ДОЗУ СМК-512 по страницам
Ctrl+S/Ctrl+L	Сохранить / восстановить состояние

Меню Отладка открывает окна профилировщика (горячий путь, граф вызовов, пламенный граф, горячие во времени), визуализации памяти и дампа ДОЗУ СМК-512.

Тесты

ctest --test-dir build          # или ./build/cpu_tests

Юнит-тесты покрывают декодер инструкций, флаги, ветвления, JSR/RTS, SOB и сохранение/восстановление состояния.

Безголовый режим (для проверки/скриншотов)

QT_QPA_PLATFORM=offscreen ./build/bk0010-emulator --frames 200 --shot out.png game.bin

Доступны: --frames N, --shot, --dbgshot, --memvis, --hotpath, --callgraph, --flame, --flamechart, --hotchart, --mono, --no-arb037, --scanline, --smk / --no-smk, --key <код>, --keyframe N.

--scanline включает построчную отрисовку: каждая строка рисуется тем значением регистра смещения 0177664, какое стояло, когда луч её проходил (по модели развёртки Vp037). Нужно для построчных эффектов — параллакса и «разрезанного» экрана; при покадровой отрисовке (по умолчанию) весь кадр рисуется последним значением скролла.

MCP-сервер (отладка через Claude)

Эмулятор умеет работать как MCP-сервер (Model Context Protocol) — тогда Claude может загружать .BIN, шагать по коду, читать/писать память и регистры, ставить точки останова, снимать скриншоты и смотреть «горячие» инструкции сам. Для отладки игр есть управление (клавиатура и джойстик на 0177714) с привязкой ко времени, снятие экрана и звукового буфера — рецепты в docs/mcp-debugging.md.

./build/bk0010-emulator --server        # JSON-RPC 2.0 по stdio (по строкам)

Регистрация в Claude Code — файл .mcp.json в корне проекта уже готов (сервер bk0010). После сборки запустите Claude Code из этого каталога и подтвердите подключение сервера.

Инструменты (все адреса/значения принимают десятичное, 0x… hex или восьмеричное с ведущим 0 — по соглашению БК; восьмеричное передавайте строкой: голое JSON-число разбирается как десятичное):

Инструмент	Назначение
bk_load	загрузить .BIN (сначала грузится монитор) и запустить; reset — с чистого листа, frames — сразу прогнать N кадров
bk_reset	сброс машины
bk_run / bk_run_until	выполнять кадры / до адреса-символа; input — таймлайн ввода [{frame, key, joy}] за один вызов
bk_step / bk_step_over	шаг внутрь / через JSR·EMT
bk_regs / bk_set_reg	чтение / запись R0–R7, SP, PC, PSW
bk_read_mem / bk_write_mem	память словами или байтами; страница В-В пишется через шину, чтобы устройство увидело запись (bus переопределяет)
bk_disasm	дизассемблирование
bk_break / bk_unbreak / bk_breakpoints	точки останова
bk_key	нажать клавишу по имени (enter, right, рус, стоп) или символу; frames:N — нажать, прогнать N кадров, отпустить (нужно играм, опрашивающим бит удержания 0177716, напр. Digger)
bk_type	набрать строку (кириллица — с автоматическим РУС/ЛАТ)
bk_joystick	джойстик на 0177714: кнопки по имени в выбранной раскладке (standard/breakhouse/swcorp/klad2, липкая), сырые биты, удержание на N кадров
bk_joy_probe	определить раскладку неизвестной игры перебором битов с откатом состояния
bk_screenshot	PNG экрана БК (можно сперва прогнать frames)
bk_ocr	прочитать текст с экрана по знакоместам (знакогенератор ПЗУ): узкий режим 64 симв./строку и широкий 32, режим и сетка подбираются сами; свой шрифт игры — через font_addr
bk_vram	ASCII-вид экрана; mode:"index" — точные индексы палитры по пикселям окна ВОЗУ
bk_audio	звук динамика: WAV (inline и/или файл), пик/RMS, огибающая и разбор на тоны по фронтам 0177716
bk_io_state / bk_io_log	снимок регистров В-В / лог обращений, включая ЧТЕНИЯ с PC инструкции (видно, кто опрашивает джойстик)
bk_state_save / bk_state_load	сохранить / восстановить состояние (файл или именованный слот в памяти)
bk_symbols	загрузить символы из .map (GNU ld) — адреса по имени
bk_hotspots	самые часто исполняемые инструкции

Архитектура

• src/core/ — ядро эмуляции (без Qt): Cpu, Memory, Disasm, Screen, Speaker, Trace, Board (главный цикл, I/O-регистры, прерывания, save/restore), плюс общие таблицы ввода Joystick.h (раскладки джойстика) и BkKeys.h (имена клавиш и текст → КОИ-7) — их разделяют GUI, MCP-сервер и тесты.
• src/ui/ — Qt6: MainWindow, GlScreen (OpenGL), DebuggerOverlay, MemVisWidget, HotPathWidget, CallGraphWidget, FlameWidget, FlameChartWidget, HotChartWidget.
• src/mcp/ — McpServer: MCP-сервер поверх ядра (JSON-RPC по stdio, QtCore JSON).

Ядро исполняет инструкции по кадрам 48,83 Гц (3 МГц, 61440 тактов на кадр), UI-поток отображает текстуру экрана и панели отладчика.

Справочник по железу БК-0010-01 (карта памяти, регистры, векторы, кодирование экрана, палитра, формат .BIN, тактирование) — в docs/BK0010-hardware.md. Указания для будущих сессий Claude Code — в CLAUDE.md.