VDC

VDC steht für Video Display Controller (in deutsch etwa: Videoanzeigencontroller) und bezeichnet einen Videochip der Firma MOS. Ursprünglich für den CBM 900 entwickelt, kam der VDC letztendlich im 1985 veröffentlichten C128 zum Einsatz. Dort übernimmt er die Bildschirmausgabe im 80-Zeichen-Modus. Es wurden 2 nicht vollständig kompatible Versionen produziert, der 8563 und der 8568. Die Ausgabe erfolgt als RGBI- und als Monochrom-Signal, somit können CGA- und Monochrom-Bildschirme direkt angeschlossen werden.

Der VDC besitzt ein eigenes Video-RAM von 16 KByte (2x 4416) oder 64 KByte (2x 4464) und wird asynchron zum Rest des C128 getaktet, wobei ein 16 MHz Pixeltakt zugrunde liegt.

Fähigkeiten

• 16 Farben (RGBI)
• Textmodus:
  • standardmäßig 25 Zeilen à 80 Zeichen
  • Zeilenanzahl und Anzahl Zeichen/Zeile kann weitgehend frei bestimmt werden.
  • 2 Zeichensätze à 256 Zeichen sind gleichzeitig benutzbar.
  • Vordergrundfarbe für einzelne Zeichen wählbar
  • 4 Attribute/Zeichen: invertiert, blinkend, unterstrichen, Zeichensatz 1 oder 2
  • hardwaremäßiges Interlace
  • variable Zeichenhöhe von 2 bis 32 Pixel
  • Hardware-Textcursor mit automatischem Blinkmodus
• Grafikmodus:
  • Auflösung von 640×200 Pixel, bei 64 KByte Speicher bis zu 800×240 Pixel
  • Auflösung variierbar
  • Vorder- und Hintergrundfarbe kann für einzelne Farbzellen separat eingestellt werden.
• Selbständiges Verschieben von bis zu 256 Bytes großen Datenblöcken

Bildausgabe

Der VDC ist für die Bildausgabe auf einen CGA- oder einen Monochrom-Monitor ausgelegt, die Bildwiederholfrequenz ist für PAL bzw. NTSC-Modus anpassbar. Ein Anschluss an RGB-Monitore bzw. Fernseher mit RGB-Eingang ist mit einfachen Adaptern möglich, wobei allerdings die Helligkeitsinformation verlorengeht und somit nur 8 unterschiedliche Farben dargestellt werden können. Mit zusätzlichem Aufwand kann auch ein RGBI-nach-VGA-Adapter gebastelt werden, der alle 16 Farben ausgibt.
Nachfolgend eine Tabelle mit den 16 möglichen Farben:

Farbwert VDC	RGBI	Farbname	Farbe		Farbwert VDC	RGBI	Farbname	Farbe
0	0000	Schwarz			8	1000	Dunkelrot
1	0001	Dunkelgrau			9	1001	Hellrot
2	0010	Dunkelblau			10	1010	Dunkelviolett
3	0011	Hellblau			11	1011	Hellviolett
4	0100	Grün			12	1100	Dunkelgelb/Braun
5	0101	Hellgrün			13	1101	Gelb
6	0110	Türkis			14	1110	Hellgrau
7	0111	Helltürkis			15	1111	Weiß

Einen Sonderfall stellt der Farbcode 12 dar. Dieser ist zwar eigentlich ein dunkles Gelb, wird aber in vielen CGA-Monitoren durch eine spezielle Schaltung als Braun ausgegeben.

Vor- und Nachteile gegenüber dem VIC

Im Vergleich zum VIC-II ergeben sich folgende
Vorteile:

• Höhere Auflösung
• Gestochen scharfe Darstellung
• Horizontales und vertikales Hardware-Scrolling ohne Tricks
• Doppelt so viele unterschiedliche Zeichen darstellbar als beim VIC (4× soviel, wenn man auch die Reverse-Darstellung berücksichtigt)
• Einfachere Datenorganisation des Hires-Modus
• Hardware-Textcursor

Nachteile:

• Keine Sprites
• Kein Multicolor-Modus
• Kein Rasterzeilen-Interrupt
• Umständliche und langsame Programmierung bzw. Datenaustausch mit der CPU
• Kein Refresh des DRAM-Hauptspeichers

Programmierung des VDC

Der VDC verfügt über 36 (8563) bzw. 37 (8568) interne Register, diese sind jedoch nur indirekt über 2 Register im Ein-/Ausgabe-Bereich an der Adresse $D600/$D601 zu erreichen. Dieses Design vereinfachte den internen Aufbau des Chips und sparte Pins.

1. In Register $D600 das gewünschte VDC-Register schreiben.
2. Warten, bis Bit 7 von $D600 gesetzt ist.
3. Den Wert des gewünschten Registers aus $D601 auslesen bzw. in $D601 schreiben.

Auch der Videospeicher des VDC ist nur auf diese Weise erreichbar.

Beim C128 ist am einfachsten die Nutzung der zwei Betriebssystemfunktionen bei $CDCC (VDC-Register schreiben) und $CDDA (VDC-Register lesen). Ein Beispiel in BASIC (erhöht die Zeilenhöhe auf 9 Rasterzeilen):

SYS DEC("CDCC"),8,9

Beim Auslesen hat Adresse $D600 folgende Bedeutungen:

Bit	Bezeichnung	Funktion
7	Status	Dieses Bit signalisiert, ob der VDC mit seiner letzten Tätigkeit fertig ist. (1 = fertig)
6	LP	Lichtgriffel (Lightpen)
5	VBlank	Kathodenstrahlrücklauf (1 = Rücklauf)
4..3		Ohne Funktion
2..0	VER	VDC-Version

Interne Register des VDC

Register	Standardwert dez. (hex) binär	Bits	Funktion	Bemerkung
0	126 ($7E) NTSC %01111110 127 ($7F) PAL(*) %01111110	7..0	Anzahl der Zeichen - 1 zwischen zwei horizontalen Synchronisationspulsen	Hier werden die maximal zur Verfügung stehenden Zeichen pro Zeile festgelegt. Die Zeichenzahl sollte durch 8 teilbar sein. Entspricht der Horizontalfrequenz, ausgehend vom Pixeltakt: 16.000.000 / ((Register0 + 1) * 8) in Hz
1	80 ($50) %01010000	7..0	Anzahl der angezeigten Zeichen pro Zeile	Hier wird die tatsächliche Zeichenzahl pro Zeile festgelegt. Alle Werte die kleiner als Register 0 sind, sind möglich.
2	102 ($66) %01100110	7..0	Horizontale Sync-Position	Hier wird der linke Rand positioniert. Erlaubt sind alle Werte, die größer als Register 1 sind. Wenn die Zahl in diesem Register mit einem kleineren Wert überschrieben wird, wandert das Bild nach rechts. Interessante Effekte sind damit möglich.
3	73 ($49) %01001001	7..4	Breite des vertikalen Synchronisationspulses	Wert ist ein Vielfaches einer Rasterperiode. Null entspricht dem Wert 16.
		3..0	Breite des horizontalen Synchronisationspulses	Pulsbreite in Zeichen + 1. Der Wert 0 lässt sich nicht programmieren.
4	32 ($20) NTSC %00100000 38 ($26) PAL(*) %00100110	7..0	Gesamte Anzahl der Zeilen	In diesem Register wird die Anzahl der Zeichenzeilen - 1 inklusive des vertikalen Strahlrücklaufs angegeben. Bildzeilen = (Register4 + 1) * (Register9 + 1)
5	25 ($19) %00011001	7..5	unbenutzt	Bits immer gesetzt
		4..0	Feinjustierung von Register 4
6	25 ($19) %00011001	7..0	Anzahl der angezeigten Zeilen	Hier wird festgelegt, wie viele Zeilen der VDC anzeigt; Größere Werte als in Register 4 sind nicht möglich.
7	32 ($20) %00100000	7..0	Vertikale Sync-Position	Hier wird festgelegt, an welcher Stelle die erste Zeile beginnt. Je größer die Zahl, um so weiter unten beginnt die erste Zeile.
8	32 ($20) %00100000	7..2	unbelegt	Bits immer gesetzt
		1..0	Interlace & Video-Modus	Wert 00 oder 01 => Normaler, Nicht-Interlace-Modus Wert 10 => Interlace-Sync-Modus: Wert 11 => Interlace-Modus: doppelte vertikale Auflösung, aber verbunden mit starkem Flackern
9	231 ($E7) %11100111	7..5	ungenutzt	Bits immer gesetzt
		4..0	Rasterzeilen pro Zeichen	bestimmt die Höhe eines Zeichens in Rasterzeilen (Wert - 1)
10	160 ($A0) %10100000	7	ungenutzt	Bits immer gesetzt
		6..5	Cursormodus	00 => Cursor-Blinken aus 01 => Cursor aus 10 => Cursor-Blinken schnell 11 => Cursor-Blinken normal
		4..0	Cursor-Startzeile	Rasterzeile, wo der Textcursor anfängt. Bestimmt zusammen mit Register 11 die Höhe des Cursors.
11	231 ($E7) %11100111	7..5	ungenutzt	Bits immer gesetzt
		4..0	Cursor-Endzeile	Rasterzeile + 1, wo der Textcursor aufhört.
12	0 ($00) %00000000	7..0	Beginn Videospeicher High	High-Byte der Adresse, an der das Video-RAM beginnt.
13	0 ($00) %00000000	7..0	Beginn Videospeicher Low	Low-Byte der Adresse, an der das Video-RAM beginnt.
14	0 ($00) %00000000	7..0	Cursor-Position High	High-Byte der Position des Textcursors.
15	0 ($00) %00000000	7..0	Cursor-Position Low	Low-Byte der Position des Textcursors.
16	undefiniert	7..0	Lightpen vertikal	Vertikale Lightpen-Position in Zeichenzeilen + 1
17	undefiniert	7..0	Lightpen horizontal	Horizontale Lightpen-Position in Zeichen + 8
18	undefiniert	7..0	Update-Adresse High	High-Byte der Adresse, die man lesen oder beschreiben will. Wird vom VDC automatisch inkrementiert.
19	undefiniert	7..0	Update-Adresse Low	Low-Byte der Adresse, die man lesen oder beschreiben will. Wird vom VDC automatisch inkrementiert.
20	4 ($04) %00000100	7..0	Beginn Attributspeicher High	High-Byte der Adresse, an der das Attribut-RAM beginnt.
21	0 ($00) %00000000	7..0	Beginn Attributspeicher Low	Low-Byte der Adresse, an der das Attribut-RAM beginnt.
22	120 ($78) %01111000	7..4	Maximale Zeichenbreite	Zeichenbreite in Pixel - 1, inkl. Zeichenzwischenraum
		3..0	Angezeigte Zeichenbreite	Zeichenbreite in Pixel - 1, ohne Zeichenzwischenraum
23	232 ($E8) %11101000	7..5	ungenutzt	Bits immer gesetzt
		4..0	Zeichenhöhe	Rasterzeilen - 1 der angezeigten Zeichenhöhe ohne Zeilenzwischenraum. Sollte kleiner oder gleich Register 9 sein.
24	32 ($20) %00100000	7	Block-Copy	0 => Block wird geschrieben 1 => Block wird kopiert.
		6	Revers/Normal-Darstellung	0 => Normaldarstellung 1 => Bildschirm wird invertiert.
		5	Blinkrate der Buchstaben	0 => Rate entspricht 1/16 der Bildwiederholfrequenz, 1 => Rate entspricht 1/32 der Bildwiederholfrequenz.
		4..0	Vertikales Smooth (Soft)-Scrolling	Anzahl der Rasterzeilen, um die die Darstellung nach oben verschoben wird.
25	64 ($40) %01000000	7	Darstellungsmodus	0 => Textmodus 1 => Grafikmodus (Hires)
		6	Attribute ein/aus	0 => Zeichen-Attribute ausgeschaltet 1 => Zeichen-Attribute eingeschaltet
		5	Semigrafik	0 => der Zeichenzwischenraum wird mit der Hintergrundfarbe gefüllt, 1 => der Zeichenzwischenraum wird mit der Farbe des letzten Zeichens gefüllt.
		4	Pixelbreite	0 => normale Pixelbreite 1 => doppelte Pixelbreite
		3..0	Horizontales Smooth (Soft)-Scrolling	Anzahl der Pixel, um die die Darstellung nach links verschoben wird.
26	240 ($F0) %11110000	7..4	Vordergrundfarbe	Vordergrundfarbe bei abgeschaltetem Attribut-RAM
		3..0	Hintergrundfarbe	Hintergrund und Rahmenfarbe
27	0 ($00) %00000000	7..0	Adressen-Inkrement pro Zeile	Wert, der am Ende jeder Zeichenzeile zum Video- und Attribut-RAM-Zeiger aufaddiert wird, um die Adresse der neuen Zeile zu erhalten.
28	47 ($2F) %00101111	7..5	Startadresse des Zeichengenerators	Startadresse wird in 8KByte-Schritten festgelegt.
		4	Größe des VDC-RAMs	0 => 16 KByte RAM 1 => 64 KByte RAM (keine automatische Erkennung)
		3..0	ungenutzt
29	231 ($E7) %11100111	7..5	ungenutzt	Bits immer gesetzt
		4..0	Unterstreichungszeile	Pixelzeile in welcher ein Zeichen unterstrichen wird.
30	undefiniert	7..0	Anzahl Block-Write- oder Block-Copy-Zyklen	Gibt die Größe eines Write- oder Copy-Blockes an. 0 entspricht 256 Bytes. Ein Beschreiben des Registers startet den Zyklus.
31	undefiniert	7..0	Data	Lesen: Inhalt der durch Register 18/19 angegebenen Adresse Schreiben: Wert wird in die durch Register 18/19 angegebene Speicherzelle geschrieben. Anschließend kann der Wert für Block-Write benutzt werden.
32	undefiniert	7..0	High-Byte der Block-Copy-Quelladresse	High-Byte der Startadresse des zu kopierenden Blockes.
33	undefiniert	7..0	Low-Byte der Block-Copy-Quelladresse	Low-Byte der Startadresse des zu kopierenden Blockes.
34	125 ($7D) %011100111	7..0	Beginn 1. Zeichen	Anzahl der Zeichen vom Beginn der dargestellten Zeile bis zur positiven Flanke des Display-Enable-Pins.
35	64 ($40) %01000000	7..0	Ende letztes Zeichen	Anzahl der Zeichen vom Beginn der dargestellten Zeile bis zur negativen Flanke des Display-Enable-Pins.
36	245 ($F5) %11110101	7..4	ungenutzt	Bits immer gesetzt
		3..0	DRAM-Refresh	Anzahl der Refresh-Zyklen pro Rasterzeile.

Anmerkung:

• ab ROM-Version von 1986

Bildparameter

Details siehe Literatur und Diskussionen in Foren zur VDC-Programmierung.

Pixelfrequenz/-takt:

T = 16 MHz

Horizontal-/Zeilenfrequenz:

HF = T / ((Register0 + 1) * 8)

• Einheit: Hz
• Standardwert:
  • PAL: 15625 Hz
  • NTSC: 15748 Hz (Normfrequenz: 15734,26 Hz)

Bildzeilen:

Zeilen = (Register4 + 1) * (Register9 + 1)

Vertikalfrequenz oder Bildwiederholfrequenz/-rate:

BF = HF / Zeilen

• Einheit: Hz
• Standardwert:
  • PAL: 50,08 Hz
  • NTSC: 59,65 Hz

Emulation

Die exakte Nachbildung des Verhaltens bei C128-Emulatoren verbessert sich laufend. Schon sehr nahe kommt aber der schon seit 2015 schon recht gereifte Emulator Z64K, der neben anderen Plattformen den VDC sehr zyklengenau emulieren kann, alle bekannten VDC-Modi unterstützt und zudem (im Gegensatz zu VICE) Deinterlacing-Optionen anbietet.

Pin-Belegung des VDC 8563

	Pin	Beschreibung
	CCLK	Character Clock
	DCLK	Video Dot Clock D
	HSYNC	Horizontales Sync-Signal
	n/c	nicht verbunden
	CS	Chip Select
	RS	Register Select: Low -> Register 0 High -> Register 1
	R/W	Read/Write - Register lesen oder schreiben
	D0 - D7	Datenbus Bits 0 - 7 (Register 0 und 1)
	Vss	Systemmasse
	DISPEN	Display Enable
	VSYNC	Vertikales Sync-Signal
	INIT	bei Low-Pegel werden die internen Control-Latches gelöscht
	RES	Reset-Eingang
	TEST
	LPEN	Eingang für Lightpen
	Vcc	Versorgungsspannung +5 V DC
	R, G, B, I	Ausgabe Farbwerte für Rot, Grün, Blau, Intensität
	DR/W	Read/Write - VDC-RAM lesen/schreiben
	DA0 - DA7	Adressbus Bits 0 - 7 bzw. 8 - 15 (CAS/RAS-Multiplex) VDC-RAM
	DD0 - DD7	Datenbus Bits 0 - 7 VDC-RAM
	RAS	Row Address Strobe für VDC-RAM
	CAS	Column Address Strobe für VDC-RAM

Literatur

• C128 Programmer's Reference Guide

Weblinks

Wikipedia: MOS Technology VDC

Wikipedia: MOS Technology 8563

• CSDb: VDC Mode Mania V1.1 (2015)