PoP roomtest: LCG оригинала на ассемблере — точность без потери скорости
Возврат к БИТ-В-БИТ генератору оригинала по умолчанию (POP_PRANDOM_EXACT=1): по нему проще отлаживать и сверять картинку с эталоном. Чтобы это не стоило процента бюджета, сам шаг LCG переписан на Z80-ассемблере — единственное место в порте, где это сделано, с явного разрешения. Приём: 214013 = ((((1<<1)+1)<<2 + 1)<<4 + 1)<<10 - 3 — схема Горнера по РАЗРЕЖЕННОЙ записи константы. Вместо 12 сложений (по числу единиц в 0x343FD) — 17 удвоений, три сложения и одно вычитание; величина 3*s, нужная в конце, попадается по дороге на втором шаге. Проверка в ДВА этапа: - схема на хосте: horner(s) == s*214013+2531011 на 3 000 000 сидов; - сама asm-транскрипция на живой машине: breakpoint на pop_prandom, 11 последовательных состояний сида из MAME — каждый переход совпал с s*214013+2531011 бит-в-бит. Замер, комната 3, 175 кадров (медиана кадра / prandom->torch_draw): C, бит-в-бит (16-бит половины) 403 632 / 10 933 C, xorshift16 + шаг Вейля 397 986 / 7 927 asm, бит-в-бит 400 800 / 9 331 То есть asm вернул половину разрыва (2 832 такта за кадр), сохранив совместимость с эталоном. Ветка xorshift оставлена под -DPOP_PRANDOM_EXACT=0 как запасной ход — брать её имеет смысл, только если не хватит последних 2 800 тактов. Итог оптимизационного круга: 416 154 -> 400 800 (0.968 -> 0.932 кадра). Co-Authored-By: Claude Opus 5 <noreply@anthropic.com>
This commit is contained in:
@@ -27,50 +27,176 @@ static uint16_t pop_rnd_fit(uint16_t v, uint16_t maxv)
|
||||
}
|
||||
|
||||
#if POP_PRANDOM_EXACT
|
||||
/* s = s * 214013 + 2531011, 16-битными половинами.
|
||||
/* ---- LCG оригинала: s = s*214013 + 2531011 (seg009:321) ------------ *
|
||||
*
|
||||
* 214013 = 0x0003_43FD. Раскладываем произведение так, чтобы обошлось без
|
||||
* __mullong: старшее слово результата не зависит от старших бит множителя
|
||||
* выше 32-го, поэтому
|
||||
* s*M = SL*ML (полные 32 бита)
|
||||
* + ((SL*MH + SH*ML) mod 2^16) << 16 (только младшие 16 бит)
|
||||
* где ML = 0x43FD, MH = 3. Единственное «широкое» умножение — SL*ML,
|
||||
* 16x16 -> 32; собираем его из четырёх байтовых произведений (каждое
|
||||
* помещается в 16 бит, поэтому это обычный 16-битный __mulint).
|
||||
* ЕДИНСТВЕННОЕ место в порте на ассемблере, и вот почему. На Z80 нет
|
||||
* умножения, а SDCC для 32-битного `s * 214013` зовёт __mullong — 8 430
|
||||
* тактов на вызов (замер в MAME). Написанное на C через 16-битные
|
||||
* половины это ~3 500. Здесь ~1 000, при полностью той же
|
||||
* последовательности, что в SDLPoP. Альтернатива «взять генератор
|
||||
* попроще» (8-битный RND Apple II, xorshift) экономит меньше и ломает
|
||||
* совместимость с эталоном, по которому сверяем картинку.
|
||||
*
|
||||
* Проверка эквивалентности — на хосте: те же значения, что давал
|
||||
* unsigned long (см. комментарий к pop_rnd_t в pop_geom.h). */
|
||||
uint16_t pop_prandom(pop_rnd_t *seed, uint16_t maxv)
|
||||
* Приём: 214013 = ((((1<<1)+1)<<2 + 1)<<4 + 1)<<10 - 3 — схема Горнера по
|
||||
* РАЗРЕЖЕННОЙ записи константы. Вместо 12 сложений (по числу единиц в
|
||||
* 0x343FD) — 17 удвоений, ТРИ сложения и одно вычитание. Величина 3*s,
|
||||
* нужная в конце, попадается по дороге на втором шаге — её и сохраняем.
|
||||
*
|
||||
* ABI __sdcccall(1): arg1 (указатель на сид) -> HL, возврат -> DE. IX не
|
||||
* используется, сохранять нечего. Клоббер AF/BC/DE/HL. Аккумулятор —
|
||||
* DE:HL (DE старшее слово); s.lo живёт в BC, s.hi и 3*s — в статиках
|
||||
* (регистров на всё не хватает).
|
||||
*/
|
||||
uint16_t pop_pr_ptr; /* адрес сида */
|
||||
uint16_t pop_pr_sh; /* старшее слово исходного сида */
|
||||
uint16_t pop_pr_3s_lo, pop_pr_3s_hi; /* 3*s, нужное в конце */
|
||||
|
||||
static uint16_t pop_lcg_step(pop_rnd_t *seed) __naked
|
||||
{
|
||||
uint16_t sl = seed->lo, sh = seed->hi;
|
||||
uint8_t al = (uint8_t)sl, ah = (uint8_t)(sl >> 8);
|
||||
uint16_t t0 = (uint16_t)((uint16_t)al * 0xFDu); /* al * ML_lo */
|
||||
uint16_t t1 = (uint16_t)((uint16_t)al * 0x43u); /* al * ML_hi */
|
||||
uint16_t t2 = (uint16_t)((uint16_t)ah * 0xFDu); /* ah * ML_lo */
|
||||
uint16_t t3 = (uint16_t)((uint16_t)ah * 0x43u); /* ah * ML_hi */
|
||||
uint16_t m = (uint16_t)(t1 + t2); /* средние байты */
|
||||
uint16_t pl, ph;
|
||||
(void)seed;
|
||||
__asm
|
||||
ld (_pop_pr_ptr), hl
|
||||
ld c, (hl)
|
||||
inc hl
|
||||
ld b, (hl) ; BC = s.lo
|
||||
inc hl
|
||||
ld a, (hl)
|
||||
ld (_pop_pr_sh), a
|
||||
inc hl
|
||||
ld a, (hl)
|
||||
ld (_pop_pr_sh + 1), a ; (pop_pr_sh) = s.hi
|
||||
|
||||
ph = (uint16_t)(t3 + (m >> 8));
|
||||
if (m < t1) ph = (uint16_t)(ph + 0x100u); /* перенос из t1+t2 */
|
||||
pl = (uint16_t)(t0 + (uint16_t)(m << 8));
|
||||
if (pl < t0) ph++; /* перенос в старшее слово */
|
||||
ld h, b
|
||||
ld l, c
|
||||
ld de, (_pop_pr_sh) ; акк = s
|
||||
|
||||
/* (SL*MH + SH*ML) << 16 — только младшие 16 бит слагаемого. */
|
||||
ph = (uint16_t)(ph + (uint16_t)(sl * 3u) + (uint16_t)(sh * 0x43FDu));
|
||||
;; акк = акк*2 + s => 3s
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, bc
|
||||
ex de, hl
|
||||
ld a, (_pop_pr_sh) ; LD A,(nn) флаги НЕ трогает
|
||||
adc a, l
|
||||
ld l, a
|
||||
ld a, (_pop_pr_sh + 1)
|
||||
adc a, h
|
||||
ld h, a
|
||||
ex de, hl
|
||||
ld (_pop_pr_3s_lo), hl
|
||||
ld (_pop_pr_3s_hi), de
|
||||
|
||||
/* + 2531011 = 0x0026_9EC3 */
|
||||
{
|
||||
uint16_t nl = (uint16_t)(pl + 0x9EC3u);
|
||||
ph = (uint16_t)(ph + 0x0026u);
|
||||
if (nl < pl) ph++;
|
||||
seed->lo = nl;
|
||||
seed->hi = ph;
|
||||
}
|
||||
return pop_rnd_fit(ph, maxv);
|
||||
;; акк = акк*4 + s => 13s
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, bc
|
||||
ex de, hl
|
||||
ld a, (_pop_pr_sh)
|
||||
adc a, l
|
||||
ld l, a
|
||||
ld a, (_pop_pr_sh + 1)
|
||||
adc a, h
|
||||
ld h, a
|
||||
ex de, hl
|
||||
|
||||
;; акк = акк*16 + s => 209s
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, bc
|
||||
ex de, hl
|
||||
ld a, (_pop_pr_sh)
|
||||
adc a, l
|
||||
ld l, a
|
||||
ld a, (_pop_pr_sh + 1)
|
||||
adc a, h
|
||||
ld h, a
|
||||
ex de, hl
|
||||
|
||||
;; акк *= 1024 => 214016s (10 удвоений)
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
add hl, hl
|
||||
rl e
|
||||
rl d
|
||||
|
||||
;; акк -= 3s => 214013s
|
||||
ld bc, (_pop_pr_3s_lo)
|
||||
or a ; CY = 0
|
||||
sbc hl, bc
|
||||
ld bc, (_pop_pr_3s_hi) ; LD BC,(nn) флаги НЕ трогает
|
||||
ex de, hl
|
||||
sbc hl, bc
|
||||
ex de, hl
|
||||
|
||||
;; акк += 2531011 = 0x0026_9EC3
|
||||
ld bc, #0x9EC3
|
||||
add hl, bc
|
||||
ld bc, #0x0026
|
||||
ex de, hl
|
||||
adc hl, bc
|
||||
ex de, hl
|
||||
|
||||
;; сохранить сид, вернуть СТАРШЕЕ слово в DE
|
||||
push de
|
||||
ex de, hl ; DE = младшее слово
|
||||
ld hl, (_pop_pr_ptr)
|
||||
ld (hl), e
|
||||
inc hl
|
||||
ld (hl), d
|
||||
inc hl
|
||||
pop de ; DE = старшее слово
|
||||
ld (hl), e
|
||||
inc hl
|
||||
ld (hl), d
|
||||
ret
|
||||
__endasm;
|
||||
}
|
||||
|
||||
#else /* !POP_PRANDOM_EXACT — быстрый 16-битный генератор (по умолчанию) */
|
||||
uint16_t pop_prandom(pop_rnd_t *seed, uint16_t maxv)
|
||||
{
|
||||
return pop_rnd_fit(pop_lcg_step(seed), maxv);
|
||||
}
|
||||
|
||||
#else /* !POP_PRANDOM_EXACT — генератор попроще, НЕ совместимый с эталоном */
|
||||
|
||||
/* xorshift16 + шаг Вейля. Зачем не LCG оригинала: тот 32-битный, и даже
|
||||
* без __mullong (см. ветку выше) стоит ~7 000 тактов на вызов — при двух
|
||||
@@ -88,10 +214,11 @@ uint16_t pop_prandom(pop_rnd_t *seed, uint16_t maxv)
|
||||
* xorshift ноль — неподвижная точка, а сид кладки (номер комнаты + ряд +
|
||||
* колонка) вполне может оказаться нулём.
|
||||
*
|
||||
* ПОСЛЕДСТВИЕ: последовательность отличается от SDLPoP. Значит другая
|
||||
* (но статистически такая же) раскладка кладки и другие броски в боёвке.
|
||||
* Если понадобится сверять картинку с оригиналом — собрать с
|
||||
* -DPOP_PRANDOM_EXACT=1, там бит-в-бит тот же LCG. */
|
||||
* ПОСЛЕДСТВИЕ: последовательность отличается от SDLPoP — другая (но
|
||||
* статистически такая же) раскладка кладки и другие броски в боёвке.
|
||||
* Поэтому по умолчанию собирается НЕ эта ветка: после переписывания LCG
|
||||
* на ассемблер выигрыш от смены генератора почти исчез, а сверять
|
||||
* картинку с эталоном стало важнее. Ветка оставлена как запасной ход. */
|
||||
uint16_t pop_prandom(pop_rnd_t *seed, uint16_t maxv)
|
||||
{
|
||||
uint16_t s = seed->lo;
|
||||
|
||||
Reference in New Issue
Block a user