РЕ-мулятор - внутрисхемный эмулятор 1801РЕ2/1801РР1

[Vslav]

РЕ-мулятор представляет собой печатную плату в габаритах корпуса DIP-24 и предназначен для непосредственной замены микросхем типа 1801РЕ2 и 1801РР1 в различных устройствах.

С использованием дополнительных внешних входов РЕ-мулятор способен заменить до четырех отдельных независимых микросхем типа 1801РЕ2/РР1. Например, возможна одновременная замена одним эмулятором шести микросхем 1801РЕ2 на основной плате БК-0010 плюс плата модуля МСТД/Фокал. Для БК-0011М один эмулятор способен заменить до семи микросхем (на основной плате и дополнительно на плате Бейсика)

РЕ-мулятор построен на основе недорогого и распространенного микроконтроллера STM32F205, работающего на частоте 120МГц. Допускается замена программного обеспечения микроконтроллера без отключения РЕ-мулятора от платы для которой осуществляется эмуляция. Таким образом можно быстро изменять "прошивку" эмулируемой микросхемы без вынимания РЕ-мулятора из панельки.

Поле конфигурации, реализованное на перемычках ("джамперах") позволяет управлять режимом работы РЕ-мулятора без частой замены прошивки микроконтроллера.

По мере разработки и усовершенствования программного обеспечения функционал РЕ-мулятора может быть значительно расширен, выходя за рамки простой эмуляции ПЗУ. Например, возможно использование одного из дополнительных выводов для генерации сигнала DOUT, РЕ-мулятор сможет осуществлять циклы записи на шине МПИ и выполнять самостоятельное тестирование устройства, без участия центрального процессора схемы (разумеется, сам ЦП следует отключить сигналами захвата шины).

Программирование микроконтроллера может осуществляться с использованием полного JTAG, "укороченного" SWJ или по последовательному интерфейсу UART (с иcпользованием внешнего преобразователя уровней RS-232 и предварительно запрограммированного загрузчика). Программирование по UART и SWJ допускается без отключения РЕ-мулятора от схемы. При использовании JTAG без отключения от схемы следует обеспечить размыкание цепей проходящих через R4 и R5. Для программирования по JTAG/SWJ можно использовать стандартные программаторы/отладчики типа JLink, ST-Link, MT-Link. Или (если будет интерес и необходимость) - с использованием Altera ByteBlaster (простая схема на одной 74HCT244, подключаемая к параллельному порту PC) и моей утилиты.

[Vslav]

На данный момент эмулятор проверен в работе на плате БК-0010, работающей на частоте 3МГц в качестве замены одной 1801РЕ2-017. Программное обеспечение сейчас "вычищается" и готовится к публикации, включая исходники.

Приглашаю всех желающих к обсуждению режимов работы РЕ-мулятора.
На данный момент предполагается реализация следующих прошивок и режимов:

- простая эмуляция одной микросхемы 1801РЕ2. Требуемое содержимое прошивки РЕ2 будет располагаться в прошивке микросконтроллера по фиксированному адресу, будет написан простой скрипт, и желающие при необходимости смогут сами вставлять нужное содержимое РЕ2 в файл прошивки микроконтроллера без перекомпиляции. То есть - готовим нужный файл для РЕ2 в требуемом формате (предлагаю формат программатора Стерх - intel-hex, в конце два байта адресного кода микросхемы), берем уже подготовленный файл прошивки микроконтроллера (будет выложен тут), запускаем простой скрипт (батник, скорее всего будет одна использоваться только утилита srec_cat) и получаем на выходе сразу (без компиляции - не надо разбираться с компилятором для ARM - инсталлировать, настраивать и тд) готовый файл для прошивки в микроконтроллер, которая будет эмулировать РЕ2 с заданным содержимым.

- Прошивка БК-0010. Содержит образы РЕ2-017, -106, -107, -108, -018, -019. Устанавливается на место D25(РЕ2-108, чтобы фильтровать обращение к регистрам по сигналу CS в данном посадочном месте) и заменяет все четыре микросхемы плюс модуль Фокала/МСТД. В зависимости от установленных конфигурационных перемычек РЕ-мулятор будет заменять или просто микросхемы на основной плате, или режим подключенного модуля МСТД.

- Прошивка для БК-0011М. Аналогично - со всеми РЕ2, которые применяются в данном компьютере.

Я с БК не очень много работал, поэтому предлагайте варианты, которые могут быть полезны и интересны.

[Ал-р]

Очень круто - 32-битный ARM на 120МГц для реализации простейшего алгоритма по эмуляции ПЗУ (в соответствии с адресом на входе выдавать содержимое внутренней Flash) ...

[Vslav]

А чем плохо? Всего одна микросхема за 120 российских рублей в розницу (стабилизатор +3.3V не в счет). Свои функции выполняет и ладно. А делать на отдельной микросхеме флеша плюс CPLD или дискретная логика - это очевидное (скучно-банальное) и более громоздкое(и дорогое) решение, имхо.

[Vslav]

Новости проекта:
- посылка с платами пришла на "место вручения" в Москве
- написана штатная программа и опробована конфигурация БК-0010 - замена до 4-х микросхем -017, -106, -107, -108

Программа написана так, что содержимое прошивок отвязано от самой программы, и можно собрать нужную конфигурацию эмуляции простым скриптом при помощи одной единственной утилиты srecords (srec_cat), то есть кто не хочет - может компиляторы не ставить и с ними не разбираться. При этом легко собирая нужный конфиг прошивки.

Сборка исходников осуществляется GCC (пробовал готовые сборки CodeSourcery и ARM toolchain) или IAR (размер кода прошивки менее 8К, есть бесплатная лицензия типа KickStarter от IAR) - кому что нравится, для тех кто захочет поэкспериментировать поглубже.

Вот так сейчас выглядит стендик с БК-0010:


Кстати трассировка системной платы (пресловутой "переразведенки") не очень, когда сначала запустил РЕ-мулятор на видео начали строчки подергиваться (зазхватываю через ТВ-тюнер). Со штатными РЕ-шками помех на видео нету. В итоге ограничил скорость нарастания сигнала на выходах AD (есть такая фича у STM32) полосой 25МГц (сначала стояли аттрибуты на 50МГц) и помехи ушли.

Прелесть РЕ-мулятора еще и в том что он позволяет по последовательному порту сразу перешивать прошивку "на лету", то есть скорость написания, кросс-компиляции и прогона коротких тестов значительно увеличилась, теперь это просто стало удобно.

Слева там фото лежат аккуратно выпаянные оригинальные РЕ-шки, пришлось слегка повозиться, также сделал удлинитель клавы, и прочее. В-общем, постарался чтобы хобби выглядело красиво

Сейчас прочитаю еще (этим же РЕ-мулятором прямо на плате БК) прошивки -018 и -019 (МСТД на фото слева) и буду готовить программу к релизу - повычищаю все хвосты и на днях выложу.

PS. Также готовлюсь тестироваться на чуть более быстрой БК-0011М и ищу прошивки -327, -329 - микросхемы на плату Бейсика БК-0011М. Оно как бы необязательно, но было бы приятно сразу 5 чипов РЕ-мулировать.

[Vslav]

Пооптимизировал основную процедуру ремулятора (обработка сигналов МПИ), в итоге получилось время выборки в пределах 250-300нс. По крайней мере не хуже чем у оригинальной 1801РЕ2А с ее паспортными 300нс. Картинка с осциллографа (Желтый сигнал - ~DIN, голубой - ~RPLY):



Если кому надо быстрее, то можно применить STM32F407 - они до 168МГц штатно работают. Или STM32F205 также вполне хорошо оверклочится (на 168МГц работали все экземпляры что я пробовал). Ниже картинка с оверклоченного до 144МГц 205-го - ориентировочно время выборки 200-250нс. До параметров СОЗУ не дотягивает, конечно, но параметры эмулируемых микросхем перекрывает надежно.

[Vslav]

Сделал считыватель прошивок - в одну панельку на системной плате БК-0010 вставляется считываемая 1801РЕ2/РР1 и далее РЕ-мулятор устанавливает системный сброс ( можно подключить на запрос захвата шины, вместо сброса, но тогда не прочитать микросхемы с чип-кодами 4-7 - будет вылазить -037 на шину) и рулит DIN/SYNC. Результаты чтения попадают в формате ihex в лог-файл отладчика, из которого несложно сделать результирующий файл.

Update:
Вычитал -018 и -019, сделал дополнительную конфигурацию с МСТД. Забавно вышло - выбираем на РЕ-муляторе перемычками конфигурацию 0 (эмуляция -017, -106, -107, -108), включаем питание, видим заставку Бейсика БК-0010. Выключаемся, на РЕ-муляторе выбираем перемычками конфигурацию 1 (эмуляция -017, -018, -019), включаемся - видим Фокал. То есть, РЕ-мулятор легко и просто заменяет модуль МСТД.

[Vslav]

В первом посте добавлены:
- архив с исходниками
- архив с начальным загрузчиком и утилитой для прошивки по UART (задействован такой механизм потому что полный JTAG не позволяет делать это в устройстве не вынимая из панельки (часть ног JTAG совмещена с AD-шиной), а Cortex SWD поддерживается только относительно новыми адаптерами). Также в этом архиве утилита-препроцессор локальных меток - нужна для компилиции исходников.

Сейчас пишу документ, где описывается РЕ-мулятор и как с ним работать. Ну чтобы я мог потом всегда гордо сказать - RTFM, да.

[BYTEMAN]

Vslav, а почему не используете StdPeriph_Driver?

[Vslav]

Originally Posted by BYTEMAN

Vslav, а почему не используете StdPeriph_Driver?

Не использую так как:
- было быстро найдено несколько глюков в библиотеке от ST, то есть качество банально не удовлетворило - все равно надо вникать и делать ревью кода. А мусора там...
- пришел на STM32 с другого Cortex (LPC17 и SAM3) и уже было очень много своих наработок (проект РЕ-мулятора на самом деле сначала был "по-быстрому" сделан на моей коммерческой модульной системе, а потом уже низведен до опубликованного состояния. Там много чего было - HAL, RTOS, стеки, все следы от этого были вычищены - да и не надо это все в РЕ-муляторе)
- не факт что буду очень долго на STM32 оставаться - нет смысла привыкать к проприетарной библиотеке
- не нравится что библиотека очень серьезно замыливает сущности, взамен давая только относительно простую миграцию на другие STM, в полезности чего у меня есть сомнения. Банальный принцип Окама - не умножай сущности сверх необходимого