Реверс-инжиниринг Z80

Т34ВМ1

Цитата:

---

Процессор разработан в НИИТТ. Главным конструктором назначили Юрия Леонидовича Отрохова, который и ранее выступал с инициативой такой разработки. Открывая ОКР, он изволил пошутить: будучи по гороскопу рыбой, он и ОКР присвоил шифр "Рыба", а вспомнив танкистскую молодость, микропроцессор назвал Т34. Но Отрохов, как и его коллеги по отделению, умели разрабатывать оригинальные микропроцессоры, а воспроизводить аналоги им еще не приходилось. Поэтому в состав разработчиков были включены специалисты подразделений НИИТТ, умеющие восстанавливать электрическую схему ИС по ее топологии. За 9 месяцев после четырех итераций им удалось сделать n-MOP микропроцессор Т34ВМ1 (КМ1858ВМ1, КР1858ВМ1) – полный аналог микропроцессора Z80А, выполненный по 2-мкм технологии. В ходе проектирования, благодаря тому, что в группе разработчиков были специалисты и по созданию новых ИС, и по воспроизводству аналогов, были выявлены и расшифрованы хитрости компании Zilog, направленные на защиту от копирования. Например, обнаруживались ложные логические связи, заблокированные при помощи оптически не видимых встроенных каналов. В результате тополог видел, например, элемент 3И-НЕ, а работал он как 2И-НЕ. Выявить такие ловушки, убедившись в неработоспособности схемы, сначала удавалось, только исследуя элементы схемы внутри кристалла при помощи зондовых анализаторов. Но поняв принцип построения ловушек, отработали и механизм их обнаружения. В результате удалось сделать полный функциональный аналог Z80, хотя электрическая схема и топология Т34ВМ1 имели некоторые отличия.

---

made in USSR так сказать :v2_dizzy_punk:
https://i.ibb.co/kyzdT40/image.jpg

https://rutube.ru/video/6af89a2e3f08...b618fdeeeed5c/

Цитата:

---

Сообщение от SoftLight

Т34ВМ1

---

Интересно.
Распределение точно такое же, как и у GoldStar Z8400A PS, а не такое, как у ST Z8400AB1 и Zilog Z0840004PSC.

Цитата:

---

Сообщение от Titus

Распределение точно такое же, как и у GoldStar Z8400A PS

---

видимо копировали с GoldStar Z8400A :)

Цитата:

---

Сообщение от ZXMAK

видимо копировали с GoldStar Z8400A

---

Ну да. Или с какого-то ему подобного.
А если точнее, то с линейки, с которой сделан восточногерманский U880/5.
Тогда как КР1858ВМ1 сделан с другой маски - U880/6, площадь кристалла уменьшена, переработана разводка, да и по тестам не шумит.



Но у нас мало статистики, люди тесты на реалах не делают особо)

- - - Добавлено - - -

Если ориентироваться по фоткам кристаллов с сайта zeptobars'а, то мы имеем как минимум три варианта NMOS-разводки:

Скрытый текст

Оригинальный GoldStar Z80, фотография взята из документа 'Searching traps in Zilog Z80 CPU' за авторством Сергея Скоробогатова. Судя по внешнему виду, именно подобный кристалл использовался для проекта Z80 Explorer, из которого я делал реверс.
https://pic.maxiol.com/images2/17281...tarz80mini.jpg

Т34ВМ1, он же восточногерманский U880/5. Судя по дате на кристалле, разводка 1984 года, размер кристалла 4513x4251 µm, нормы 5 µm. По тестам шума сходен с GoldStar Z8400A.
https://pic.maxiol.com/images2/17281...3419112451.jpg

Следующее поколение - КР1858ВМ1, он же восточногерманский U880/6. Разводка уже 1990 года, размер кристалла 3601x3409 µm. По тестам не шумит, так же как и Zilog Z0840006 PSC (но вовсе не обязательно, что разводка одна и та же).
https://pic.maxiol.com/images2/17281...kr1858vm1h.jpg

И, наконец, Z0840004PSC. Размер кристалла 3545x3350 µm. Тесты шумят так же, как и у ST Z8400AB1.
https://pic.maxiol.com/images2/17281...z80z084000.jpg

[свернуть]

- - - Добавлено - - -

Хорошо бы понять, с какой версии кристалла делался проект Z80 Explorer. И наш реверс, соответственно.

ну у меня ставки что это был
http://visual6502.org/wiki/index.php...our_collection
Zilog Z80 8453 Z8400PS DIP40 7:capture
ПС:
7: Modeling, capturing, vectorizing components

----------------------------------------
смотреть на
/web.archive.org
в районе 2020г

- - - Добавлено - - -

Несколько не стандартно расписан проц
How to Program Z80 - Zaks.pdf
https://disk.yandex.ru/i/dM9qZntNHHqyMQ

А этопро "ловушки"
Z80_traps.pdf
https://disk.yandex.ru/i/KnhyycW1ygmlww

Цитата:

---

Сообщение от AlexG

Zilog Z80 8453 Z8400PS DIP40 7:capture
ПС:
7: Modeling, capturing, vectorizing components

---

Хорошо, возьмем за рабочую гипотезу, что это был именно он. Но еще нужна фотка кристалла для сравнения с остальными.

Если это именно Z8400PS, то тогда наш самый ранний корейский в статистике и есть он. Или его германский аналог U880/5 и наш Т34ВМ1.

Цитата:

---

Сообщение от Titus

Или его германский аналог U880/5 и наш Т34ВМ1.

---

у меня подозрение, что U880 и Т34 - вообще одно и то же, наши корпусировали то, что немцы напекли(ну или наеборот - немцы пекли то, что наши отреверсили). Несмотря на сказки, импортозамещение на старте, чО. (личное мнение, имхо:))
Так то есть и то и другое (Т34 в керамике) и третье КР1858ВМ. Проверить на том же самом компе что?? но только одно, ибо лапки, т.е. цанги, будь они не ладны :)

Цитата:

---

Сообщение от zebest

Так то есть и то и другое (Т34 в керамике) и третье КР1858ВМ. Проверить на том же самом компе что?? но только одно, ибо лапки, т.е. цанги, будь они не ладны

---

Обязательно все надо проверить.

- - - Добавлено - - -

Цитата:

---

Сообщение от AlexG

А этопро "ловушки"
Z80_traps.pdf
https://disk.yandex.ru/i/KnhyycW1ygmlww

---

Добавил в список кристаллов фотографию из документа.

- - - Добавлено - - -

Цитата:

---

Сообщение от AlexG

Несколько не стандартно расписан проц

---

В чем нестандартность?

Это симулятор.
http://www.visual6502.org/JSSim/expert-z80.html
у него на "схеме" справа (там где пады для выводов) по середине есть буковки "8400"


Вот здесь фото "original Zilog's Z80"
здесь тоже есть буковки "8400"
-------------------------------
August 26, 2013
Zilog Z80 Z0840004PSC : weekend die-shot
After taking photos of Z80-compatible CPU's from DDR and USSR we finally got the original Zilog's Z80. This chip had datecode 9012.
http://s.zeptobars.ru/z80-Z0840004PSC-HD.jpg
--------------------------------
пс: ааааа про это уже было сказано выше....
пспс: не стандартно : это в блок схемах процессора указаны относительно подробнее чем в других "книжках". Я если что про 2 главу.

Цитата:

---

Сообщение от AlexG

пспс: не стандартно : это в блок схемах процессора указаны относительно подробнее чем в других "книжках". Я если что про 2 главу.

---

Ну только это не имеет никакого отношения к реальной внутренней структуре Z80) Как и в других документациях с упрощенным описанием внутренностей Z80.

- - - Добавлено - - -

Тайна команды OUT (C),0 также раскрыта!

Цитата:

---

Сообщение от goodboy

а меня интересует недокументированная команда #ED71 OUT (C),0
и вроде так она выполняется на NMOS, на CMOS в порт засылается #FF

---

Как и ожидалось, никаких особых подводных камней в этой команде нет. Все происходит так, как и предполагалось.
Из-за того, что регистра с кодом 110 не существует, в такте M4.T1.3 хоть и активизируется сигнал SEL_REG_SRC, но ни один из регистров не выбирается.
Каждый положительный полутакт (CLK = 1) комплементарные шины блока регистров REGBIT0..15, /REGBIT0..15 заряжаются до плюса питания, а уже во время отрицательного полутакта (CLK = 0) с инверсной части шины на HBUS и/или LBUS читается значение регистра. Так как чтение происходит только с инверсной шины /REGBIT0..15 (обе шины используются только при записи), то заряженная до плюса питания инверсная шина /REGBIT0..15 при чтении нам дает 0. Вот и все загадки.

Тот же самый эффект используется в команде INF. Из порта значение читается в никакой регистр по тем же самым причинам. И остается побочное явление - одни только флаги.

Кстати, я сперва не посмотрел часть схемы с выбором регистра WZ.
А ведь он выбирается всегда, когда не выбран никакой другой регистр!
Ну еще он не выбирается в такте M1.T3 и М1.Т4, когда регенерируется память.
Так что, возможно, записывается в порт не 0, а он)

- - - Добавлено - - -

Посмотрел еще блок формирования сигнала READ_REG и выбора половинки регистров.

Если я правильно анализирую схему, то работа происходит со старшей частью регистра - W.

Придется сделать тест, чтобы выяснить, не являются ли команды OUT (C),0 и INF на самом деле командами OUT (C),W, и IN W,(C)

- - - Добавлено - - -

А тест очень простой.
Сделать в цикле такое:

LD BC,$F7FE // порт клавиатуры, клавиши 1-5
INF (предполагаем, что это IN W,(C))
OUT (C),0 (предполагаем, что это OUT (C),W)
цикл

Если при нажатии клавиш 1, 2, 3 будет меняться цвет бордюра, значит моя теория верна.
Если не будет, значит надо анализировать дальше.

- - - Добавлено - - -

Все, отбой.

Сигнал SEL_REG_SRC всегда блокирует выборку WZ.
А такая хорошая теория получалась)

Так что описание в предыдущем посту остается верным.

Цитата:

---

Сообщение от goodboy

а меня интересует недокументированная команда #ED71 OUT (C),0
и вроде так она выполняется на NMOS, на CMOS в порт засылается #FF

---

Цитата:

---

Сообщение от Titus

заряженная до плюса питания инверсная шина /REGBIT0..15 при чтении нам дает 0. Вот и все загадки.

---

?

Цитата:

---

Сообщение от Lethargeek

?

---

Вопрос по CMOS-версии пока что не ко мне, т.к. нет реверса.
Только по NMOS-версии.

Но думаю, что просто-напросто шина в CMOS не инверсная, а прямая, поэтому и записывается FF, а не 00.
Но варианты могут быть и другие.

Когда там команды подойдут блочные?

Цитата:

---

Сообщение от Deadly

Когда там команды подойдут блочные?

---

Как до них дойдет время.

кстати-некстати, но недокументированные блочные команды (и флаги) в эмулях осилили, в ФПГА - не очень, Алексей сказал - нафиг, не стоит овчинка - выделки. "Неаккуратненько как-то, доктор(с)"

Цитата:

---

Сообщение от zebest

Алексей сказал - нафиг

---

Алексей - это кто? )

- - - Добавлено - - -

Цитата:

---

Сообщение от zebest

кстати-некстати, но недокументированные блочные команды (и флаги) в эмулях осилили, в ФПГА - не очень

---

Надо посмотреть природу этих флагов.

- - - Добавлено - - -

Цитата:

---

Сообщение от Titus

Посмотрел по схеме, какие еще команды влияют на флаги, но при этом не используют стандартные механизмы чтения/записи регистра источника/приемника через шины. Думаю, что эти команды надо будет рассмотреть внимательнее в плане формирования флагов 5 и 3.

Вот список:
SCF/CCF (с ними все понятно)
BIT
ADD/ADC/SBC HL,dd
LDI/LDD/LDIR/LDDR
CPI/CPD/CPIR/CPDR
INI/OUTI/IND/OUTD
INIR/OTIR/INDR/OTDR

---

У нас пока что стоят в очереди.

Цитата:

---

Сообщение от Titus

Алексей - это кто? )

---

Алексей - это основной допиливатель Т80 за последние годы. Sorgelig, автор MiSTer
Вот последний допилинг в конце декабря не этого года
https://github.com/MiSTer-devel/ZX-S...ad5b28a15ae296
Осталось буквально пару команд недоделанных))

Напомню, что Test SCF 9 еще не провели на:

NEC D780C-1 (@goodboy)
Z84C0006PEC (@SoftLight)
Z804C0010PEC (@SoftLight)
Toshiba TMPZ84C00AP-6 (@SoftLight)
U880, T34 в керамике и КР1858ВМ (@zebest)

И вообще, у народа реалов хоть отбавляй, а тесты для статистики и изучения процессора делать ленятся.:v2_dizzy_facepalm:

- - - Добавлено - - -

Цитата:

---

Сообщение от zebest

Алексей - это основной допиливатель Т80

---

T80 - вообще не вариант. Никакого отношения к реальной структуре Z80 не имеет, как я понял.

Цитата:

---

Сообщение от Titus

T80 - вообще не вариант. Никакого отношения к реальной структуре Z80 не имее

---

If it looks like a duck, swims like a duck and quacks like a duck, then it probably is a duck

Выложил первые результаты по Toshiba T84C00:

https://github.com/emu-russia/SEGAChips/tree/main/T84C

Контент правится и дополняется в текущий момент, но можно кинуть "глаз" на обновления.

Моя часть исследования кастомного дизайна (АЛУ и регблок) будет в репе SEGAChips, остальное лично для меня интереса не представляет т.к. просто ну "какая-то логика" :) Не хочу показаться пренебрежительным, но что-то меня не штырит уже от стандартных ячеек, хочется прям в фотошопе порисовать дичь какую-то :)

Цитата:

---

Сообщение от org

Моя часть исследования кастомного дизайна (АЛУ и регблок)

---

Какой смысл рисовать только АЛУ и регистры? Без остальной логики оно не даст информации о работе процессора почти никакой. АЛУ примитивен и прост. Все нюансы как раз в логике.

- - - Добавлено - - -

О, оказывается на siliconpr0n.org полно качественных фоток кристаллов, как NMOS процессоров, так и CMOS.

Цитата:

---

Сообщение от Titus

T80 - вообще не вариант. Никакого отношения к реальной структуре Z80 не имеет, как я понял.

---

А и не надо в FPGA повторять внутреннюю структуру. Надо, чтобы команды выполнялись одинаково. И чтобы такого недетерминированного поведения, которое тут исследуют, не было. Ибо это первородное зло для процессора.

О, оказывается на siliconpr0n.org полно качественных фоток кристаллов, как NMOS процессоров, так и CMOS.

Цитата:

---

Сообщение от aviator

А и не надо в FPGA повторять внутреннюю структуру. Надо, чтобы команды выполнялись одинаково. И чтобы такого недетерминированного поведения, которое тут исследуют, не было. Ибо это первородное зло для процессора.

---

Как их выполнить одинаково, если ты не знаешь, почему они так выполняются, т.к. не знаешь внутреннюю структуру процессора?
Отсюда только два варианта - или полностью повторять структуру, даже если не знаешь, как оно работает. Или узнать как работает, и повторить, но более оптимизированно, не тупо в лоб.

Что же касается плавающих состояний - их вовсе не обязательно повторять. Да и пока что кроме 5 и 3 бит в команде SCF/CCF их обнаружено не было.

Цитата:

---

Сообщение от Titus

Какой смысл рисовать только АЛУ и регистры? Без остальной логики оно не даст информации о работе процессора почти никакой. АЛУ примитивен и прост. Все нюансы как раз в логике.

---

Ну а мне и не требуется. Интересует именно АЛУ и регблок, т.к. они custom design.

Цитата:

---

Сообщение от Titus

Напомню, что Test SCF 9 еще не провели на:

NEC D780C-1 (@goodboy)
Z84C0006PEC (@SoftLight)
Z804C0010PEC (@SoftLight)
Toshiba TMPZ84C00AP-6 (@SoftLight)
U880, T34 в керамике и КР1858ВМ (@zebest)

---

TMPZ84C00AP-6 - картинка статичная, бордер белый, верхняя половина черная, нижняя - слева голубая, справа - синяя
Z84C0004PEC - картинка статичная, бордер белый, верхняя половина черная, нижняя - синяя

Цитата:

---

И вообще, у народа реалов хоть отбавляй, а тесты для статистики и изучения процессора делать ленятся.:v2_dizzy_facepalm:

---

ну ситуации разные бывают... у меня например реал "доработан" до такой степени что в нем NMOS не работают. а второй реал - в нем проц впаян (обычный Z0840004PSC, его уже тестироавли)

Цитата:

---

Сообщение от Serg6845

у меня например реал "доработан" до такой степени что в нем NMOS не работают.

---

Это из-за чего он может не работать? Высокая частота?

- - - Добавлено - - -

Цитата:

---

Сообщение от Serg6845

обычный Z0840004PSC, его уже тестироавли

---

Один экземпляр может показать шум, другой нет, если пороги где-то на грани.

Цитата:

---

Сообщение от Titus

Z84C0006PEC (@SoftLight)
Z804C0010PEC (@SoftLight)
Toshiba TMPZ84C00AP-6 (@SoftLight)

---

А результатов по этим процессорам и нет:
- На ZXM Phoenix 9-ый тест на всех остальных процессорах ничего не показал, особо и снимать нечего.
- На Ленинграде-2012 тест начинает отрисовывать верхний правый прямоугольник и зависает. При старте теста в динамиках щелчок:

видос

https://rutube.ru/video/ae8d258c2fe5b1952940a6348fad1b71/

[свернуть]

Пробовал на разных процессорах, остальные тесты работают норм. От прошивки Спектрума не может как-то зависеть?

Цитата:

---

Сообщение от SoftLight

Пробовал на разных процессорах, остальные тесты работают норм. От прошивки Спектрума не может как-то зависеть?

---

Крайне неожиданно.
Нет, прошивка используется только чтобы напечатать сообщения на экране, а потом прерывания запрещаются и все.

- - - Добавлено - - -

Цитата:

---

Сообщение от SoftLight

При старте теста в динамиках щелчок

---

Щелчок это из-за OUT (C),0/$FF, чтобы бордюр окрасить.
Видимо, на CMOS щелкает, т.к. $FF выдается в порт.

Цитата:

---

Сообщение от aviator

Надо, чтобы команды выполнялись одинаково. И чтобы такого недетерминированного поведения, которое тут исследуют, не было. Ибо это первородное зло для процессора.

---

Если речь про плавающие состояния каких-то флагов в некоторых командах, то почему же это зло? Имхо наоборот - очень полезная фича. Её можно использовать для true-random-number-генератора.
Особенно это полезно в нынешнее время. Из-за широкого распространения разного рода криптографии.

Цитата:

---

Сообщение от rst

Если речь про плавающие состояния каких-то флагов в некоторых командах, то почему же это зло? Имхо наоборот - очень полезная фича.

---

Но только не в разных командах, а только в SCF/CCF пока что.
Но это да, реально генератор случайных чисел. Хотя, считать криптографию на Z80 как-то... )
Впрочем, на FPGA никак не получить именно реальную случайность, если нет специального блока генератора реальных случайных чисел. Впрочем, это вряд ли и нужно.

- - - Добавлено - - -

Цитата:

---

Сообщение от SoftLight

- На ZXM Phoenix 9-ый тест на всех остальных процессорах ничего не показал, особо и снимать нечего.

---

Хотя бы сказать цвет бордюра (NMOS/CMOS) и раскраску полей.

- - - Добавлено - - -

Цитата:

---

Сообщение от SoftLight

Пробовал на разных процессорах, остальные тесты работают норм. От прошивки Спектрума не может как-то зависеть?

---

Может быть в Ленинграде-2012 нельзя выдавать в порт $FE значение $FF?

Цитата:

---

Сообщение от zebest

If it looks like a duck, swims like a duck and quacks like a duck, then it probably is a rubber likeaduck

---

FTFY :D

+ у T80 няп еще проблемы были и с кривыми таймингами на выходах (сейчас, может, уже исправили)

Особенности работы команды BIT n,r:

Хотя, проще будет описать отличия работы команды BIT n,r от ALU A,r:

1. В такте T3 в ALUB и ALUA загружается не регистр A, а байт маски.
2. В такте T4 в ALUA загружается регистр r.
Говоря проще, в командах ALU A,r в ALUA находился регистр A, а в ALUB регистр r.
А в команде BIT n,r в ALUA регистр r, а в ALUA байт маски.
3. Далее происходит работа АЛУ в режиме AND.
Напомню, что в режиме AND все биты переноса форсируются в установленные. Поэтому входящий флаг переноса, который берется из бита H в начале команды устанавливается в 1.
По итогу работы команды флаги устанавливаются точно так же, как и после команды AND, за исключением флага C. Немного странно, что биты S и P почему-то считаются недокументированными.
Так как запись результата на шину HBUS в этой команде блокируется, то флаги 5 и 3 устанавливаются согласно последнему содержимому шины HBUS. А последним через шину передавался регистр r.

Вот и все загадки.

Цитата:

---

Сообщение от Titus

Это из-за чего он может не работать? Высокая частота?

---

частота стандартная, просто слишком много доработок (Ленинград1 из подписи) - в какой-то момент NMOS перестали работать. разбираться пока нет времени.

Цитата:

---

Один экземпляр может показать шум, другой нет, если пороги где-то на грани.

---

кстати да - с матюками загрузил туда TAP (там CF имени Pera Putnik) - и получил совершенно статичную картинку в точности как здесь
https://zx-pk.ru/threads/34173-rever...=1#post1204427
Ленинград-2 опять же из подписи

Цитата:

---

Сообщение от Titus

Хотя бы сказать цвет бордюра (NMOS/CMOS) и раскраску полей.

---

Ниже кино с тестом сразу 7 процессоров:

9-ый тест на 7 процессорах z80 без артефактов

https://rutube.ru/video/ad1e228527940c87584dbdaebb4a7b89/

[свернуть]

Цитата:

---

Сообщение от Titus

Как до них дойдет время.

---

как то медленно идёт...

Цитата:

---

Сообщение от SoftLight

Ниже кино с тестом сразу 7 процессоров:

---

CMOS процессор Toshiba TMPZ84C00AP-6 - JAPAN9908EFI выбился из общей линейки.
Он почему-то показывает поле F5=0,A5=1 - равно нулю, вместо 1.

А еще процессор Zilog Z0840004PSC - Z80 CPU 9112 CT - оказался стабильным,
хотя Zilog Z0840004PSC - Z80 CPU 9040 LJ (от П321) - глючит стандартно. Видимо, разные условия работы (напряжение и т.д.)

- - - Добавлено - - -

Обновил список статистики.

- - - Добавлено - - -

Кстати, обнаружил в реверсе ошибку из-за того, что потерял два транзистора в транзисторной схеме. Как я уже упоминал, это, пожалуй, единственный способ накосячить при переводе - потерять транзистор. Других ошибок наделать сложно. И когда стал разбирать команду BIT, получалось, что она работать никак не может. Ошибку нашел, транзисторы вернул на место.

Цитата:

---

Сообщение от Titus

По итогу работы команды флаги устанавливаются точно так же, как и после команды AND, за исключением флага C.

---

и как же выставляются флаги после команды AND?

@Titus ты бы вынес бы всё что косается расписывания команд в одельное место (так что бы не срали), а то в 100500 страничках что то найти крайне проблемотично, а следовательно и нет никакой необходимости (это если ты хочешь что бы твоими наработками пользовались)

кстати, да.
для подобного на форуме есть раздел дневники.