Чтение/запись ОЗУ спектрума с помощью интерфейса внешней памяти ОМЭВМ

Добрейший вечерок!
Я тут недавно - начал разбираться с :v2_dizzy_keyboard:Компаньоном 2, сделал удобную плату для вывода всех контактов с системного разъёма на беспаечную макетную плату с помощью проводков для последней. И вот задумался: с помощью /BUSRQ можно же подключить к системе что-то вроде 1816ВЕ51 или at89s52/atmega8515 и т. п. (частоту можно взять с разъёма же) чтобы что-то поделать, например, сабж. Atmega8515 может делать инструкцию за такт и имеет гибко настраиваемый интерфейс внешней памяти (втч можно адресовать 64К) - поделив (или не поделив) частоту с системного разъёма (8МГц) можно добиться нужного. Единственное, как поведёт себя БМК? Посмотрел ZX Spectrum ULA - прямого ответа не нашёл. Посмотрел в интернетах - никто не делал такие вещи, неужели есть какие-то серъёзные подводные камни?
:v2_dizzy_stupid:

- - - Добавлено - - -

К примеру, хочу я загрузить программу в ОЗУ:
Подклчаю ноутбук через недорогой "USB to TTL" UART к Atmega8515,
Отправляю на неё байт программы,
По прерыванию последовательного порта Atmega дёргает /BUSRQ, ждёт /BUSACK (и отсутствие сигналов от БМК),
Записывает байт, отпускает /BUSRQ и ждёт новый байт программы,
И так вся программа.

а если уточнить для чего такое железо? Если контролировать выполнение программы на железе и управлять ходом выполнения, то это классический ICE(in-circuit emulator). Можно отслеживать и активность ULA при желании и любых других частей схемы. Только просто MK даже более мощным, чем перечисленные вами скорее всего не обойтись. Нужно или мастерить адаптер к ПЭВМ через USB, BT или COM/LPT последнее менее предпочтительно, или ставить FPGA производительный, с большой памятью и ядром CPU. Если же делать расширение аппаратных возможностей архитектуры, то это тоже делалось многократно и многочисленными авторами и по памяти, и по функциям( ввод/вывод, звук, графика, отдельные сложные процедуры) и по вычислениям. Можно еще сделать программно-аппаратный комплекс для тестирования отдельных компонентов, узлов любых плат Спектрума на неработающем или не совсем работающем железе. Такого никто пожалуй не делал, кроме Сергея Зонова, мне во всяком случае в публикациях такое не попадалось. Судя по вашему добавлению, Вас интересует скорее последнее, ведь таким способом можно протестировать и любую ячейку памяти на остановленном процессоре. Ну а если работают процессор и память, то уже можно запустить и обычные тесты. Единственное, если удачный интерфейс на компе(ноутбуке), то этим смогут пользоваться даже новички.

Цитата:

---

Сообщение от dvarkin

Посмотрел в интернетах - никто не делал такие вещи, неужели есть какие-то серъёзные подводные камни?

---

Ну, как бы есть уже, делал себе, DivGMX называется. Подключается к шине ZX Bus и может работать как устройство которое тебе нужно. На плате есть HDMI для вывода изображения, USB Host, RTC, SD, SDRAM 16MB, FLASH 8MB. Можно даже выводить отладочную информацию на экран.

Скрытый текст

http://forum.tslabs.info/download/fi...1739&mode=view

[свернуть]

Цитата:

---

Сообщение от andrews

Если же делать расширение аппаратных возможностей архитектуры, то это тоже делалось многократно и многочисленными авторами и по памяти, и по функциям( ввод/вывод, звук, графика, отдельные сложные процедуры) и по вычислениям.

---

DivGMX представитель этого направления. Для инструмента для сборки, наладки и тестирования он пригоден отчасти, так как последний должен уметь: 1) хотя бы останавливать и запускать впаянный в плату CPU 2)читать произвольную ячейку памяти и/или порт, записывать их кроме ППЗУ 3)запускать в пошаговом режиме программу, до точек останова и по условиям сохраняя трассу в отдельной памяти и это самый примитивный ICE

Давненько была задумка сделать просто переходник на UART для Компаньона 2 и отлаживать с его помощью всякие МК.

Почитав на эту тему, пришёл к выводу, что для классического варианта нужно многовато микросхем (которых у меня ещё и нет) вокруг ВВ51 для для организации UART через него используя доступные с системного разъёма 8 МГц.
Зато у меня есть вышеперечисленные МК, 8515 с ядром AVR аж 3 штуки.
Интерес к 8051 и Ко у меня тоже давно, примерные их возможности знаю, так что мысль о использовании интерфейса внешней памяти МК появилась сама собой.

Сейчас я вижу идею с UART для Компаньона 2 так:
Раз уж подключаем через МК, почему бы не переложить часть вычислений на последний? Пусть МК ложит в память спектрума (как бы в буфер приёма, а может и на клавиатуру, экран? и т. д.) принятый байт (уже, возможно, перекодированный) и, например, поднимает где-то в памяти флаг. В свою очередь, спектрум может ложить отправляемый байт в буфер отправки в своей ОЗУ и поднимет свой флаг (можно и обмениваться прерываниями, но пока не придумал как это сделать по-простому).
А при ровно 8МГц от системного разъёма можно организовать нестандартную высокую скорость обмена данными.
Такая себе реализация, но и на жизнь она пока не претендует :)

Сейчас интерес к UART не столь высок, как к предлагаемому способу обмена данными, ведь через него можно делать много вкусного, например, легко и быстро загружать и выгружать (!) программы спектрума без магнитофона (как в моём добавлении к первому сообщению или с SPI Flash), наверное, можно даже имитировать некоторую периферию, работающую через порты.
Только вот, получается, я работаю с ОЗУ не напрямую, а через ULA, вероятно, настроенную на тайминги Z80 (то есть, скорее всего, для /WR не обойдётся без регистра сдвига с логикой в качестве линии задержки) и время от времени оккупирующую ОЗУ для видео и делающую прочие шалости. Серъёзной помехой я считаю возможное торможение процессора через остановку подачи частоты от ULA, но я не могу найти инфу - Т34ВГ1 тормозит проц через остановку подачи частоты или через /WAIT?

Погуглив ещё немного, нашёл http://zxbyte.ru/at_keyboard_controller_for_zx.htm, там использовался аж прямо 8031, но к системным шинам спектрума напрямую шины 8031 не соединены, вроде. Кстати, скорее всего, устройство связано со Скорпионом (и Сергеем Зоновым).
Там же http://zxbyte.ru/alf_upgrade.htm, но работает только с ПЗУ.

Отладка ULA и процессора, конечно, не помешала бы, но, действительно, не для тех МК это дело. Трогать, собственно, остановленный процессор я не могу, в регистры не загляну :) Ходом управления программы я так особо не поуправляю. А с периферией рабочая система и без отладчика может разобраться (хотя это тоже идея - отладка нерабочей системы), так что я вижу пользу приемущественно с махинациями ОЗУ извне с помощью МК и мелкой логики, а такие монстры как SMD ПЛИС не в счёт :) Но про DivGMX не знал, сейчас буду прочёсывать эту тему.
В моей нескромной фантазии в идеале сейчас получается универсальный инструмент на МК и мелкой логике (то есть довольно дешёвый), не знаю зачем он мне такой универсальный и сделаю ли я его, но идеей стоило поделиться)
Фишка этой темы не сколько в расширении аппаратных возможностей архитектуры Спектрума, сколько в подключении уже реализованного интерфейса внешней памяти различных МК (приемущественно в DIP корпусе - удобно и недорого).

Цитата:

---

Сообщение от dvarkin

в регистры не загляну :) Ходом управления программы я так особо не поуправляю. А с периферией рабочая система и без отладчика может разобраться (хотя это тоже идея - отладка нерабочей системы), так что я вижу пользу приемущественно с махинациями ОЗУ извне с помощью МК и мелкой логики, а такие монстры как SMD ПЛИС не в счёт :)

---

ну тогда для начала надо приладить МК к ноутбуку( если он старый - в нем com порт есть, а если новый, то usb переходник). Прилаживать надо так, чтобы ноги у МК от параллельных портов свободными оставались, еще лучше, чтобы были с 3 состояниями. Есть еще всякие платки готовые типа USB - TTL-КMOP на e-Bay, но с их софтом надо отдельно разбираться. Когда у Вас будет софт, чтобы подергать ножками просто так и по таймеру, можно начинать цеплять схемы, в том числе и ZX-Spectrum. Для простоты можно для начала подцепить тот же MК и генерить ему прерырывания или пинами его дергать и интерфейс для ноута(писи) набросать. По поводу того, что содержимого регистров не достать. Записывается в память процедура манипуляции с содержимым регисторов и считывается результат из ячеек памяти, куда их содержимое переписывается. Прерывание генерится извне, процедура выполняется, результат забирается в ноут(писи). Научиться манипуляциям с z80 и ULA лучше не на целом zx компе, а на его частях. Z80 придется изучить в деталях, чтобы понять различия его поведения с регенерируемой( динамической) памятью и статической в зависимости от схемы. Чтобы одним устройством все варианты охватить схему его и программы придется усложнять. Если предпочитаете разрабатывать снизу в верх, то надо идти от простых вариантов к сложным. Если сверху вниз, то весь проект прорабатывать и оставлять сперва заглушки, которые потом заполнять.

Цитата:

---

Сообщение от andrews

Для простоты можно для начала подцепить тот же MК и генерить ему прерырывания или пинами его дергать и интерфейс для ноута(писи) набросать.

---

Действительно, сработает ли прерывание, если процессор будет как-либо приторможен для генерации видеокартинки?

Цитата:

---

Сообщение от andrews

Прерывание генерится извне, процедура выполняется,

---

Так можно делать, но имелось ввиду, что остановленный процессор не потыкаешь как через JTAG.

Смотрите, предлагаю следующее - поставить работу Atmega8515 от внешнего генератора по спаду тактового сигнала (то есть сместить работу МК на пол такта!) и подавать половину от 8МГц.
https://b.radikal.ru/b21/1912/75/5230dbafbb02.png
Это процессор,
https://d.radikal.ru/d14/1912/b5/59139a8aa4a1.png
А это МК.
Сигнал /WR с МК можно затормозить типа регистром сдвига на двух D триггерах и отдавать логическое объединение результата и оригинального сигнала.

- - - Добавлено - - -

Этот вариант предполагает точную имитацию процессора, освобождая от вникания в заморочки ULA, но принуждает работать МК на частоте процессора и смещённо (что может и +).
Возможно, можно не имитировать процессор так точно и работать на 8МГц, но тогда нужно, действительно, вникать в ULA.
Проблема конкурентной с ULA памятью остаётся.

Для моего понимания ваш вариант очень сложен. HALT State (output, active Low). HALT indicates that the CPU has executed a
HALT instruction and is waiting for either a nonmaskable or a maskable interrupt (with the mask enabled) before operation can resume. During HALT, the CPU executes NOPs to maintain memory refreshes. А вот здесь кажется все просто. Отключаете выбор памяти платы. Подсовываете процессору команду HALT, его регистры "замораживаются"( вот только как регенерируется динамическая память в разных спектрумах надо смотреть через CPU или от внешней схемы) и вы можете спокойно их снять через процедуру обработки прерывания, которую временно запишете в нужную память. Слетает ли при этом картинка на экране? Не суть важно, экранная память остается в неприкосновенности и при желании вы сможете продублировать ее на ноуте(писи). Проблемы с конкурирующим доступом в память от видеоконтроллера и возможно других устройств. Ну чтобы их остановить надо найти узел в схеме где разделяется доступ по сигналу выборки и что-то свое ставить в разрыв. Иначе как от нашего девайса память выбирать? Хотя все-равно если через процессор регистры в память скидываем их (конкурирующие девайсы)надо отключать! Чтобы задавать произвольный адрес и данные потребуется много линий и нужно выяснить у остановленного процессора они в z-состоянии? Если нет, то вся идея летит к черту! А вообще для экспериментов с живым z80 есть более простой девайс, подключаемый к Arduino retro shield z80. Правда там частота прогона далеко не рабочая, посему подозреваю, что и процессор д.б. Full Static Design.

Z-состояние ног процессора я как раз и хочу выявлять по сигналу /BUSACK, который является ответом процессора на /BUSRQ. Механизм /BUSACK, /BUSRQ создан, чтобы без опаски брать у процессора шины.
Кстати, выяснил (из датащита), что у Atmega8515 шины адреса и данных, которые доступны как активируемая по флагу SFR специальная функция двух портов, даже при работе с внутренней памятью дёргает контакты шин адреса/данных, не трогая при этом сигналы /WR /RD, так что по-хорошему нужно использовать шинные формирователи с третьим состоянием, но можно обойтись включением функции интерфейса внешней памяти только по надобности во время /BUSACK.
Идея с /HALT действительно стоящая, но в контексте этой темы нужно сначала разобраться хотя бы с чтением памяти.
Судя по https://faqwiki.zxnet.co.uk/wiki/T34VG1 , Т34ВГ1 во время цикла генерации точек экрана тормозит процессор через /WAIT (сама, не зависимо от каких-либо внешних воздействий), значит можно выявить этот цикл и брать шину сразу после него.

Т34 какой-то у меня в коллекции микросхем есть. Только не знаю рабочий и какого завода производства. И не знаю Full Static Design он ( "заводится" ли с частот близких к нулевым ) или нет. Да и сокет тогда на плату для экспериментов придется ставить с нулевым усилием. Шаг ножек-то у него не буржуйский. Честно говоря мне пока что спаяли плату на 68с03 из той же серии, а остальные лежат пока не распаянные. MEGA 2560 которая нужна для спарки тоже китайская, но вроде завелась под Arduino и с 68с03 retro shild. Там в Arduino в окне com-порта появилась надпись на осмысленном английском. Но вот теперь мне нужно выбрать кандидаты для написания IDE под Win 7 32 bit. Начал с Borland C++. Когда-то мне немцы ставили дистанционно Embracader-о, но в приступе ярости снес тогда его с компа, так как с той халтурой мне подлянку подсунули( дали левую библиотеку ковырять без описания, а я терпеть не могу всякие такие штуки в проектах, когда не предупреждают заранее). И пару лет как-то вообще не было нужды вспоминать про программерские экзерсисы вот и стоял комп чисто под коммерцию и потрындеть. Так что сходу понять, что и в какой мере дружит с Win 7 и при этом имеет доступ к com порту не получается. У Вас же если есть рабочий инструментарий - пробивайтесь. ICE под z80 все-таки как будто-бы кто-то когда-то делал, но сейчас нигде не купить! И эти девайсы редкие, а в реальное железо без них не залезть! Лет тридцать пять тому назад у меня был на рабочем месте ICE80 от комплекса КРАМ, а позже ICE51. Очень облегчали жизнь в эпоху отсутствия многоканальных цифровых осциллографов. Да и литературы никакой на эту тему особо не попадалось так что в виде статьи составит честь любому журналу.

Цитата:

---

Сообщение от andrews

Начал с Borland C++

---

Кажется, инструментарий для работы с C++ не очень подходит для МК, но если бы я сидел на винде, а не на Linux, то поставил бы AVR Studio, так тоже делают.
Про концепцию - эта задумка (сабж) в моей голове похожа скорее на периферию с Прямым Доступом к Памяти, хочется внедриться в уже имеющуюся систему - Компаньон 2 (на панельке только ПЗУ), но retro shield - тоже весело, хоть и требует целую Мегу - я бы вместо неё применил контроллер в DIP-40 на макетке.

Кстати об осциллографах, посчастливилось мне пощупать свой Компаньон 2 с Т34ВГ1 (через удобную плату для системного разъёма, кстати). Одна из картинок:
https://c.radikal.ru/c17/1912/41/84a896c8bfcd.png
1 - /WR; 2 - /WAIT.
Видно, что, как и упоминалось в https://faqwiki.zxnet.co.uk/wiki/T34VG1 (но я недопонял при первопрочтении), в Т34ВГ1 /WAIT не вычисляется мудрёной логикой, а подаётся статично миллион раз в секунду таким образом, что процессору доступно только 1/4 общей полосы пропускания. Хе-хе) Это уже облегчает задачу корректной работы с памятью.

Цитата:

---

Сообщение от dvarkin

Кажется, инструментарий для работы с C++ не очень подходит для МК

---

я имел в виду инструментарий для работы с МК или ЦП на ПК. Стал копать про Arduino и нагуглил Processing Language. За 15 минут с нуля набросал такой вот скетч:
import processing.serial.*;

Serial serial; // создаем объект последовательного порта
String received; // данные, получаемые с последовательного порта
int flag=1, s=10; // второй параметр отступ по вертикали от верхнего левого угла окна

void setup()
{
size(480, 320); // общий размер окна граф. консоли в пикселях
serial = new Serial(this, "COM33", 115200); // у меня на компе адаптер usb2.0 DEXP поэтому USB-COM порт цепляется
// двузначным номером, скорость подобрал в Arduino по выводу читаемых символов
}

void draw() {

if (flag == 1) {
clear();
flag =0; }

if ( serial.available() > 0) { // если есть данные,
// считываем их и записываем в переменную received
received = serial.readStringUntil('\n');
}

// Настройки для текста
textSize(10); // размер шрифта в пикселях
if (received != null) {
text(received, 50, s);
s=s+10; // след. строка 10 пикселями ниже
}
}
выводит с моего Retro Shild почти ту же инфу, что и монитор порта Arduino в Win7 32 bit

Я задумал подобную штуку токо для моего zanac-ex автомата на основе msx2, вот тема на другом форуме http://www.nedopc.org/forum/viewtopic.php?f=68&t=19660

Со спектрумом сложнее все это дело, потому что есть разные клоны, разные методы торможения процессора и refresh памяти.

Если брать стандартный спекки то у него проц тормозится по CLK процессора и та память что от 0x8000 refresh-ится процессором, т.е. чтобы лазить по ULA памяти нужно это делать синхронизированно с CLK эмулируя поведение z80... ну и надолго шину не отбирать ато refresh обломается

По структуре device-a есть такое соображение, это должен быть MCU типа stm8 или atmega328 с библиотекой V-USB, а с другой стороны у него должен висеть i8255 который бы мог читать шину Z80 и также программировать регистры защелки (ир82?) для компаратора сигналов на шине (чтобы ловить любой pattern на шине и выставлять ~wait_n. Почему i8255 + регистры... потому что потом это дело можно будет и на arduino подрубить и на другой спекки или c64 или LPT или еще куда нибудь. Т.е. нет желания потсаживаться на конкретный MCU, нужно бы создать стандартный код работы с i8255 и железной частью, а вот управлять сценариями работы конечно легче имея условный serial terminal с командами типа как в gdb.

Насчёт выбора МК: я придерживаюсь ОМЭВМ с интерфейсом внешней памяти, поясняю: такие контроллеры как 8031 (кр1816ве31) даже не имеют встроенной ПЗУ и общаются, например, с 27c128 почти как Z80 (см. графики таймингов выше) - через шины адреса и данных (с использованием защёлки для половины адреса, это отнимает у МК 19 контактов). Это происходит аппаратно — прошивка находится во внешней ПЗУ. Таким же образом 8051 семейство может общаться с ОЗУ, и вот это я хочу использовать. Atmega8515 стырила распиновку 8051 и сохранила интерфейс внешней памяти для ОЗУ, при этом выполнение инструкции уже занимает 1 такт (8051 — 12 тактов). Поэтому сейчас я надумал следующий алгоритм: при приёме байта по UART Atmega поднимает BUSRQ, ждёт BUSACK, ждёт, когда т34вг1 (что есть, с тем и работаю) попытается приостановить проц через WAIT, после с помощью nop выбирает момент перед возвратом WAIT (см. осциллограмму) и использует интерфейс внешней памяти для записи/чтения байта, возвращает шину процессору, тот рефрешит память пока atmega ждёт следующий байт. Всё на ассемблере. В принципе, можно сделать прерывание атмеги по iorq Z80, тогда это будет как бы как периферия. В моих мыслях сабж виднеется как программа-монитор спектрума через UART, через который можно помимо прочего удобно загрузить программу напрямую в ОЗУ спектрума.

Цитата:

---

Сообщение от bigral

Я задумал подобную штуку токо для моего zanac-ex автомата на основе msx2, вот тема на другом форуме http://www.nedopc.org/forum/viewtopic.php?f=68&t=19660

Со спектрумом сложнее все это дело, потому что есть разные клоны, разные методы торможения процессора и refresh памяти.

Если брать стандартный спекки то у него проц тормозится по CLK процессора и та память что от 0x8000 refresh-ится процессором, т.е. чтобы лазить по ULA памяти нужно это делать синхронизированно с CLK эмулируя поведение z80... ну и надолго шину не отбирать ато refresh обломается

По структуре device-a есть такое соображение, это должен быть MCU типа stm8 или atmega328 с библиотекой V-USB, а с другой стороны у него должен висеть i8255 который бы мог читать шину Z80 и также программировать регистры защелки (ир82?) для компаратора сигналов на шине (чтобы ловить любой pattern на шине и выставлять ~wait_n. Почему i8255 + регистры... потому что потом это дело можно будет и на arduino подрубить и на другой спекки или c64 или LPT или еще куда нибудь. Т.е. нет желания потсаживаться на конкретный MCU, нужно бы создать стандартный код работы с i8255 и железной частью, а вот управлять сценариями работы конечно легче имея условный serial terminal с командами типа как в gdb.

---

там по сылкам разработки ИНЭУМ для СМ1800 а были еще ВНИИЭМ для 8080 и 8031(ПС01 И ПС04) Здесь же надо их усовершенствовать если возможно. Для чего необходимо переводить в z состояние выводы z80 в любой схеме включения и тормозить его, не останавливая циклов refresh для дин. памяти а внешним процессором(или его адаптером) полностью контролировать эти шины! Насчет "просто приостановить"...а что там с шинами и refresh циклами? И еще ...а если CPU не full static design?Тогда не очень то с CLK поиграешься

Преимущество связи по UART в этом случае в том, что за один раз можно класть в спектрум только один байт, а между приёмом байтов отдавать шины обратно процессору, то есть можно не думать про refresh. Atmega8515 на 3,6864Мгц сможет положить байт в память быстро, тактов за 20.
Про клоны, думаю, время торможения через clk можно как-то отслеживать с помощью счётчика МК.