ZX Spectrum на частоте 20 (24) МГц без WAIT

[Example626]

В общем, я тут уже отписывался в сторонних ветках. Хочу просто в одной теме выкладывать свои наработки.
Немного вяловато разрабатываю платформу ZX Spectrum, работающую с любыми тактовыми частотами процессора от 0 до 20 МГц (зависит от частоты тактового генератора).
В качестве задающего генератора можно использовать либо внешний источник сигнала (тогда частота процессора не привязана к частоте видео), либо один из сигналов, привязанный к частоте видео и кратный родному тактовому сигналу ZX Spectrum (3,5 Мгц). Основа - тактовый генератор с частотой 56 МГц (3,5x16).
В том числе есть вариант "привязанной" частоты 18,66667 МГц (56 МГц умножается на 2, делится на 3 и ещё раз делится на 2).
Схема не использует сигнал Wait и работает по принципу разделения и буферизации всех одновременных обращений к ОЗУ (принцип похож "Пентагоновский", но схема переработана кардинально).
То есть при одновременном обращении схемы видео и процессора к ОЗУ процессор не тормозится и сохраняет полную производительность.
Данный тип схемы подразумевает быструю работу схемы и микросхем ОЗУ. У меня используется SRAM с задержкой 10 нс.
На данный момент схема собрана "на коленке". В её основе лежит ПЛИС Altera EPM3512AQC208-10 ("голова" от платы Igrosoft).
В ПЛИС зашита схема графического генератора, управления памятью, интерфейс (матрица) клавиатуры для порта PS/2, Beta-интерфейс (но на самой плате пока не реализован), порт FE, порт 7FFD, порт AY (на плате имеется).
Пока на плате только 48 кБ ОЗУ (не считая 16 кБ теневых) и обычная "Пентагоновская" ПЗУ-шка, порт магнитофона и RGB-выход без цветового кодирования (PAL, например), поэтому пока чёрно-белый на обычном телевизоре, подключенном по входу НЧ.
Два кварцевых генератора - один на 56 МГц для видео, другой на 40 МГц - для процессора (делится на 2).
Схемы буду выкладывать по мере их "причёсывания". Пока всё очень "лохмато" и требует перерисовки. Буду рад, если кто-нибудь поможет как-то упростить и оптимизировать схему, так как она довольно громоздкая.
Я уже выкладывал один вариант, но оказалось, что для частоты 20 МГц он не годится - слишком долгие задержки сигналов процессора для работы с памятью.
А сейчас могу поделиться видео, как я пытался поиграть в Elite на этой частоте.
Смотрите, но сильно не ругайте - не играл очень давно, и с управлением на такой скорости беда:

[Advertiser]

[CodeMaster]

и с управлением на такой скорости беда:

А чём тогда смысл разгона до таких частот, чисто академический? Кстати, а частота будет меняться динамически? Типа в командере работаешь на полной, а при запуске софта можешь переключиться на 3.5 или 7.

[Example626]

CodeMaster,
1. Да, смысл, конечно, академический, но академические разработки зачастую ведут к прикладным воплощениям, если есть потребность.
2. Смысл номер два в том, что а что это Z80 под частоту 20 МГц существует, а Спектрума на нём нету? Непорядок!
3. Это в этой игре управление привязано к частоте процессора, а есть игры, где управление привязано к частоте INT, которая постоянна и равна частоте кадровой развёртки (50 Гц). В таких играх даже на больших частотах управление будет одинаковым.
4. Есть идея сделать видеорежим 1024x576 (стандарт PAL 16:9 с квадратными пикселами, полный экран без бордюра). Такой экран раскачать даже на частоте 20 МГц сложновато. И это при стандартной спектрумовской реализации видеоотображения. А есть желание сделать этот режим 256 (или хотя бы 16) цветов для каждой точки (моя схема способна обработать такой режим видео с частотой процессора 20 МГц). Тогда и 20 МГц для него очень мало, если писать, например, какую-нибудь игру.
Я ведь не только для себя делаю, поделюсь наработками здесь. А вдруг кто реализует в небольшой серии? Может, и я сам платы доразработаю и закажу несколько платок.
Мало ли...

По поводу динамического управления частотой:
У меня в схеме пока предусмотрено ручное управление кнопкой (турбо 20 / обычный 3,5 МГц). Однако я хотел бы сделать управление программное и к тому же с плавной регулировкой производительности процессора. Для этого хочу применить ШИМ для сигнала BUSRQ. У меня данная схема во времена оные работала и регулировалась переменным резистором. Я хочу сделать управление программное, но вопрос в использовании портов - какие порты и как использовать? Это вопрос к стандартизации схем Спектрума. Я могу сделать отсебятину и забить под них произвольные порты, но если схема пойдёт в массы и будет конфликтовать с какими-то другими схемами, мне не известными, будет не очень хорошо. Поэтому здесь надо аккуратно подходить.
Хочу пока вывести управление просто на клавиатуру (PC-шную) - клавиши PgUp и PgDn, например.

[CodeMaster]

если есть потребность.

Мне вот и интересно, есть ли она.

Z80 под частоту 20 МГц существует, а Спектрума на нём нету? Непорядок!

Ну, да, Northwood свой Пентагон с 14 МГц забросил, но 20-ть действительно никто вроде не штурмовал (не считая софт-ядра у vlad'а, которые то ли на 24-х, то ли на 48-и работают).

Z80 под частоту 20 МГц существует

А что кстати не 21? Наверняка он взлетит и с делителями будет проще.

а есть игры, где управление привязано к частоте INT

Эт я знаю, но какой смысл для них в более быстром проце тогда?

если писать, например, какую-нибудь игру

Тогда действительно чисто академический ;-)

Я ведь не только для себя делаю, поделюсь наработками здесь.

Я ни в коем случае не против, ни для себя, ни для всех.

А вдруг кто реализует в небольшой серии?

Это сейчас вообще не проблема, только зачем, что бы стояло на полочке?

Однако я хотел бы сделать управление программное и к тому же с плавной регулировкой производительности процессора.

Это ИМХО лишнее. По большому счёту надо только 20/7/3.5 но с возможность менять на ходу. Типа запустил софт, но что-то не так и кнопочкой снижаешь частоту. И ещё там что-то надо делать с софтом который работает с дискетами, но у тебя подключения дисководов наверное не будет.

[Example626]

А что кстати не 21?

А как 56 МГц в 21 преобразовать? Или даже 112?
На самом деле, частота роли не играет - кварц ставь любой, какой хочешь. Просто с частотами выше 20 МГц моя схема, я не думаю, что справится. Потому что у ПЛИС задержка 10 нс и у ОЗУ 10 нс. А на самом деле и такие задержки в реале больше. И 20 МГц - это некий физический предел. Для более быстрых частот нужны какие-то другие ПЛИС и ОЗУ. Но процессор на 20 МГц, и у меня задача стояла вывести схему именно на эту частоту.
Я пробовал 24 МГц, но она не заработала. Правда, ещё на старой схеме. На доработанной не пробовал. Попробую.

Это ИМХО лишнее. По большому счёту надо только 20/7/3.5 но с возможность менять на ходу.

Может, и лишнее, но, например, при отладке программы мне очень пригождалось сильное замедление - 1-5 процентов производительности - чтобы видеть, например, прорисовку спрайта и т.п.

Это сейчас вообще не проблема, только зачем, что бы стояло на полочке?

Так а для чего вообще Спектрум нынче нужен? Это просто хобби. Для энтузиастов.

[CodeMaster]

А как 56 МГц в 21 преобразовать? Или даже 112?

А зачем 56, можно же кварц на 42 взять.

Потому что у ПЛИС задержка 10 нс и у ОЗУ 10 нс.

В принципе допуск +5% должен пролезть. Но вопросы там и 20-ти ИМХО будут (если будет периферия).

Может, и лишнее, но, например, при отладке программы мне очень пригождалось сильное замедление - 1-5 процентов производительности - чтобы видеть, например, прорисовку спрайта и т.п.

Не вопрос, но для этого достаточно сделать одну фиксированную частоту 200-300 кГц.

Так а для чего вообще Спектрум нынче нужен?

Использовать имеющийся софт. Кто-то что-то пописывает (пописывали) по ньюСпектрумы (Sprinter, ZX Evo, Spec256) но это единичные случаи их не покупают из-за нового софта. Посмотрим, что будет с ZX Spectrum Next, но это немного другая тема (его ещё никто особо не видел, но его уже занесли в Основные модели на этом форуме).

[Denn]

2. Смысл номер два в том, что а что это Z80 под частоту 20 МГц существует, а Спектрума на нём нету? Непорядок!

Существует на 33 МГц (без напряга гонится до 40):

Kawasaki KL5C8400C specifications:

Type CPU / Microprocessor
Family Kawasaki Z80
CPU part number KL5C8400C is an OEM/tray microprocessor
Frequency 33 MHz
Package 44-pin plastic QFP
Socket QFP44
Architecture / Microarchitecture
Manufacturing process CMOS
Data width 8 bit
Data bus width 8 bit
Physical memory 64 KB
Electrical / Thermal parameters
V core 5V ± 10%
Minimum/Maximum operating temperature 0°C - 70°C

Notes on Kawasaki KL5C8400C:

- Object-code compatible with Z80
- The processor can operate either in Z80 or KC80 mode. In KC80 mode the CPU does not have M1 cycle.

http://www.cpu-world.com/CPUs/Z80/Ka...KL5C8400C.html

https://zx-pk.ru/threads/10104-hardw...yator-z80.html


Челендж?

[Example626]

Существует на 33 МГц (без напряга гонится до 40):
Kawasaki KL5C8400C specifications:

Не знал. Надо посмотреть.

Челендж?

На 33 МГц, думаю, моя схема без WAIT работать уже не будет.
Хотя, пока не попробуешь, не узнаешь.
Но я заинтересовался.

- - - Добавлено - - -

P.S.
Внимательней посмотрел.
Да, проц, без сомнения, интересный.
Минус в том, что при его использовании уже не получится сделать более-менее совместимый ZX Spectrum в плане скорости работы.
Он даже в режиме Z80 при той же частоте 3,5 МГц будет работать быстрее.
То есть большинство старых игр (без привязки к INT) будут быстрее, будут проблемы с прорисовкой спрайтов на некоторых и т.д.
И не факт, что искусственное замедление поможет - потому что у разных команд разные коэффициенты по скорости относительно оригинала Z80.
Но безусловно, пробовать надо.

- - - Добавлено - - -

Например вот для чего

Я в своё время просто пользовался встроенным в прошивку BASIC-48 1990 отладчиком, вызываемым по NMI.
Да, он не очень удобен, но работает.
Сделать такой вариант - это очень просто в плане схемотехники - "вытащить" теневую ОЗУ и подменить ей ПЗУ (но это будет работать только на 48-й машине).
Здесь - по ссылке - главное написать ПО, которым можно нормально пользоваться.
К тому же, если просто подменять ПЗУ-шку теневым ОЗУ, то на 128-й машине это не прокатит. Так как эта "теневая" страница на 128-х машинах вовсе не теневая. К ней есть открытый доступ, и программы её используют. Так что отладчиком ей пользоваться нельзя.
В этом случае вариант для отладчика может быть: либо использовать ещё ОЗУ (добавлять), либо делать отладчик, не использующий ОЗУ. Это сложнее программно, но при умении вполне возможно.
Такая вещь носит сугубо узкий прикладной характер и нужна лишь малому числу пользователей, которых и так почти не осталось.
Мне это не надо, заниматься я этим не хочу.

- - - Добавлено - - -

Может тада переразведёшь плату пентагона в более компактом варианте? ))) Можно внедрить вот это.

Что значит - "переразвести плату Пентагона"? Это значит сделать новую плату, усовершенствовать её, добавить новые функции (например, AY и турбо-режим), сделать всё по-своему.
То есть это уже будет не Пентагон, а другая машина, в основе которой лежит Пентагон, в основе которого лежит некий клон Спектрума, в основе которого лежит оригинальный Спектрум-128, в основе которого лежит Спектрум 48, в основе которого лежит...
В общем, это уже будет новая машина.
Фактически именно этим я и занимаюсь. Как и многие другие до меня. Только я пока не видел некоторых решений, которые я применил, чтобы кто-то до меня их воплотил, и решил сделать это сам.
Вот и всё.

[Totem]

Существует на 33 МГц (без напряга гонится до 40):

Kawasaki KL5C8400C specifications:

Type CPU / Microprocessor
Family Kawasaki Z80
CPU part number KL5C8400C is an OEM/tray microprocessor
Frequency 33 MHz
Package 44-pin plastic QFP
Socket QFP44
Architecture / Microarchitecture
Manufacturing process CMOS
Data width 8 bit
Data bus width 8 bit
Physical memory 64 KB
Electrical / Thermal parameters
V core 5V ± 10%
Minimum/Maximum operating temperature 0°C - 70°C

Notes on Kawasaki KL5C8400C:

- Object-code compatible with Z80
- The processor can operate either in Z80 or KC80 mode. In KC80 mode the CPU does not have M1 cycle.

http://www.cpu-world.com/CPUs/Z80/Ka...KL5C8400C.html

https://zx-pk.ru/threads/10104-hardw...yator-z80.html


Челендж?

Да, лет 5 назад, кто то , вот вот обещал на нем собрать железку, только прошли года...

[Example626]

кто-то вот обещал на нём собрать железку

А что собирать-то? Воткнуть вместо оригинального Z80?
Считай, уже собрано. Проблема не железку на нём собрать, а ещё и функционал его реализовать на полную.