TRHMSX – простой клон FPGA MSX2+. Неторопливая сборка конструктора.

[Froggy]

Лирическое вступление. Можно пропустить.

Первый персональный компьютер я увидел в 1986 году.
В нашей школе сделали компьютерный класс и там стояли Ямахи стандарта MSX1.
До этого, компьютерные игры я видел только в зале игровых автоматов, это были монохромные ралли или танковый бой. Две минуты игры стоили 15 копеек. Для школьника это были большие деньги, поэтому поиграть удавалось не часто.

Японские Ямахи произвели на меня оглушающее впечатление. Это был культурный шок. Особенно, место учителя. Цветной монитор, 3.5" флоппи дисковод - это было что-то из фантастических фильмов. Хочу сказать, что в то время у меня дома был черно-белый ламповый телевизор... А тут буйство цветов, мультипликационные игры, модный импортный дизайн. Загрузка с дисковода вообще напоминала магию.

Нам дали поиграть в Kings Valley на ученических черно-зеленых мониторах. Впечатлений было на несколько недель вперед. Меня почему-то очень поразила анимация выходной двери с уровня. Как она открывается и главный герой уходит в неизвестность следующего уровня.



В дальнейшем я осваивал MSX-Basic, рисовал и анимировал спрайты. Увидел популярную игру The Goonies. В кулуарах слышал слово "картридж", но толком даже не представлял что это такое.

Разумеется, я мечтал иметь такой компьютер дома, но понимал, что шансов на это нет.
В 1989 году у нас в городе появилась возможность собрать ZX Spectrum 48. Я задался этой целью и в начале 1990 года мне удалось самому спаять клон Балтик. Сначала подключал его к старому чб телевизору, потом купил чб монитор типа "колокольчик" или "капля". А еще позже купил цветной монитор Электроника 32 ВТЦ-202.

ZX Spectrum - отличная машинка. Но я всегда сравнивал его с MSX. По параметрам они были похожи. Одинаковый процессор Z-80, разрешение экрана 256х192, количество цветов.
Но мне сразу бросались в глаза преимущества MSX. Экранный редактор Бейсика, текстовый режим 40х25, удобная клавиатура с курсорными и функциональными клавишами, входы для джойстиков в базовой комплектации, музыка во всех играх, и главное - отсутствие клэшинга.
Все же наличие графического чипа (даже в MSX1) давало заметное преимущество за счет наличия спрайтов.

Поэтому, играя в игры на Спектруме, я всегда думал как эти игры могли выглядеть на MSX. Сидела в голове какая-то заноза...
Потом появился PC и Спектрум с MSX остались в прошлом...

Прошли годы. Я вернулся в Спектрум тему. И вдруг понял, что очень хочу иметь MSX. Воплотить свои детские мечты.
Сначала хотел спаять Омегу, но меня отпугнула его стоимость, отсутствие конструкторов и, главное, большие трудности купить не поддельный чип видеоконтроллера 9938(9958).

Конец лирического отступления.

Выбор пал на т.н. 1chipMSX проект под названием TrhMSX. Есть похожий проект uMSX, но там слоты сделаны на отдельной плате. Я не люблю сложные конструкции, поэтому предпочел "одноплатный" вариант.



Простыми словами - это MSX, который поместили в один чип cpld Альтера.
Есть выход на телевизор по RGB и VGA (640х480) на монитор. Поддержка клавиатуры PS/2 или USB (в ревизии платы 1.5 и выше).
На плате расположены два стандартных 50-ти пиновых слота для картриджей или внешних устройств. Для комфортной работы предусмотрена поддержка microSD карты, с которой можно грузить BIOSы и образы игрушек. В какой-то мере, SD-карта может заменить картридж типа "Карнивор".
Для подключения 3.5" дисковода и CF-карты можно собрать картридж с контроллером.
В принципе, различных картриджей, расширяющий возможности базовой платы сделано много. Есть даже цифровой магнитофон.
Размер базовой платы 120х150 мм. Купил у Чипкина за чуть более 1000 рублей.



Итак, решение принято. Теперь предстоит длительный и волнующий процесс сборки комплектующих.

Ссылки:

https://github.com/cristianoag/trhmsx - проект на гитхабе
https://github.com/wagnertavares/trhmsx - копия проекта на гитхабе
https://theretrohacker.com/2024/03/1...ga-msx2-clone/ - описание на ретро хакере

Видео по прошивке и настройке.

[Advertiser]

[Froggy]

Комплектующие.

Бом-лист состоит почти из 50 позиций. Но не стоит пугаться - большая часть - это разъемы, гребенки и всякая мелочевка.
В списке чипов будет не больше десятка наименований, но учитывая текущую ситуацию с заказом микросхем на алиэкспрессе, задача предстоит не простая. Как известно, китайцы не просто урезали ассортимент электронных компонентов для некоторых стран, но часто торгуют перемарком, отбраковкой или изначально нерабочими деталями.

Сердцем TrhMSX, как и остальных 1chipMSX является 240-пиновый чип Cyclone I FPGA - EP1C12Q240C8N.
Поиск новых Циклонов выдавал мне пугающие суммы в пределах 100$. На алиэкспресс предложения начинаются от 10$ (+5$ пересыл). В лоте привычно написано "100% Оригинал, новый бренд". Но мы то знаем цену этих лозунгов.

Я обратился к известному сборщику железа Константину Калантаю. Он сказал, что неоднократно брал на алиэкспрессе Cyclone I по минимальной цене. И они были хоть и бэушные, но все рабочие. Я немного успокоился и заказал один чип на пробу.

Изучая тему Циклона и его прошивки, я узнал, что этот вид FPGA не прошиваются в привычном значении этого слова. Прошивка (конфигурация) каждый раз записывается после включения питания. И хранится эта прошивка в маленькой микросхеме EPCS4 (4 Mbit Serial Flash Memory).

С этой EPCS4 тоже оказалось не просто. В отзывах писали, что китайцы часто продают перемарк. Т.е. это будет 4 Mbit Serial Flash Memory, но с другим ID. А в этом случае, Бластер не даст ее прошить, выдавая ошибку ID Error.
Можно применить аналог ST25P40, который имеет одинаковый с EPCS4 ID.

Заказал по одной штучке EPCS4 в разных магазинах.
Применяю машину времени. Итак, получил я ФПГА Циклон и EPCS4.





Циклон был упакован в пластиковую коробочку. Внешне чип выглядит идеально. Не знаю, как китайцы это делают, но ножки все ровные и без следов пайки. Очень хочется надеется, что чип окажется рабочим, но это смогу проверить только после сборки всей платы.

Далее я получил чипы EPCS4.





Сразу же решил их проверить. Благо есть программатор Т48 и переходник.



При чтении чипа программатор не ругается на ID. Значит, это или оригинал EPCS4 или его полный аналог ST25P40. Нашел список ID. Там ID 0х 20 20 13 прописан для чипа ST25P40. Это радует, значит с прошивкой чипа проблем не ожидается.

Следующий важный чип - это микросхема памяти. Купил две штуки, т.к. тоже нет уверенности в их надежности.



Продолжение будет...

[izzx]

В этом новом сериале, надеюсь, будет прикручивание модуля вифи. Интересно посмотреть что там на МСХ с сетью.

[breeze]

Интересно посмотреть что там на МСХ с сетью.

У них давно есть MoonRabbit от небезызвестного Nihirash

[izzx]

У них давно есть MoonRabbit

Про это я догадывался. И как карта вифи в слот выглядит знаю. Но тут вроде по-другому подключается, не в слот.
Интересно что ещё есть.

[Froggy]

В этом новом сериале, надеюсь, будет прикручивание модуля вифи. Интересно посмотреть что там на МСХ с сетью.

Обязательно будет. Модуль ESP-01 пока не покупал. Для запуска он не нужен.

Продолжим обзор чипов.

Тактовый генератор сделан на NC7WZU04P6X - сдвоенном инверторе. Это малюсенький шестиногий чип. Взял две штуки.



Кварц на 21.47727 Mhz - пришлось брать лот на 10 штук. Это издержки самостоятельной сборки конструкторов. Конденсаторов на 27р у меня не было - задушил жабу и купил набор конденсаторов малой емкости от 10 до 100 pF. Пригодятся в других проектах.



Еще один хитрый чип - M51953BFP (Voltage Detector and System Reset IC). На него заведена кнопка Reset. Как работает функция детектора напряжения я не понял. Был лот только на 10 штук..



Вот кусочек схемы этих узлов:



CH559T - USB Host Micro-controller. Этот чип появился на новых версиях TrhMSX (начиная с 1.50).

Нужен для подключения USB-клавиатуры. Сейчас актуально, т.к. PS/2 клавиатур становится все меньше. Кроме того, надеюсь, что можно будет подключить беспроводную USB-клавиатуру.

Купил две этих микросхемы. Народ пишет, что китайцы часто присылают неисправные чипы.



CH559T надо будет прошивать. Весь инструментарий и инструкции есть на гитхабе.
С микросхемами все.

Отдельно купил по 10 чипов стабилизаторов AMS1117 на 3.3V и 1.5V.
SMD 0805 светодиоды у меня были. Надо 9 штук зеленых и один красный.
Кроме этого пришлось купить даже SMD-предохранитель на 6А.



SMD-резисторы у меня уже были, докупал только резисторные сборки формата 0603X4
Всего надо четыре вида - обошлись недорого.



И последние пассивные элементы - это конденсаторы. Купил 0805 100nF - 100 штук. Пригодятся в хозяйстве. Еще надо SMD 220uF 10V - они тоже не дорогие.



Осталось набрать разъемы. Большая часть разъемов у меня уже была - докупил разъемы PS/2, jack-питания и 50-ти пиновый 2.54мм разъем для слотов картриджей.
Еще забыл про 8-ми пиновый DIP-переключатель. Лот из пяти штук красного цвета был не очень дорогой.





На сборку всех деталей конструктора у меня ушло 2 месяца.
Теперь можно приступать к пайке. Надо решить, что паять в первую очередь - Альтеру или резистивные сборки.

Продолжение будет...

[Froggy]

Мне стала поступать обратная связь.
xdemox, поделился своим опытом замены микросхемы EPCS4 (4 Mbit Serial Flash Memory).
Можно использовать флешку от Winbond 25q16. Успешно шьется через Quartus.



Этот чип доступнее и дешевле.

[Froggy]

Посмотрел ролики на ютубе по сборке uMSX. Советуют сначала паять FPGA Altera. Затем проверять сопротивление по питанию. И далее паять все остальное.
Что я и сделал. Использовал флюс имени К. Калантая - F5.



Такой чип я паял первый раз. Ножки очень тонкие и гибкие. Надо быть осторожным.
!!! Внимание с установкой чипа. Маркировка повернута относительно точки ключа.

Методика пайки стандартная. Позиционируем микросхему, прихватываем два пина в одном из углов. Потом фиксируем два пина по диагонали. Затем повторяем на другой диагонали. При этом следим за точностью позиционирования чипа на всех этапах пайки.

Далее наносим флюс и аккуратно паяльником пропаиваем все контакты. Тут у каждого свой подход. Кто-то паяет "волной", кто-то по одному контакту. Я паял по одному контакту, причем, пришлось использовать лупу.
Вот мой результат. К сожалению, для более качественного фото надо микроскоп. Тщательно проверил на "непропаи" и "сопли".







Затем замерил сопротивление по "питанию". У меня вышло 70 кОм.

[tnt23]

Весьма неплохая пайка для первого раза.

Непонятно, почему сперва рекомендуют запаять альтеру, а потом все остальное, включая питание? вроде бы лучше наоборот, собрать источники питания, запустить и проверить напряжения. У меня был случай с фальшивым регулятором, долго не мог понять, почему все работает, но FPGA сильно греется. Потом оказалось, что регулятор внутри вместо кристалла имел просто кусок жести со входа на выход, и на ядро подавалось +3.3В вместо положенных +1.2В.

[Froggy]

Запаял все элементы на плату, кроме разъемов.
Самое нудное - это паять резисторные сборки. Они размера 0603, использовал тонкое жало.
В остальном, особых трудностей не было. Микросхему USB-хаба CH559T пока решил не паять. Тем более, пока не нашел два керамических конденсатора обвязки на 3.3 uF. Есть только на 2.2 uF и 10 uF.