lørdag 22. april 2017

FTDI-kabler?

USB TTL Seriell Adapter
For programmering av mikrokontrollere, deriblant den Atmega-baserte Arduino og annet morsomt kommer man raskt til å trenge en FTDI-kabel. Disse er mer eller mindre de gode gamle seriell kablene som forsvant fra datamaskinene for mange år siden nå, forskjellen er den at disse opererer på et lavere spenningsnivå enn de gamle. Selv trengte jeg den for å kommunisere med RC2014.

Alt vel og bra i og med at den adapteren jeg allerede hadde fungerte helt fint, den var bare ikke spesielt praktisk for meg (løse ledninger som sklir ut hele tiden). Gikk derfor til innkjøp av en ny kabel som eksplisitt var merket FTDI, den ser ut som følgende ved innkjøp:

(Kilde: AliExpress.com)

Fungerer ikke når jeg prøver å bruke denn, men burde kanskje sett ekstra nøye på fargene til de ulike lederne - nesten, men ikke helt kan man si. Referer man til standarden, se nedenfor, så kobler man her 5v der enheten i andre siden forventer jord (GND) og jord der CTS-signalet er forventet - ved tilknytning til 3.3v enhet ender man opp med 5v på en input-pin samt feil polaritet! Morsom, ha ha...

(Kilde: FTDI Data Sheet

Kabelen kan enkelt repareres ved å bruke en kniv for å bøye opp mothakene på hver av kablene mens man trekker dem ut en etter en. Kobles inn på korrekt plass ved å kryssreferere dokumentasjon fra selger med den fra FTDI, legg merke til at fargene heller ikke nødvendigvis er de samme. Referer til følgende tabell for korrigert rekkefølge:

FraTilFargeFunksjon
21SvartGND
62BlåCTS
13RødVCC
44GrønnTXD
35HvitRXD
56GulRTS


Endelig resultat, nå fungerer den faktisk.

RC2014 Device Map

Dette er et innlegg relatert til byggingen av RC2014, se introduksjon, og vil mer eller mindre være mine egne notater relatert til dette spesifikke temaet.


Device Map

Zilog Z80-prosessoren benyttet innenfor RC2014-maskinene, se RC2014 Prosessor, skiller mellom håndtering av minne (RAM og ROM) ved bruk av henholdsvis MREQ og IORQ signalene. Dette eksplisitte skillet er interessant, i dag er man mer vant til at alt er plassert innenfor det samme adresseområdet - hvis vi har et forhold til dem i det hele tatt!

Utover bruken av ekstra signaler for å skille mellom dem så forenkler det mye av logikken som kreves. For å referere RC2014 Memory Map så ser man at disse gjerne forbruker hele blokker av 4K adresser, men for enheter så trenger man gjerne kun en håndfull adresser - de resterende adressene innenfor den brukte blokken er vanligvis "bortkastet". En oversimplifisering av logikken fører også til en duplisering av enheter på alle adresse der det samme bit-mønsteret går igjen.

$00 00000000 0 Digital IO – 0 R=Knapper W=LED
$38 00111000 56 ROM/RAM Paging W=Bytt aktiv modul
$80 10000000 128 Serial IO – 0 R=Status W=Control
$81 10000001 129 Serial IO – 1 R=RX W=TX

torsdag 20. april 2017

RC2014 RAM

Dette er et innlegg relatert til byggingen av RC2014, se introduksjon, og vil mer eller mindre være mine egne notater relatert til denne spesifikke modulen.


RAM

RAM, eller uten forkortelsen - Random Access Memory, er hovedminnet i maskinen. Den dag i dag er beskrivelsen kanskje litt pussig, mer eller mindre fordi man sjelden ønsker å bli overlevert tilfeldige ting fra minnet. Forklaringen hadde nok mer med at sammenlignet med de tidligere typene minne basert på magnetbånd så var man her i stand til å hoppe rundt i minnet som ønsket, helt uten bruk av spoleknappen.

RC2014-maskinen kommer med 32 KB RAM montert, med tanke på at datidens datamaskiner gjerne kom med 4 KB minne så må dette kunne regnes som ekstravagant - gjerne kun et alternativer! Bruken av 62256-brikker i hjemmebygde 8-bit datamaskiner er svært vanlig, av den enkle årsaken av at disse brikkene er tilgjengelig for småpenger - kjøpte fem av dem for rundt 30 NOK. 

Adressering

Adresseringen utført når det kommer til RAM-brikken er svært enkel, vi vet at den øverste halvdelen av adresserommet er RAM (fra $8000 til $FFFF) - se RC2014 Memory Map.
Binær adresse (x = don't care)
1xxx xxxx xxxx xxxx
Med andre ord bryr vi kun om den øverste adresselinjen (A15), dersom denne er høy så vet vi at adressen spesifisert er innenfor RAM-brikken. 62256 i likhet med ROM er kun aktiv dersom vi sender Chip Enable til jord, med andre ord må vi bruke en HEX Inverter for å snu dette signalet (74LS04).

Resterende logikk benytter et sett med OR-gater (74LS04) for å avgjøre hvorvidt vi ønsker å skrive eller lese data fra brikken.


RC2014 Backplane

Dette er et innlegg relatert til byggingen av RC2014, se introduksjon, og vil mer eller mindre være mine egne notater relatert til denne spesifikke modulen.


Backplane-8

Denne modulen kan så lenge man fokuserer hardt på det kalles maskinens hovedkort, bare ikke i den grad vi funksjonsmessig tenker på dem i dag - alt etter ønsket oppsett vil kortet potensielt kunne benyttes uten en eneste aktiv komponent. Det har 8 spor for bruk av RC2014 moduler, de tilsvarende pin-ene på hver slot er koblet sammen slik at hver av disse potensielt sett kan kommunisere over de samme kablene.

RC2014 kommer i utgangspunktet med hovedkort for 5 spor, men kan oppgraderes til 8 for et tillegg i prisen. Selve maskinen i seg selv trenger 5 spor for å fungere, så denne konfigurasjonen etterlater ikke rom for andre tilleggs-moduler - enten disse er kjøpt inn i tillegg eller er noe man har laget selv.

Alternativer for montering

Bildet under viser modulen slik jeg valgte å montere den, men det er god del alternativer man bør vurdere i denne sammenhengen.


Reset

Denne kretsen, den samme kretsen er også duplisert på klokke-modulen (se RC2014 Klokke for detaljer). I utgangspunktet er dette praktisk gitt at man kommer til å benytte maskinen slik den, personlig har jeg noen noenlunde fjerne tanker om å en dag bygge en 6502-basert maskin med utgangspunkt i det samme kortet - 6502-prosessoren i seg selv krever en noe mer sofistikert metode for å gjøre dette, det å ha kretsen tilstede her vil da bli en potensiell feilkilde.

Med andre ord, skal du benytte modulen i sammenheng med andre typer prosessorer så anbefaler jeg å droppe knappen samt tilhørende resistor.

Strømplugg

Manualen var ikke helt forståelig på hvordan man skulle koble disse tingene sammen, men den nevner muligheten til å sette inn en LM7805-strømregulator samt noen uspesifiserte elektrolytiske kapasitatorer i posisjon C1 og C2 (en gjetning basert på Google, tilsier 100uF og 10uF). Dette gjør at man kan plugge inn noe med spenning fra 7V til 25V.

Selve maskinen i seg selv opererer med utgangspunkt i 5V, noe som er det samme vi benytter for alt av ladere til mobiltelefoner og lignende. Gitt at regulatoren alltid vil ha et spenningsfallet, det er det som gjør at vi må ha en spenning på minimum 7V for at LM7805-regulatoren skal være i stand til å regulere den ned til 5V. Gitt mobilladeren som strømkilde ville vi dermed endt opp med å sløse med strøm for å regulere fra 5V til eksempelvis 12V, for så å regulere denne ned til 5V igjen.

Dette løses ved at man dropper å montere disse komponentene, men heller lodder på en 2-pin header som så jumperes for å indikere at det som kommer inn er ren 5V. Risikoen er selvsagt at dersom du da kobler til noe med langt høyere spenning, så kommer stua til å lukte brent silikon en stund fremover.

Isolering av spor

Modulen Backplane-8 gir muligheten til å isolere sporene 1 og 2 samt 7 og 8 fra resten av systemet, med dette menes at disse ikke vil se adresselinjene samt data-bussen dersom man ikke ønsker det. 

Manualen antyder at man bør lodde på tvers av disse, i og med at dette virket å redusere mulighetene så trodde jeg at jeg visste bedre og heller gikk inn for å montere pin-headere og så brukere jumpere for disse.

Det første problemet som åpenbarte seg rimelig raskt var at jeg er altfor dårlig til å lodde at dette kunne fullføres helt uten å skape 3-4 ekstra koblinger mellom ulike punkter (ikke en god ting), endte opp med å angre avgjørelsen innen kort tid. Ikke sikker på om jeg hadde unngått problemstillingen ved å bare lodde på tvers, de fleste problemene jeg hadde var mellom linjene. Problem nummer to var selvsagt at dette krevde 60 headere, hvem har slikt liggende? Ikke denne karen, og Kina er en måned postgang unna.

En anbefaling dersom du mot formodning skal lodde sammen en maskin av denne typen, og snublet over denne bloggen (only Google can tell); monter dem på andre siden av kortet, det vil si at pin-ene peker nedover. Erfarer nå at headerne kommer litt i veien for noen av kortene, vil sterkt anta at når jeg selv kommer i gang med med prototyping av kort med forskjellig tykkelse så kan dette potensielt sett bli en uønsket irritasjon.

onsdag 19. april 2017

RC2014 ROM

Dette er et innlegg relatert til byggingen av RC2014, se introduksjon, og vil mer eller mindre være mine egne notater relatert til denne spesifikke modulen.

ROM

ROM, eller uten forkortelsen - Read Only Memory, er ofte den eneste formen for permanent lagring av data på digitale kretser. Den dataen man lagret var i utgangspunktet det vi i dag refererer til som et operativsystem, med andre ord den grunnleggende programvaren som var nødvendig for å utføre selv de mest grunnleggende funksjoner slik som å lese inn inndata fra et tastatur og så vise dette på en skjerm.

Vel å merke så var det ikke alle av de opprinnelige datamaskinene som hadde noen form for programvare tilgjengelig, flere av dem slik som eksempelvis Cosmac ELF var avhengig av at brukeren manuelt programmerte den ved bruk av fysiske brytere på forsiden av den - mye blod, svette og tårer der bare for å få et enkelt lys til å blinke. RC2014 kommer heldigvis med NASCOM Basic installert ROM, modulens dokumentasjon tilgjengelig på http://rc2014.co.uk/modules/switchable-rom/.

Adressering

Var i utgangspunktet litt usikker på hvor denne skulle plasseres innenfor minnet, se RC2014 Memory Map, ettersom modulen har jumpere for konfigurering innenfor et 64K adresser-rom. Sett fra prosessoren og operativsystemet (Basic) sin side så er ROM alltid plassert på adressene fra $0000  til $1FFF - jumperne på modulen lar deg avgjøre hvilket 8K vindu innenfor EPROM-modulen (standard er 27C512, det vil si 64KB) som man er i stand til å se.
Binær adresse (x = don't care)
000x xxxx xxxx xxxx
Implementasjonen av denne logikken utnytter det faktum at for å signalisere til ROM at den skal svare på "henvendelsen" (husk at bare en brikke kan være aktiv på bussen til ethvert tidspunkt) slik den er nå så må CE (Chip Enable-pin på EPROM-brikken) dras til jord, den gjør dette ved å detektere hvorvidt adresse-linjene A15-13 har positiv spenning ved bruk av et sett med OR-gater (74HCT32).

Husker absolutt ingenting av det jeg lærte om boolsk algebra fra videregående, så for å forstå hvordan denne logikken fungerte fremfor å dra frem mattebøkene (har denne boken fortsatt, nederst i en veldig stor stabel) så fant det enklere å bare simulere den isteden ved bruk av Logic Gate Simulator:


RC2014 Memory Map

Dette er et innlegg relatert til byggingen av RC2014, se introduksjon, og vil mer eller mindre være mine egne notater relatert til dette spesifikke temaet.

Memory Map

RC2014 er basert på prosessoren Zilog Z80, se også innlegg RC2014 Prosessor. Dette er en 8-bit prosessor med adressering basert på 16 linjer - dette gir i utgangspunktet et maksimalt adresse-rom på 64K. Kartet er basert på mitt magre utvalg av tilleggskort, men er godt mulig dette endrer når kreditt-kortet mitt har fått muligheten til å kjøle seg litt ned.

$0000 - $0FFFF ROM
$1000 - $1FFFF
$2000 - $2FFFF
$3000 - $3FFFF
$4000 - $4FFFF
$5000 - $5FFFF
$6000 - $6FFFF
$7000 - $7FFFF
$8000 - $8FFFF RAM
$9000 - $9FFFF
$A000 - $AFFFF
$B000 - $BFFFF
$C000 - $CFFFF
$D000 - $DFFFF
$E000 - $EFFFF
$F000 - $FFFFF

Hver av radene er blokker av 4K, med start og slutt-adresse for den spesifikke blokken angikk i HEX. Den siste kolonnen er inntil videre etterlatt tom i tilfelle jeg finner noe verdt å notere om de spesifikke blokkene, eventuelt så syntes jeg bare det virket mer symmetrisk. Hvem vet?

RC2014 Prosessor

Dette er et innlegg relatert til byggingen av RC2014, se introduksjon, og vil mer eller mindre være mine egne notater relatert til denne spesifikke modulen.

Prosessor

Den enkleste av RC2014-modulene ettersom de fleste av støtte-funksjonene utføres av andre moduler, RC2014 Klokke håndterer klokke-signalet samt reset-funksjonalitet. Opprinnelig dokumentasjon for modulene er tilgjengelig på http://rc2014.co.uk/modules/cpu/.

Prosessoren som benyttes her er en noe nyligere produsert utgave av Zilog Z80-prosessoren, Z840010PEC (10 Mhz Z84). Den originale prosessoren ble først lansert i 1976 med en hastighet på 2,5 Mhz, men utover en firedobling av hastigheten og overgang til CMOS-teknologi (lavere energiforbruk) så er denne prosessoren tilnærmet identisk når det kommer til funksjonalitet.

Selve kretsen er relativt enkel i og med at det meste bare kobler de tilsvarende pin-ene på prosessoren til pin-ene mot hovedkortet. Opprinnelige instruksjoner markerer montering av pin-headere øverst til venstre som valgfritt, men foretrekker å ha muligheten til å gjøre endringer senere. I vanlig bruk må man sette jumpere (eller lodde en kobling mellom) for WAIT, BUSRQ og NMI. Alle koblinger i denne regionen vil, dersom koblet sammen, dra signalet høyt gjennom resistoren til 5V.


Adressering

I utgangspunktet - og slik man forsåvidt forventer det så er prosessoren hjernen i systemet. Derimot, når det kommer til adressering, uansett om det gjelder tilgang til en tilkoblet enhet (IO) eller minne (RAM / ROM), så er dette mer eller mindre implisitt - prosessoren angir en adresse, det er logikken rundt som avgjør hvem som svarer.

Logikken må ta høyde for at kun en enkelt enhet skriver til bussen til ethvert tidspunkt, dersom to enheter "skriver" til en eller flere linjer vil i beste fall deler av signalet gå til jord og i verste fall føre til at det samlede spenningsnivået på linjen overgår det en eller flere komponenter er i stand til å tåle (det vil si varmgang, gnistring og potensielt sett flammer dersom man ikke oppdager dette fort nok).

For å unngå slike kollisjoner refererte man til en oversikt over minnet for hvilke områder man dedikerte til hva. Zilog Z80-prosessoren til forskjell fra annen maskinvare jeg har arbeidet med, et logisk skille mellom minne (se RC2014 Memory Map) og IO (se RC2014 Device Map). Prosessoren indikerer hva vi er ute etter ved bruk av pin-ene MEMRQ og IORQ.