OMEN Kilo: Zapojení procesoru

Čím jiným začít, než fyzickým zapojením procesoru 6809…

Možná nepřekvapí jistá podobnost s procesorem 6502. Je to logické, protože, jak jsme si už několikrát řekli, 6502 i 6809 vycházejí ideově z téhož předchůdce, 6800.

Popis vývodů

Procesor má vyvedené obě hlavní sběrnice, jak datovou (D0 – D7), tak adresní (A0 – A15). Tady nás nečeká žádné překvapení. Signály nejsou multiplexované a jsou plně k dispozici.

Vstup /RESET slouží k inicializaci procesoru do výchozího stavu. Na vstupu je Schmittův klopný obvod, takže stačí jednoduché zapojení s kondenzátorem a rezistorem, podobně jako u předchozích počítačů. Po RESETu se načte adresa (2 bajty) z adres FFFEh a FFFFh a získaná hodnota se použije k nastavení programového čítače PC. Nezapomeňte, že 6809 používá ukládání ve stylu Big Endian, tedy nejprve vyšší část adresy, poté nižší. Vyšší část tedy bude na adrese FFFEh, nižší na FFFFh.

Výstup R/W informuje okolí o tom, jestli procesor hodlá číst (=1), nebo zapisovat (=0). Opět, podobně jako u 6502, se nerozlišují periferie a paměť, pro procesor je vše „paměť“.

Pro připojení krystalu se používají vývody XTAL a EXTAL. Pokud použijete externí generátor časovacích pulsů, přiveďte signál na vstup EXTAL a XTAL nechte nezapojený.

Uvnitř poběží procesor na frekvenci, která je rovna čtvrtině frekvence krystalu (popřípadě přivedené frekvenci). U OMEN Kilo jsem tedy použil frekvenci 7,3728 MHz, která po podělení čtyřmi dává naši oblíbenou pracovní frekvenci 1,8432 MHz.

Existují tři varianty tohoto procesoru, které seliší podle maximální pracovní frekvence: 6809, 68A09 a 68B09. Varianta bezpísmene pracuje na frekvenci 1 MHz, varianta A používá 1,5 MHz a varianta Bmůže pracovat až s frekvencí 2 MHz (to znamená, že externí krystal můžemít frekvenci 4, 6, resp. 8 MHz).

Pro řízení vnějších obvodů slouží hodinové signály E a Q. E má stejnou funkci, jakou má u 6502 výstup PHI2. Sestupnou hranou na výstupu E oznamuje procesor, že začíná operační cyklus. Poté přijde vzestupná hrana na výstupu Q a oznámí, že na adresní sběrnici je platná adresa. Následuje vzestupná hrana signálu E, sestupná signálu Q (bez speciálního významu) a celý cyklus ukončuje (a zároveň zahajuje nový) sestupná hrana signálu E, při níž přečte procesor data ze sběrnice.

Pro většinu jednoduchých případů můžeme signál Q (Quadrature time) ignorovat a pracovat pouze se signálem E, stejně jako u 6502.

Pozor na variantu 6809E! Tato varianta nemá interní oscilátor, vyžaduje externí generátor dvoufázových hodin a zapojení vývodů je lehce odlišné.

Výstupy BA a BS informují o tom, zda je procesor odpojený od sběrnice (ve stavu HALT / DMA) či zda reaguje na požadavek na přerušení apod. Za normálního chodu jsou oba v 0 a pokud nepotřebujete nějak speciálně reagovat na výjimečné stavy, můžete oba ignorovat.

Vstup MRDY slouží k témuž, k čemu sloužily vstupy READY, /WAIT či RDY – informuje o tom, že externí obvody nezpracovaly požadavek a že potřebují, aby procesor počkal. Pokud je tento vstup v log. 0, hodiny se zastaví ve stavu E=1, Q=0 a čeká se, až bude MRDY opět 1. Teprve pak procesor dokončí čtení dat, popřípadě přestane posílat data k zápisu, a pokračuje se dál.

Vstup /DMA/BREQ slouží k přerušení práce procesoru a jeho odpojení od sběrnice. Pokud je na tomto vstupu na konci aktuálního cyklu 0, procesor se uvede do stavu DMA a uvolní sběrnici. Uvolnění sběrnice signalizuje nastavením BS = BA = 1. Okolní zařízení teď má až 15 cyklů na to, aby si udělalo, co je potřeba. Po 15 cyklech si procesor vezme dva cykly pro vnitřní refresh a na tu dobu nastaví BS = BA = 0. Pokud stále trvá požadavek na DMA, celý postup se opakuje.

Vstup /HALT zastaví procesor podobně jako předchozí vstup. Do stavu HALT se procesor přepne poté, co dokončí aktuálně prováděnou instrukci. Opět se odpojí od datové i adresní sběrnice, odpojí i výstup R/W, a nastaví BS = BA = 1.

Přerušení

Poslední tři vstupy, o nichž jsem se ještě nezmínil, jsou vstupy /NMI, /FIRQ a /IRQ. Jejich stav je vyhodnocován ve chvíli sestupné hrany Q (E=1).

/NMI je dobře známé „nemaskovatelné přerušení“. Logická 0 na tomto vstupu vyvolá přerušení, které programátor nemůže programově zamaskovat. Jediná výjimka je těsně po RESETu, dokud není nastaven obsah v registru ukazatele zásobníku (S). Po detekování požadavku na NMI je na zásobník automaticky uložen obsah registrů PC, U, Y, X, DP, A, B a CC a procesor si z adres FFFCh a FFFDh načte adresu obsluhy nemaskovatelného přerušení. Toto přerušení má zároveň nejvyšší prioritu.

Téměř identicky se chová požadavek /IRQ. Dva rozdíly tu ale jsou. Zaprvé: adresa obsluhy přerušení se bere z adres FFF8h a FFF9h. A zadruhé: pokud je bit I v registru CC roven 1, přerušení se nevykoná.

Vstup /FIRQ (Fast IRQ) funguje obdobně jako IRQ. I tento vstup vyvolá přerušení (adresa obsluhy je v paměti na FFF6h a FFF7h), i toto přerušení lze zamaskovat bitem F v registru CC, ale hlavní rozdíl je, že neukládá na zásobník žádné jiné registry, jen programový čítač PC a registr příznaků CC.

OMEN Kilo CPU

Základní deska, která vychází z koncepce OMEN Bravo. Obsahuje jen procesor, 32 kB RAM, 8 kB EEPROM, dekodér signálů a nezbytné obvody okolo (RESET, krystal). Nakonec jsem k „nezbytným obvodům“ přidal i nám důvěrně známý 68B50 pro sériovou komunikaci. Díky tomu může být OMEN Kilo použit jako jednodeskový počítač, bez jakýchkoli dalších obvodů.

Pokračování příště…

Rubriky: Hardware | Štítky: , , , , | Napsat komentář

Jste unaveni z gigahertzů a terabytů?

Stýská se vám po starých zlatých časech, kdy jste přesně chápali, co se ve vašem počítači děje a proč? Říkáte si, že byste si zase s takovým počítačem rádi pohráli?

Máte šanci!

Sestavte si vlastní osmibitový počítač, se skutečným historickým procesorem a pár kilobyty paměti. Vyzkoušejte si jeho spájení a oživení, naprogramujte si vlastní obslužný software, navrhněte si vlastní periferie…

Jak na to?
Rubriky: Uncategorized | Štítky: , , , , | Napsat komentář

OMEN zdárně pokračuje

Konstrukce do druhé knihy úspěšně pokračují. Sledujte:

OMEN Alpha má už čtvrtou revizi (tentokrát mírně vylepšená systémová sběrnice, vyhozená LEDka a vyvedené vývody SID, SOD).

Na Tindie jsem Alphu vyprodal během dvou týdnů, teď čekám na nové součástky a novou várku desek. Máte-li zájem o desky, sady nebo hotové kity, napište se na waitlist.

Nahodil jsem jednoduchý manuál k Alfě, kde jsem si zavzpomínal na vizuální estetiku cyklostylovaných manuálů k PMD a podobným, s nimiž jsem kdysi trávil volné chvíle.

OMEN Bravo, tedy jednodeskáč s 65C02, po prvotním fiasku (ano, jsem debil a navrhnul jsem oscilátor blbě!) běžel na první zapojení.

OMEN Kilo, jednodeskáč s 68B09 aka nejlepším osmibitem své doby, dopadl stejným fiaskem. Ale tentokrát za to nemůžu já, ale moje skladové zásoby tohoto procesoru. Jsou mrtvé. Všechny. Takže čekám na nové…

Všechny tyhle OMENy mají stejné rozložení signálů na systémové sběrnici. Tedy, ona není úplně systémová, protože není kompletní adresová sběrnice, ale řekněme aplikační. Takže další přídavné moduly, co vznikají (displej, I2C/SPI rozhraní, zvukový generátor, SD karta, paměťové moduly, …), by měly být kompatibilní se všemi základními deskami. No a aby se připojovalo snáze, připravil jsem i malý backplane PCB, kam si je můžete popřipojovat.

Jeden z majitelů Alphy mě upozornil na problém: v PCB nejsou otvory na šroubky. Přiznám se, že mě to ani nenapadlo, protože mám v hlavě pořád vizi toho, že se budou tyhle desky montovat do krabiček, vytištěných na 3D tiskárně, a desky se uchytí jen takovými pacičkami, ale asi je pravda, že by se otvor či dva hodily…

Ve volných chvílích jsem napsal překladač pro BASIC. Vložíte BASIC, vypadne vám assemblerový zdroják. Zatím tedy jen pro 8080/8085. Na základní hraní, helejte, dobrý. Sice nemá moc optimalizací a je jen celočíselný, ale na druhou stranu má náznak procedur, lokálních proměnných, struktur datových i programových…

No a aktuální The Big Thing je online překladač céčka pro 6502, 8080 a Z80. Ne, nepíšu to celé sám a znovu, jen (a slovo „jen“ je v hodně velkých uvozovkách) jsem přeložil existující cc65 a z88dk pomocí Emscripten do JavaScriptu. Tři dny trvalo, než to začalo fungovat, bestie! Ale když se to rozběhlo, funguje to moc hezky.

A mimochodem, víte, proč cpu vývojové věci do JavaScriptu? Není to proto, že můžou běžet v prohlížeči, ale hlavně proto, že budou fungovat na Linuxu. Macu i na Windows. Cože? Že můžu napsat totéž v C a pak na každé platformě přeložit pomocí make? No, věřte mi, že za posledních dvacet let jsem potkal spoustu takového software, a pravda byla taková, že pokud někdo neudělal binárky pro jednotlivé platformy, tak pravděpodobnost toho, že to půjde bezproblémově přeložit a spustit, byla někde okolo 1:7…

Rubriky: Hardware | Štítky: , | Napsat komentář

Alpha: Sériové rozhraní

Gratuluji ke zprovoznění počítače. Jen je trošku hloupé, že počítač vlastně umí dělat jen to, co mu vypálíte do EEPROM, a nemůžete s ním nijak komunikovat. To teď napravíme. Přidáme první vstupně – výstupní obvod, totiž sériové rozhraní.

Použijeme obvod 6850, přesněji verzi 68B50 (verze B umí pracovat i na frekvenci 2 MHz). Jedná se o obvod,označovaný ACIA – Asynchronous Communications Interface Adapter. Pod slovy „asynchronní komunikační rozhraní“je trochu cudně skryto, že jde o standardní sériové rozhraní, jaké známe z „COM portů“ a dalších sériových portů na počítači. My k jeho výstupům připojíme nějaký převodník USB-to-Serial, a tím získáme možnost komunikovat s Alphou přes terminálový program z počítače.

Při testech se ukázalo, že i verze MC6850, tedy bez „B“, zvládne provoz touto rychlostí, ale může se to lišit kus odkusu…

ACIA 6850

Obvod 6850 je sériový komunikační obvod. Jeho hlavním úkolem je převést zaslaný bajt na sériový signál (tj. správně odvysílat start bit, datové bity, případně paritní bit, a nakonec stop bit) a opačně, tj. načíst správně časovaný sériový signál a připravit ho k předání procesoru.

Asynchronní v popisu znamená, že spolu s daty není přenášen hodinový signál ani není činnost přesně časována –když přijde bajt, je vyslán, když přijdou vstupní sériová data, jsou načtena. Synchronizace, tj. to, že bude načteno opravdu to, co načteno být má, zajišťují právě start a stop bity – podle jejich správného průběhu pozná obvod, že jsou data v pořádku.

Vysílání dat po výstupu TXDATA (Tx = transmit) a příjem na vstupu RXDATA (Rx = receive) je časován pomocí systémových hodin. U našeho počítače je systémový kmitočet roven 1,8432 MHz. Tento kmitočet je v ACIA vnitřně dělen (dělitel je programově nastavitelný na hodnoty 1, 16 a 64). Použijeme dělení 16, což znamená, že komunikační rychlost bude 1843200 / 16 = 115200 bitů za sekundu (baud).

Obvod 6850 s procesorem komunikuje pomocí osmibitové datové sběrnice (D0-D7), několika CS vstupů (CS = ChipSelect), které určují, kdy se s obvodem komunikuje (CS0 = 1, CS1 = 1, /CS2 = 0 – ve všech ostatních případech je datová sběrnice odpojena), vstupu E (Enable, obvod komunikuje jen pokud je E=1), vstupu R/W, který udává, zda se z obvodu čte (1) nebo se do něj zapisuje (0) a vstupu RS, který udává, jestli se čtou/zapisují data (1), nebo řídicí hodnoty(0).

Kromě těchto signálů nabízí i signál /IRQ (Interrupt Request – požadavek na přerušení). Pomocí přerušení může ACIA dát vědět procesoru, že například přišla nějaká data po sériovém portu, nebo že data k odeslání byla odeslána apod. My přerušení nepoužijeme.

Z hlediska programátora se tedy obvod 6850 jeví jako dva registry (vybrané pomocí vstupu RS), z nichž jeden je datový, druhý „systémový“. Funkci osvětlí tabulka:

VSTUPY REGISTRY
RS R/W TYP REGISTRU FUNKCE
0 0 Zápis Řídicí registr (Control Register, CR)
0 1 Čtení Stavový registr (Status Register, SR)
1 0 Zápis Data k vyslání (Transmit Data Register, TDR)
1 1 Čtení Přijatá data (Receive Data Register, RDR)

Všimněte si, že do řídicího registru je možné pouze zapisovat, nelze z něj číst, naopak stavový registr lze pouze číst,nelze do něj zapisovat. Není to totiž potřeba. Totéž s datovými registry – při čtení se čte to, co obvod přijal (a nezajímá nás to, co jsme odeslali). Při zápisu je jasné, že chceme data vyslat, nedávalo by smysl zapisovat do přijatých dat.

Řídicí registr CR

Osmibitový registr CR řídí čtyři funkce obvodu:

  • Bity 0 a 1 nastavují dělicí poměr hodin, viz výše.
    CR1 CR0 DĚLITEL
    0 0 1
    0 1 16
    1 0 64
    1 1 RESET

    Poslední kombinace nenastavuje dělitele, ale celý obvod resetuje do výchozího nastavení, tj. vyprázdní registry anuluje příznaky. My použijeme kombinaci 01, tj. dělení 16. Kdyby bylo potřeba rychlost snížit, použijeme kombinaci 10, tj. dělení 64, a obvod bude komunikovat rychlostí 28800 Bd.

  • Bity 2, 3 a 4 nastavují délku vysílaných a přijímaných dat (sedmibitové nebo osmibitové), zda se pracuje s paritou a kolik je stop bitů. Tyto informace najdete např. i v nastavení Hyperterminálu, když půjdete hledat detaily připojení. Pro naše účely použijeme kombinaci 101, tj. osmibitový přenos, bez parity, 1 stop bit.
  • Bity 5 a 6 určují, jestli vysílač po odvysílaném bajtu bude žádat o přerušení a v jakém stavu bude výstup RTS
  • Bit 7 určuje, jestli přijímač bude vyvolávat přerušení v případě chyby.

Pro bližší popis odkazuju zájemce opět k datasheetu, my použijeme hodnotu 15h (0 00 101 01 binárně), tj. osmibitový přenos, bez parity, přerušení zakázané a přenosová rychlost 115200 Baud (Baud je jednotka „bitů za sekundu“ –včetně start a stop bitů).

Stavový registr SR

Svět není dokonalý, život není fér a asynchronní sériové přenosy nejsou nijak sladěné s biorytmy našeho procesoru.Pokud pošlu bajt do 6850, začne ho obvod vysílat. Ovšem předtím je dobré podívat se, jestli už dokončil vysílání toho předchozího. Při příjmu je zase dobré se podívat, jestli nějaký bajt už načetl, a pokud ho načetl, tak ho zpracovat, aby se uvolnilo místo pro další bajt. Popřípadě získat informaci o tom, jestli nedošlo k chybě. Tyhle informace jako když najdete ve stavovém registru SR.

Pokud načtete bajt ze SR, tak vás jednotlivé bity informují o následujícím:

  • Bit 0 – Receiver Data Register Full (RDRF). Pokud je nastaven na 1, znamená to, že obvod načetl bajt po sériové lince do přijímače a bylo by záhodno ho zpracovat. Jakmile procesor přečte stav datového registru, je bit RDRF nastaven na 0. Nula znamená, že žádný nový bajt nepřišel.
  • Bit 1 – Transmitter Data Register Empty (TDRE). Jakmile zapíšete do datového registru bajt, nastaví se TDRE na 0 a obvod začne bajt vysílat po sériové lince. Jakmile ho vyšle, nastaví tento bit na 1. Programátor by si měl před tím, než nějaký bajt pošle, zkontrolovat, že může – tedy že bit TDRE = 1.
  • Bity 2, 3 pracují s řídicími signály CTS, DCD, a já je tady s klidným svědomím opomenu.
  • Bit 4 – Framing Error (FE) znamená, že přijatá data byla špatně časována, např. že nepřišel požadovaný STOP bit.
  • Bit 5 – Receiver Overrun (OVRN). Overrun, neboli hezky česky přeběh, je stav, kdy přijímač přijal bajt, ale procesor ještě nezpracoval předchozí přijatý. Ten nově přijatý je tedy zahozený (protože jej není kam dát, žádný vnitřní buffer není) a nastaví se OVRN na 1, aby bylo jasné, že došlo k chybě.
  • Bit 6 – Parity Error (PE). Pokud využíváme přenos s paritou, zkontroluje 6850 paritní bit. Pokud byl chybný, nastaví příznak PE.
  • Bit 7 – Interrupt Request (IRQ) říká, že obvod požádal o přerušení z nějakého závažného důvodu. Buď byl přijat bajt a je povolené přerušení při přijetí dat, nebo byl odeslán bajt a je povoleno přerušení při odeslání, nebo vypadla nosná (DCD).

6850 a ALPHA

Jak připojit tento obvod k naší konstrukci? Tak, je jasné, že datová sběrnice přijde na datovou sběrnici procesoru. Co se vstupy CS, R/W a RS?

Vstup E povoluje obvodu komunikovat s procesorem (v logické 1). My budeme chtít tento obvod připojit jako periferii,tedy vstupně-výstupní obvod. Vývod IO/M shodou okolností říká právě to, jestli procesor chce pracovat s pamětí (0),nebo s periferií (1). Můžeme ho tedy přímo připojit na vstup E, tím se zajistí, že obvod ACIA bude reagovat jen na požadavky pro zápis a čtení do / z periferií a bude ignorovat operace s pamětí.

R/W určuje, jestli se bude zapisovat (0) nebo číst (1). V našem systému má podobnou funkci signál /WR – je 0, pokud procesor hodlá zapisovat, jinak je 1, takže může sloužit jako signál čtení (i když není /RD aktivní). Je to v pořádku, stačí to?

Podívejme se na to: Pokud bude procesor chtít zapisovat, pošle správný signál, ve všech ostatních případech bude číst. Nevadí to něčemu? Nevadí, protože bude odpojený od sběrnice díky vstupům CS a E.

Jenže moment: Podívejte se pořádně na průběhy signálů – signál IO/M je nastaven dřív, než proběhne cyklus ALE,a /WR je přitom neaktivní (=1). Takže ACIA začne číst a posílat hodnoty po datové sběrnici, takže by teoreticky mohl ovlivnit latchování adresy. Teď oceníme oddělovač sběrnice ze začátku této kapitoly.

Odpověď tedy zní: Nestačí to! Měli bychom signál E držet neaktivní, pokud ALE=1, protože obvod nemá oddělené povolovací vstupy pro zápis a čtení (jako mají třeba paměti). Popřípadě použít /CS2 pro ALE. Ale díky oddělovači to není třeba řešit.

Pracovat se s 6850 bude tedy pomocí instrukcí IN a OUT. Ty používají osmibitovou adresu, takže se teď ještě musíme postarat nějak o to, aby obvod správně z adresy poznal, že procesor komunikuje s ním. Navrhuju, pokud proti tomu nic nemáte, použít vstupy CS0, CS1 a /CS2 a připojit je na adresní vodiče A7, A6 a A5 takto:

A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
CS0 CS1 /CS2 RS

Obvod bude vybraný pouze tehdy, pokud budou nejvyšší tři bity adresy rovny 110. Na stavu ostatních bitů nebude záležet. Jakákoli adresa, která splní masku „110x xxxx“ vyhoví. Vyhovují tedy adresy C0h – DFh.

Na nejnižší bit A0 jsem připojil vstup RS. Ten vybírá mezi datovým (1) a řídicím / stavovým registrem (0). Adresy, které budou mít v nejnižším bitu 1, budou přistupovat k datovému registru (C1h, C3h, C5h, … DDh, DFh). Ostatní adresy budou přistupovat k řídicímu či stavovému registru (C0h, C2h, C4h, … DCh, DEh). Programátor si může vybrat kteroukoli z nich, jsou ekvivalentní.

Přesto doporučuju použít ty adresy, které mají v bitech A1-A4 logické 1. Do budoucna to ušetří případné mrzení s připojováním dalších periferií.

Proto si zapište- ACIA v počítači Alpha je zapojena takto:

Adresa Zápis Čtení
0DEh Řídicí registr Stavový registr
0DFh Data k odeslání Přijatá data

Musíme také přivést hodinový signál na vstupy RXCLK a TXCLK. Oba spojíme, protože chceme vysílat stejnou frekvencí jako přijímat. Připojíme je na vývod CLK z procesoru.Signál /RTS budeme ignorovat, vstupy /CTS a /DCD, sloužící k řízení přenosu, připojíme na zem.

Vývody RXDATA (vstup) a TXDATA (výstup) jsou už to sériové rozhraní… připojte je k převodníku USB-to-UART, samosebou kříženě (TxD na vstup RXDATA, RxD na výstup TXDATA). Počítač je připraven komunikovat, stačí ho jen naprogramovat!

Jak pracovat s 6850?

Na začátku musíme nastavit řídicí registr tak, jak potřebujeme. Už jsme si řekli, že to bude hodnota 15h. Tím je obvod nastaven a připraven k přijímání a vysílání dat. Rozšíříme tedy naší inicializační sekci:

Na začátku jsou pojmenované adresy ACIA (bázová adresa obvodu 6850 v našem počítači), ACIAC(ontrol), ACIAS(tatus) a ACIAD(ata). Vyhneme se tak programátorskému moru, „magickým konstantám“.

Do registru A uložíme požadované řídicí slovo (15h) a instrukcí OUT ho zapíšete na adresu ACIAControl (tj. 0DEh).Vnější logika našeho počítače se postará o to, že data neskončí v paměti, ale tam, kde mají, tj. v obvodu 6850.

Co dál? Obvod je nastaven, teď je zapotřebí vypsat ono obligátní HELLO WORLD. Někde v paměti tedy bude tenhle řetězec a my ho budeme bajt po bajtu procházet a vysílat na sériový výstup.

Když se řekne „vysílat“, tak si na to uděláme podprogram. Bude se jmenovat třeba SEROUT (jako že SERial OUTput) ajeho funkce bude, že vyšle hodnotu v registru A. Předtím si ale zkontroluje, jestli je vysílač volný. Musí si tedy načíst hodnotu stavového registru SR a zkontrolovat bit 1 (TDRE). Pokud je nulový, musí počkat, až bude 1.

Na začátku si uložím obsah registru A. Mám v něm ten bajt, co chci vyslat, ale budu ten registr potřebovat, protože si do něj načtu hodnotu stavového registru. Takže si jeho hodnotu uložím na zásobník.

Na dalším řádku načtu hodnotu stavového registru do registru A. Pak provedu logický součin (AND) s hodnotou 2.Hodnota 2 totiž binárně vypadá takto: 00000010 – jsou to tedy samé nuly, jen na pozici bitu 1, který potřebuju testovat, je jednička. Výsledkem logického součinu bude buď hodnota 2, pokud je bit 1 nastaven, nebo 0, pokud je nulový.

Připomeňme si: pokud je bit 1 stavového registru nulový, znamená to, že obvod 6850 ještě vysílá předchozí data a my musíme počkat, dokud to nedokončí. Tedy pokud je (hodnota stavového registru AND 02) rovna nule, čekáme. A přesně to zajišťuje další instrukce JZ. Pokud je příznak Z=1 (tedy předchozí operace skončila s výsledkem 0), tak JZ skáče. Tady se skáče opět na načtení stavového bajtu a vše se opakuje, dokud není výsledek nenulový. V tu chvíli už víme, že má 6850 volno a můžeme vysílat.

Pokud je tedy volno, přečteme si ze zásobníku zpět hodnotu, co byla původně v registru A a pomocí OUT ji zapíšeme do datového registru 6850 – ACIAData.

Správná otázka je: Co se stane, když náhodou bude obvod 6850 vadný, nebo nebude zapojený správně a bude vracet pořád hodnotu 0? V takovém případě, ano, tušíte správně, jste právě vygenerovali nekonečnou smyčku, ve které se bude procesor točit do skonání věků – pardon, do vypnutí napájení, do RESETu nebo do přerušení.

Výpis řetězce

Už zbývá jen detail – dát to všechno dohromady. Máme inicializovaný obvod ACIA, máme někde podprogram, který umí poslat znak na sériové rozhraní, teď už jen stačí vytvořit smyčku, která bude posílat jednotlivé znaky nejznámějšího nápisu v historii programování.

Buď můžeme zvolit postup mechanický, tedy postupně volat SEROUT s hodnotami pro znaky H, E, L, L, O… v registru A, nebo si ty znaky můžeme někam nějak zapsat a ve smyčce je postupně načítat.

Nejjednodušší způsob je uložit si nápis někam do paměti jako posloupnost znaků. K tomu slouží direktiva DB. Na začátku programu si do registrů HL uložíte adresu prvního znaku nápisu. Pak stačí jen opakovat následující postup:

  1. Přečíst hodnotu z adresy, na kterou ukazuje HL, do registru A: MOV A, M
  2. Zavolat SEROUT: CALL SEROUT
  3. Zvýšit hodnotu HL o 1: INX H
  4. Opakovat od bodu 1: JMP 1

Ale pozor – takto zapsáno to je nekonečná smyčka, která bude posílat stále dokola kompletní obsah paměti. Potřebujeme říct, kdy má přestat.

Používají se v zásadě tři postupy. První je ten, že za poslední znak dáme ještě znak 0. Někdy se tomu říká také ASCIIZ (ASCII s ukončovací nulou – Zero), někdy se tomu říká CSTR (protože takový způsob ukládání řetězců volí jazyk C).Pokud v bodu 1 načteme hodnotu 0, tak je vypsaný celý řetězec a můžeme skončit. Nevýhoda: Součástí řetězce nesmí být samotný kód 0.

Druhý způsob je ten, že jako první hodnotu řetězce dáme jeden byte, který bude obsahovat délku řetězce v bajtech.Tomuto způsobu se také někdy říká PSTR, protože takto ukládá řetězce Pascal. Algoritmus je o něco složitější:

  1. Přečíst hodnotu z adresy HL do registru C: MOV C, M
  2. Zvýšit hodnotu HL o 1: INX H
  3. Přečíst hodnotu z adresy, na kterou ukazuje HL, do registru A: MOV A, M
  4. Zavolat SEROUT: CALL SEROUT
  5. Zvýšit hodnotu HL o 1: INX H
  6. Snížit hodnotu C (Counter) o 1: DCR C
  7. Pokud je hodnota nenulová, skočit na bod 3: JNZ 3

Ve skutečnosti zkušený programátor vynechá bod 5 a v bodě 7 skáče na bod 2 – tím ušetří jeden bajt. Je jedno, jestli se hodnota HL zvýší před skokem, nebo po skoku, efekt je stejný. Nevýhoda: řetězec může mít maximálně 256 znaků.

Třetí způsob využívá toho, že se většinou u takových počítačů používá jen prostá znaková sada ASCII, která má definované znaky jen v rozsahu 00 – 7Fh. Tedy žádné speciální, semigrafické, přehlásky, … Pokud je tomu tak, tak se použije způsob, podobný tomu prvnímu, ale s tím rozdílem, že místo toho, abychom za poslední znak přidali 0, tak my zapíšeme poslední znak tak, že mu nastavíme nejvyšší bit na 1 (tedy ho posuneme do rozmezí 80h-FFh). Výhoda je, že řetězec nezabírá ani o jediný byte navíc. Nevýhoda je, kromě toho, že nelze použít speciální znaky, třeba i složitější obsluha, ale zas tak hrozné to není. Představme si podprogram STROUT, který tento postup implementuje:

Načtený bajt nejprve ošetříme a případný nastavený bit 7 znulujeme. Pak výsledek pošleme na výstup.

Znovu si načteme stejný bajt, a tentokrát se podíváme na nejvyšší bit. Pokud je nenulový, máme vše za sebou a vracíme se pryč (RNZ). Jinak standardní postup: Přejít na další adresu a celé opakovat znovu!

Všechny tři postupy mají svá pro a proti a své výhody a omezení. Který způsob použijete, to záleží na vás. V dobách osmibitů se hojně používal poslední (s negovaným bitem 7), ale pokud počítáte s tím, že například budete zobrazovat i jiné znaky než standardní sedmibitové ASCII, musíte zvolit jiný postup. Koncová nula je široce používaná dnes, právě díky tomu, že takto implementuje řetězce standardní Céčko. Takový řetězec může mít libovolnou délku, ale nesmí sám obsahovat nulu. Navíc to každý řetězec prodlouží o jeden byte.

Hotový program

Na začátku proběhne inicializace – studený (cold) start. Nastaví se zásobník (bez něj by nefungovaly podprogramy) a obvod ACIA. Po inicializaci startuje vlastní obslužný program (teplý start). Tedy program: uloží do HL adresu řetězce, zavolá funkci STROUT a jede se znovu.

Zvolil jsem nakonec ukládání řetězců „tradičně osmibitově“. Na posledním řádku vidíte znaky k výpisu. Znak 0Dh je řídicí znak pro terminál, konkrétně CR – návrat kurzoru na začátek řádku. 0Ah je přechod na nová řádek. A protože znak přechodu na nový řádek je poslední, musí být jeho hodnota zvýšena o 80h (což je ekvivalent nastavení bitu 7)

Assembler ASM80 s těmito triky počítá, tak nabízí pseudoinstrukce .pstr, .cstr a .istr – příklad:

Všechny tři uloží do paměti řetězec HELLO WORLD, ale první ho uloží v „Pascal style“, tedy první byte bude délka a za ním znaky. Druhý ho uloží v „C style“ s nulou na konci. Třetí ho uloží v „inverted style“ – tedy poslední znak s nastaveným bitem 7.

Rubriky: ASM80.com, Hardware, Software | Štítky: , , , , | Komentáře nejsou povolené u textu s názvem Alpha: Sériové rozhraní

Alpha: První program

Nejjednodušší program bude obligátní „blikání LEDkou“. Po pravdě řečeno – zatím nemáme moc jiných způsobů, jak sepřesvědčit, že systém funguje, kromě zmíněného připojení rezistorů k datové sběrnici, simulace instrukce NOP a sledování změn na adresové sběrnici. Ale máme LED na výstupu SOD!

Zapojte tedy obě paměti k procesoru a zkusíme si naprogramovat první program. Bude to nějak takto:

A máme to, rachota skončila, můžeme pokračovat…

Vlastně ne, teď to teprve začne. Musíme tohle všechno naprogramovat v assembleru. Začneme inicializací.

Nejprve řekneme assembleru, že program bude začínat na adrese 0. Bývá dobrým zvykem si tento bod nějak pojmenovat – třeba návěštím RESET.

První instrukce je DI. Ta zakáže přerušení. Náš systém sice přerušení nepoužívá, ale patří k dobrému zvyku na začátku práce, než jsou nastavené všechny potřebné věci, zakázat přerušení. Kdyby nějaké přišlo dřív, než je nastavený například ukazatel zásobníku, systém by zhavaroval.

Další instrukce nastaví ukazatel zásobníku na konec paměti RAM. Ta u Alphy zabírá paměťový prostor 8000h – FFFFh. Takže nastavíme SP na hodnotu „o jedna vyšší než poslední volná adresa“ – tedy FFFFh+1 = 0000H. Instrukce LXI SP poslouží výborně.

Po této inicializaci máme procesor připravený na práci. Nemusíme inicializovat nic víc – ostatně v našem systému nic víc není. Můžeme tedy napsat tu smyčku:

Nejprve nastavujeme SOD na 1. K tomu slouží instrukce SIM. Připomeňme si: tato instrukce vezme hodnotu v registru A a podle ní nastaví SOD a masku přerušení (ta nás teď nezajímá). Pro nastavení musí být druhý nejvyšší bit (D6) roven 1. Pokud tomu tak je, procesor pošle hodnotu nejvyššího bitu (D7) na výstup SOD.

Následuje volání čekací smyčky. Tu zatím neřešíme, ta bude „někde, nějak, později“. Prostě jen skočíme na adresu,kde bude čekací rutina, a ta se pomocí instrukce RET zase vrátí zpátky.

Následuje analogicky nastavení SOD na hodnotu 0, opět volání čekací rutiny, a po ní skok zase na začátek celého procesu.

Tím je jádro programu hotové. Jak na tu čekací smyčku?

K čekání se mohou použít různé způsoby. Například instrukce NOP – zabere 4 takty, což u našeho systému představuje zhruba 2,17 mikrosekund. Pokud jich použijeme tisíc, bude to 2,17 milisekund, pokud sto tisíc, bude to 217 milisekund, tedy skoro čtvrt sekundy. To by šlo použít.

Teda, šlo, kdybychom mohli do paměti uložit sto tisíc instrukcí. Nemůžeme. 32768 je maximum. Co s tím?

Opět použijeme smyčku. Prázdnou, uvnitř se nebude dít nic. Jen budeme odečítat od zadané hodnoty k nule, a až dojdeme k té nule, smyčka skončí. Nějak takto:

Použijeme dvojici registrů D, E. Do ní si uložíme časovací konstantu, a pak budeme jen ve smyčce snižovat hodnotu DE o 1 a kontrolovat, jestli je výsledek 0. Pokud ano, tak skončíme, pokud ne, točíme se znovu.

Smyčka DLOOP začíná snížením hodnoty v dvojici registrů D a E – DCX D. Teď musíme zkontrolovat, jestli je výsledek 0. Bohužel (šestnáctibitová) instrukce DCX nenastaví příznak zero (to dělají jen instrukce osmibitové). Použije se opěttrik, totiž logický součet (OR) hodnot v registrech D a E. Výsledek bude 0, pokud D i E budou nulové. A protože nemáme takto obecnou instrukci, musíme si nejprve hodnotu z jednoho registru zkopírovat do akumulátoru a pakudělat OR s druhým registrem. Instrukce ORA podle výsledku nastaví příznak Z a my tedy můžeme podle toho skákat – instrukcí JNZ, což je vlastně JUMP if NOT ZERO.

A teď otázka za sto bodů: Jak dlouho ta smyčka bude probíhat? Jasně, záleží to na té konstantě a bude to přímo úměrné. Ale kolik to bude? Dalo by se to spočítat?

Inu, dalo. Vezměte si k ruce tabulku s instrukcemi a jejich trváním a napište si, kolik která instrukce zabere taktů:

Pokud bude konstanta = 1, proběhne tento cyklus přesně jednou. Zabere to tedy 10 + {6 + 4 + 4 + 7} + 10 = 41 T

Pokud bude konstanta = 2, proběhne tento cyklus takto:

10 + {6 + 4 + 4 + 10} + {6 + 4 + 4 + 7} + 10 = 65 T

Pokud bude konstanta = 3, poběží následujícím způsobem:

10 + {6 + 4 + 4 + 10} + {6 + 4 + 4 + 10} + {6 + 4 + 4 + 7} + 10 = 89 T

Je tedy vidět, že základní čekací doba je 41 T, a pokud zvýšíme konstantu o 1, zvýší to čekání o 24 T. Vzorec tedy je:

T = 41 + (N – 1) x 24

a z toho: N = (T – 41) / 24 + 1

Pokud bude konstanta rovna 100, bude čekání 41 + 99 x 24 = 2417 T.

Je to logické. První a poslední instrukce (LXI, RET) proběhnou vždy jen jednou (20T). Vnitřní smyčka jsou čtyři instrukce, a doba jejich provádění se liší podle toho, jestli už se dosáhlo nuly. Pokud ne, tak instrukce JNZ skáče a trvá 10T. Pokud ano, instrukce JNZ neskáče a trvá jen 7T. Průchod smyčkou tedy trvá 24T (6 + 4 + 4 + 10), pokud jde o poslední průchod, tak pouze 21T.

Vzorec můžeme samozřejmě zapsat jako T = 24 * N + 17

Co se stane, když bude konstanta rovna 0? No, hned první DCX D odečte jedničku od 0000h, operace přeteče a výsledek bude FFFFh. Smyčka se tedy vykoná nikoli nula krát, ale 65536x!

Kolik vlastně taktů potřebujeme takto „propálit“, aby bylo zpoždění třeba půl sekundy? Víme, že procesor pracuje s taktem 1,8432 MHz, to znamená, že za sekundu vykoná 1 843 200 taktů. Na půlsekundové zpoždění tedy potřebujeme polovinu, ergo 921600 taktů. Zanedbáme takty, které zabere volání podprogramu instrukcí CALL, časování není zde úplně kritické.

Magická konstanta N bude tedy:

N = (921600 – 41) / 24 + 1 = 38399 (zaokrouhleně)

A co kdybychom chtěli blikat ještě pomaleji, třeba se sekundovými čekacími smyčkami? No, je to prosté, použijeme dvojnásobnou konstan… aha! Dvojnásobná hodnota je 76798, a to se nám do registrů nevejde. Tak zavoláme půlsekundové čekání dvakrát!

Anebooo – co když do smyčky mezi DCX D a MOV naházíme několik NOPů? Třeba pět:

Pět NOPů, každý po 4T, to máme 20 T. O tuto hodnotu se zvýší čas nutný k průchodu smyčkou. Vzorec se tedy změní na:

T = 61 + (N – 1) x 44

Půlsekundové zpoždění s touto rutinou bude vyžadovat konstantu 20945, sekundové pak 41890. Platíme za to tím, že program zabere v paměti víc místa.

Všimli jste si drobné nevýhody celé rutiny? Pracuje s registry D, E a A. Co když ale v A jsou nějaké informace, které chceme zachovat?

Lze samozřejmě použít PUSH PSW a POP PSW, tedy uložit registr A a opět ho obnovit. A asi i rovnou uložit DE. Ale jsme v assembleru: neděláme nic, co není nutné!

Můžeme rozložit dekrement dvojice registrů D a E na dvě vnořené smyčky. V té vnitřní se bude dekrementovat hodnota v registru E, v té vnější hodnota v registru D. Díky tomu, že instrukce dekrementace osmibitového registru správně nastavuje příznaky, můžeme rovnou testovat, zda je výsledek operace 0:

Vzorec se trošku zesložití – zachována zůstane konstanta 20 T na první a poslední instrukci. Nejvnitřnější smyčka zabere 14 T / 11 T (pro E nulové): 14 x (E – 1) + 11

Vnější smyčka zabere (počet taktů vnitřní smyčky) + 14 T / 11 T pro D = 0. Nesmíme ale zapomenout na to, že hodnota E se uvažuje pouze při prvním průběhu, při dalších už je E = 256 (ve skutečnosti 0, ale ta se chová jako 256).Pokud je E=256, zabere vnitřní smyčka 3581 T.

Tedy:

(14 x (E – 1) + 11) + 11 (to je první průběh smyčkou E + hodnota pro poslední průběh smyčkou D) plus

(D – 1) x (14 + 3581) (průběh plnou smyčkou E + vlastní smyčka D)

T = 20 + 14 x (E – 1) + 11 + 11 + (D – 1) x (14 + 3581) = 42 + 14 x (E – 1) + 3595 x (D – 1)

Zásadní rozdíl proti předchozí verzi je, že registry D a E jsou dekrementovány nezávisle, takže pokud nastavíte hodnotu DE = 0001h, bude se to ve skutečnosti chovat, jako by v registru D byla hodnota 256. Nejnižší možná hodnota, při níž proběhne rutina lineárně bez jakýchkoli skoků je tedy 0101h. Pak zabere rovných 42 T. Pokud bude hodnota 0000h, bude to jako D=256 a E=256, tedy provedení bude trvat 920337 T. Což je o něco méně než půl sekundy…

Překlad a spuštění

Program máme napsaný, teď nastal čas ho přeložit. Spusťte si ASM80 (https://www.asm80.com) a kliknutím na New file založte nový soubor. Do něj napište výše uvedené příkazy. Uložte jej pod názvem test.a80 – přípona .a80 je důležitá, podle ní překladač pozná, že jde o program pro procesor 8080/8085). Klikněte na Compile.

V seznamu souborů vlevo se objeví dva nové soubory: test.a80.lst a test.a80.hex. První je výpis programu včetně operačních kódů a umístění v paměti, takzvaný listing:

Druhý (HEX) je kód, určený k naprogramování paměti. Stáhněte si jej (pravý klik na název, Download) a použijte k nahrání do paměti EEPROM. Konkrétní postup se liší podle zvoleného programátoru.

Paměť zapojte zpátky do systému a zapněte napájení. Pokud jste neudělali při zapojení nikde chybu, měla by dioda po chvilce blikat s frekvencí 1 Hz. Úvodní prodleva je dána velikostí RC článku na vstupu RESET.

Funguje? Gratuluji, právě jste si postavili vlastníma rukama osmibitový počítač a naprogramovali ho!

Námět na cvičení: Tato úloha by šla přepsat tak, aby nevyžadovala paměť RAM. Konstrukci tak můžete oživit jen s třemi IO: procesor, adresový latch a paměť ROM. Stačí místo volání podprogramu (CALL) zkopírovat čekací rutinu na dané místo. Dvakrát.

Rubriky: ASM80.com, Hardware, Software | Štítky: , , , | 1 komentář

Alpha: paměť

Samotný procesorový obvod, jak jsme si ho navrhli v minulé kapitole, k ničemu není. Respektive – můžete ho zapojit,připojit datovou sběrnici přes rezistory (třeba 10k) na zem a sledovat, jak se na nejvyšším bitu adresy (A15) mění 1 a 0, protože procesor stále dokola čte celou paměť od 0000 do FFFFh, všude najde operační kód 00 (to jsou ty rezistory připojené k zemi), ten znamená „nedělej nic a načti další instrukci“, takže se obsah registru PC (Program Counter) zvýší o 1 a celý cyklus se opakuje. Když si k A15 připojíte LEDku přes rezistor, měla by bliknout cca 7x za sekundu. To znamená, že celý paměťový rozsah zvládne na dané frekvenci projít procesor za sekundu sedmkrát.

Právě jste stvořili úžasný 16bitový čítač. Ale to asi nebude to, co chceme. Musíme zajistit, aby procesor měl covykonávat. Musíme mu dát paměť, kde bude program a data.

Procesor po spuštění nemá žádný mechanismus, jak třeba vzít program odněkud odjinud a nahrát ho do paměti. O tose musíte postarat sami. A nejčastější způsob je ten, že použijete paměť ROM (spíš EPROM či EEPROM / FLASH), vníž je uložený nějaký základní ovládací program.

Tím programem byl nejdřív takzvaný bootstrap, tedy krátký program (512 byte třeba), který dokázal načíst datatřeba z pásky, ze čtečky karet, z pevného disku, zkrátka odněkud, nahrát je do paměti a spustit. S podobnýmpostupem se můžeme setkat třeba u Arduina: zde je v procesoru uložený bootstrap loader, který čeká, jestlináhodou počítač neposílá nějaká (přesně daná) data. Pokud ano, přepne se do programovacího módu a nahrajepřicházející data do paměti.

Později se z bootstrapu stal Monitor. Monitor byl už o něco větší program, který už komunikoval s obsluhou a uměl provést jednoduché příkazy, např. pro prohlížení paměti, její změnu, načtení programu z externích pamětí a jeho spuštění. Pokud pamatujete na počítač PMD-85 v první verzi, tak se po zapnutí ohlásil právě monitor. Vy jste pomocí MGLD mohli nahrát do paměti něco z magnetofonu, spustit to pomocí JUMP, nebo z externího rompacku stáhnout a spustit BASIC G

U některých počítačů, většinou domácích, už se monitor ani nepoužíval, už startoval rovnou vyšší jazyk (BASIC).

Profesionální počítače, určené třeba pro práci s CP/M, se zase pomalu vrátily k malým obslužným programům. Neříkalo se jim bootstrap, na to byly příliš velké, a ani Monitor, protože nekomunikovaly s obsluhou. Ujala se zkratka BIOS podle jedné ze základních částí CP/M (Basic Input Output System). BIOS je spíš kolekce rutin aprogramů, která ovládá hardware konkrétního počítače. Systém nemusí řešit, kde přesně a jak je připojen disk, to ví právě rutina v BIOSu. Po startu se spustí CP/M loader právě z BIOSu.

U jednodeskových počítačů se používal model „Monitor“. Takový monitor se vešel i do 1 kB ROM. K tomu nabídl jednodeskáč třeba 1 kB RAM, a bylo!

Chtěl jsem dodržet ducha doby, ale na rovinu přiznávám, že tehdejší paměti, třeba 2kB EPROM a 1 kB SRAM, jsou už dnes dílem nesehnatelné, dílem sice sehnatelné, ale zato se s nimi mizerně pracuje… Opravdu vás nechci nutit shánět ultrafialovou mazačku EPROM!

Proto nepoužijeme EPROM, použijeme EEPROM, tu můžeme vymazat jednodušeji. I naprogramovat…

Budič sběrnice

Ale ještě předtím by bylo fajn udělat jednu úpravu. Totiž posílit a oddělit datovou sběrnici. Procesory obecně nemají příliš silné výstupní obvody, a když na datovou sběrnici připojíte víc obvodů, přetížíte ji. Se dvěma paměťovými obvody, obvodem ACIA a bufferem na adresu budeme už na hraně. Proto před tím, než budeme cokoli přidávat, připojíme posilovač.

Mimochodem: Pravidlo pro nízkou spotřebu a malé zatížení sběrnice zní: Používat CMOS kde to jde. Vyhněte seobvodům TTL (74, 74LS, 74ALS apod.) a hledejte CMOS verze (74HC, 74HCT, 74ACT). Totéž platí i pro periferní obvody – například dále probíraný obvod PIO 8255 lze sehnat i v CMOS verzi 82C55, která má nižší spotřebu a téměř nezatěžuje sběrnici. CMOS verze bývají většinou plně kompatibilní se svojí předlohou, občas bývají mírně vylepšené…

Použijeme obvod 74HCT245, což je osmice obousměrných bufferů a budičů. Vstupem DIR se určuje směr toku dat (0= z B do A, 1= z A do B), vstupem G se přepíná obvod do stavu vysoké impedance (pokud je vstup G=1, je obvod odpojen a výstupy A i B ve stavu vysoké impedance).

Spojil jsem vstup G se signálem ALE, díky tomu je ve chvíli, kdy procesor na sběrnici posílá spodní část adresy, obvod odpojen a neruší. Takže kdyby nějaký periferní obvod chtěl posílat data ve chvíli, kdy procesor řeší latchování nižší části adresy (ALE=1), je datová sběrnice oddělená.

Díky tomuto zapojení jsou k datové sběrnici připojeny maximálně dva obvody, a díky signálu ALE jsou zapojeny „proti sobě“, tedy vždy je aktivní jen jeden z nich. Celá „procesorová“ část vypadá tedy takto:

(EEP)ROM

Já vím, není to nic úplně jednoduchého, co by se vám válelo doma, ale doporučuji buď koupit programátor pamětí EEPROM, nebo si ho postavit z Arduino MEGA. Není potřeba vymýšlet kolo, návody už existují a většinou stačí jen propojit vývody z MEGY s vývody paměti: http://danceswithferrets.org/geekblog/?page_id=903 – já to dělám zrovna tak, použiju nepájivé kontaktní pole, to propojím s Arduinem Mega, do pole pak zasouvám paměti a programuju jako po másle.

Použijeme EEPROM o velikosti 32 kB. Tyto paměti se vyrábějí pod označením 28C256 (podle výrobce např.AT28C256). Jsou dobře dostupné a mají i vhodné pouzdro DIP.

Datové vývody D0-D7 není třeba představovat. A0 až A14 je naše známá sběrnice s adresou (15 bitů = 32 kB) a tři signály slouží k ovládání paměti. /WE povoluje zápis (my ho v systému připojíme natvrdo k log. 1 a tím zápis zakážeme – paměť naprogramujeme v programátoru.) /CE (Chip Enable) říká paměti, že má reagovat na pokyny -pokud je 0, paměť reaguje, pokud 1, paměť se odpojí. A konečně /OE (Output Enable) povoluje čtení z paměti, tzn. žena výstupech IO0-IO7 je vystavena hodnota, uložená v paměti na adrese dané adresovými vstupy.

No jo, ale co když budeme potřebovat třeba jen 8 kB ROM? V takovém případě zkrátka připojíte vstupy A13 a A14 na log. 0 (zem), a v paměti budou tři čtvrtiny prostoru nevyužité. Takový způsob zapojení se někdy používá i záměrně – v jedné paměti máte např. čtyři alternativní firmwary, a buď pomocí mechanických přepínačů, nebo pomocí nějaké vnitřní logiky, si můžete volit, který firmware chcete použít. (I některé počítače to tak měly – vzpomínáte na ZXSpectrum 128 a jeho dva BASICy?)

RAM

Paměť RAM použijeme typu 62256. Její vývody jsou rozložené takto:

Letmým pohledem zjistíme, že jsou obě paměti zapojeny naprosto stejně! Až na určité rozdíly ve značení. Místo /CE(Chip Enable) je signál /CS (Chip Select), ale význam je stejný.

Paměťový subsystém a adresace

Máme tedy dva kusy paměti, každý s velikostí 32 kB, a jeden procesor s adresním prostorem 64 kB. Úplně se nabízí rozdělit dostupný prostor na dvě poloviny, jedna bude od 0 do 32767, druhá od 32768 do 65535, v jedné bude ROM, ve druhé RAM. Otázka pro bystré hlavy: Kde bude která paměť?

Odpověď se skrývá v předchozích odstavcích: procesor po RESETU začne provádět program od adresy 0000h, takže na téhle adrese by měla být ROM. Ergo ROM bude na adresách 0000h – 7FFFh, RAM na adresách 8000h – FFFFh.

A teď: jak budeme připojovat? Oba obvody připojíme naprosto stejně: datovou sběrnici na datovou sběrnici procesoru, adresovací signály A0 až A14 na odpovídající vývody procesoru. Vývod A15 z procesoru necháme zatím stranou, ten použijeme později.

Signál /OE (Output Enable) připojíme na signál /RD. Připomeňme si: Signálem /RD říká procesor, že bude číst. Vstup/OE u paměti slouží k tomu, že povolí výstup uložených informací na datovou sběrnici. To je vlastně přesně to, co potřebujeme: když chce procesor číst, pošle signál /RD, a ten „otevře“ výstup naší paměti.

Analogicky připojíme vstup /WE (Write Enable) u paměti RAM k signálu /WR u procesoru. Jen u RAM, u EEPROM ne. Asi nechceme, aby náhodná chyba v programu přepisovala obsah paměti EEPROM…

Poslední vstup, který zbývá, je Chip Select (/CS, u RAM značen jako /CE, ale funkce je stejná). To je „univerzální povolovací vstup“. Pokud je neaktivní (log. 1), tak paměť ignoruje vše, co se na ostatních vývodech děje. Pokud je aktivní (log. 0), vykonává operace čtení a zápisu podle výše popsaných signálů.

Protože jsme spojili paralelně datové výstupy obou pamětí, bylo by fajn nějak zajistit, aby v jeden okamžik posílala svoje informace jen jedna paměť. Která? No to záleží na stavu vodiče A15.

Vodič A15 je v log. 0 tehdy, když procesor přistupuje na adresy 0000h – 7FFFH, v log. 1 pokud přistupuje na horní polovinu prostoru. Pokud je tedy A15 = 0, měla by být vybrána paměť EEPROM, pokud je A15 = 1, měla by být vybrána paměť RAM.

Ovšem ne vždy! Jen tehdy, když procesor přistupuje k paměti! Vzpomeňte si – k tomu slouží signál IO/M. Pokud procesor chce přistupovat k paměti, je tento signál v log. 0.

Tedy shrnuto:

Stav /CE …pokud je
/CE u paměti EEPROM (/ROMCS) aktivní (0) A15 = 0 a zároveň IO/M = 0
/CE u paměti RAM (/RAMCS) aktivní (0) A15 = 1 a zároveň IO/M = 0

Pro paměť EEPROM jde tedy o logickou funkci A15 OR IO/M, pro paměť RAM to je (NOT A15) OR IO/M. Abychom zbytečně nepoužívali hradla OR a NOT, použijeme jedno pouzdro 74HCT00 – tedy 4 x NAND, a to takto:

/ROMCS = (NOT A15) NAND (NOT IO/M)

/RAMCS = A15 NAND (NOT IO/M)

Jedno hradlo bude invertovat IO/M, druhé bude invertovat A15, třetí vytvoří signál /ROMCS, čtvrté /RAMCS.

A máme to! Kompletní schéma je zde:

Můžete si zkusit vytvořit první program, nahrát si ho do EEPROM a nechat blikat LEDku na výstupu SOD.

Rubriky: Hardware | Štítky: , , , , | 2 komentáře