目的
Tang-Nano-9Kで(限定的だが)NESを動かせる事が出来たので、次のステップとして単体動作を夢想する。
データは内蔵RAMに書き込むか、SDに格納できる筈。
LCDは見本がそこそこ有るから、後は操作するGamepadの接続かな。
ちらっと見た限りでは、USB接続のものしか見当たらない。
配線をばらしてディスクリート接続すると言う手も有るが、
◆◆◆ そうだ、Tang-Nano-9KにUSB接続でつなげよう ◆◆◆
USB1.0なら見本が有るから、何とかなるでしょう。
方針
USBは1.0(1.5Mbps)から始まりUSB4(40Gbps)迄進化してるが、今回は1.0のロースピード。
※USB1.1は仕様の明確化のみ、1.0と規格は同一。
USB1.0には速度の異なる2種類のグレードが規格化されている
Low-Speed ロースピード 1.5Mbps
Full-Speed ハイスピード 12Mbps
12Mbps程度ならFPGAで十分制御可能な筈だが、High-Speed動作では18mAの定電流駆動が必要。
これは、Tang-Nano-9Kの入出力端子ではドライブできない。
※やってみたら、無視できない遅延が発生していた。
従ってGamepadは、通信がロースピードのみの対応とする。
FPGAでのUSB接続例はジオシティーズに２０年前に公開されていたが閉鎖され今は下記に。
「FPGAでPC-8001を作る計画」
このプロジェクトのUKP部分を切り出しそのまま使えばよかったのだが...
新たなconfigデータが必要になる事を考慮し、先行して機能拡張を推進...
一応拡張できたので取り合えず本家ukpの初期化データで動作させた所、そのまま動作してしまった。
※購入したGamepadがHID機器と同一のコマンドで動作するとは。
※このGamepad、安かったけどキーストロークが長くアクション操作には不向き。
やって来た事のかなりの部分が、特に要らない事になってしまった。
小さくまとめ上げるのであれば、本家ukpを使った方が効率良いと思う。
※但し、本家ukpでは外部信号を直接使っている部分が有り、誤動作するかも。
なお、本家ukpに対し下記を拡張している。
アドレスを8bitから12bitに拡張。
12bitアドレスでジャンプ可能なjmp命令追加。
jmpした番地に戻れるret命令追加。
送信データのNRZ変換機能を追加。※本家ukpはNRZ変換後のデータを扱う。
この追加により、新たなコマンドの追加が容易になっている(はず)。
成果物
「fpganes Tang-Nano-9K バージョン」
「fpganes Tang-Nano-9K ローダー」
「fpganes Tang-Nano-9K モニター」
必要な追加機器
□GamePad ※ロースピード(1.5MHz)で動作するもの。
□USBコネクタ(メス)
あると便利
□ロジックアナライザー
□USB中継基板
機能概説
UKPは接続されたデバイスを、HID接続として動作させている。
以下機能を、UKPハードと、UKPソフトと、UKPI/Fに分けて説明する。
□UKPハード
12MHzのクロックで動作し、1/8分周して1.5Mbpsの信号を作成。
※PLLが不足しているので、126MHzを1/10.5分周して約12MHzを作成。
ない物ねだりだが、もそっと何とかならないみのかな。
ホスト側にはプルダウン抵抗が必要だが、FPGAの内部抵抗で代用。
□UKPソフト
ソフトはコマンドの送信と受信から成り立ってる。
初期化時はsetadr1でUSBチャネルを1に設定後、setconfig1でconfigを送信する。
コマンド送信後はrcvdtでACKを受信する(が読み飛ばす)。
初期化後はin10を定期的に発行し、デバイスからのデータを受信する。
ソフトはukprom.vに、通常のverilogと同形式で書き込む。
ukp.sをasukpでアセンブルすると、コンパイル可能なukprom.vが出来上がる。
asukpを動作させるには、perlの動作環境が必要。
※今回使用したukp.sとasukpは[fpganes Tang-Nano-9K バージョン]に添付。
※当方はmingwin32環境で実行、./asukpと打てば動作する。
□UKPI/F
初期化が完了すると、ホストからのリクエストにデバイスが応答を返す。
下図は応答の一例だが、ukprdyがhiの期間にukpstbが8回動作する。
そのタイミングでukpdatを読み取る。
読み取ったデータをukp2nesで、fpganesが必要とする形に変換している。
※当方のGamepadでは、押さなくても毎回応答が帰って来てる。
※参考資料はGamepadにしか対応していない。
ロジアナ
波形解析とプログラムデバッグには、ロジアナが有効だった。
※USB波形解析とか、周期の長い信号の観測に威力を発揮。
※USBも含め２５種類の解析が出来るらしい。
20年前はUSB1.0の波形観測も一苦労だったのだろうが、今では簡単に行える。
※多少の投資は必要だが、便利な世の中になったものだ。
最大サンプリング速度は100Mbps。
計測データはUSB2でパソコンに送るので、HDDが許す限り計測できるだろう。
※但し100Mbps計測時は2チャンネルしか使えない、USB2の速度制限だろう。
更に、別のUSB機器が動作時は速度制限される。
感想
UKP機能の切り出しと動作確認中にタイミング処理をミスっていて、keyboardは動作するがGamepadは動作ないと言う珍現象に陥ってしまった。
この動作により、てっきりconfigから作り直す必要が有ると勘違いして、機能拡張を行った。
まあこれも、今後別のUSB機器を使う時に役立つ技術だと自己弁護をしておこう。
なお、上記記載内容は全て無保証であり、各自の責任においてご利用願います。