目的
ＦＬＥＸとＯＳ－９の動作により、８ビットＭＰＵのＯＳは制覇した（つもり）。
次は１６ビットと言う事で、当然ターゲットは６８０００。
MacPlusで制覇済みじゃないかと、ごく一部から突っ込みが有りそうですが。
アレはハードの載せ替えのみだったので。
６８０００のＯＳと言っても、リアルタイム系ならそこそこあるが、所詮、難しい事は出来そうも無い。
◆◆◆ そうだ、６８０００を作ってＣＰ／Ｍ－６８Ｋを動かそう ◆◆◆
これなら何とかなるだろう。
経緯
ＣＰ／Ｍ－６８Ｋは、８０８０系列では著名なＣＰＭの６８０００バージョン。
ＢＩＯＳと呼称されるソフトに、ハード特有部分としてシリアル入出力とディスクＩ／Ｏを追加すれば動作するように出来ている。
更に、開発中に開発中に気が付いたが、移行システムまで付属している。（先に気が付けよ○○）
※移行システムがシステムに付属の物なのか、元ネタ作者の物なのかは不明。
従って、ＣＰＭ／６８Ｋ上のエディタでＢＩＯＳを作成すれば、ブート可能なＯＳディスクが出来上がるって寸法。
そのＣＰ／Ｍ－６８Ｋが無いからダメじゃんって。うまく出来てんだなこれが。
世の中にはＣＰ／Ｍ－６８Ｋが動作するシミュレーターを作っている方がいらっしゃる。
このシミュレーター上でＢＩＯＳを開発すればＯＳディスクが作成可能。
ＢＩＯＳの開発って言っても、見本が有るのでハードに合わせてちょこっと改造すればＯＫ。
このＯＳディスクをＦＰＧＡの６８０００で動作させれば、晴れてＣＰ／Ｍ－６８Ｋの完成。
そして最大の難関は、６８Ｋのディスクアクセスが128Byte/sectorだって事。
SDカードは512Byte/sectorだから、何らかの変換が必要。
そこで、ＢＩＯＳの動作確認用としてモニタを作成する、モニタのメイン部分をＣで記述するという暴挙。
なんせアセンブラなんてのは、記憶のかなたに霞んでるもんね。
※ただ、開発環境の立ち上げを管変えると、効果はちと微妙。
モニタからのディスクアクセスが上手く行ったら、ＢＩＯＳに組み込む。
更に、組み込んだＢＩＯＳの動作を確認する為に、シミュレータにSDカードI/Fを用意する。
これにより、デバッグの大部分は機能の豊富なパソコン上で行えるって訳。
※但し、シミュレータのデバッグが新たに必要となる。
シミュレーター
「ＰＩＣマイコンは面白い」に書かれているCP/M-68K Simulatorが良さげだが、既にリンク切れを起こしているので下記からダウンロード。
◇ Musashi
◇ CP/M-68K Simulator
※Musashiはgame用として開発されたらしい。
※CP/M-68K Simulatorはシステムディスク(Ver1.2)を含め、起動に必要なものが全て入っている。
インストールは上記ブログを参照すればいいといっても、同一ディレクトリに解凍するだけ。
ファイルがダブっているのでSimulatorのファイルで上書き。
インストール、実行にはにはＬｉｎｕｘ環境が必要。
※Windows10上にUbuntuを入れた。
※頑張ればMingwでも出来るらしい。
手順通りにやれば６８Ｋが起動する。
しかしこれではデバックができないので、モニタ機能を追加した。
◇ ＣＰＭ６８Ｋモニタ機能追加版
モニタ機能追加版では入力待ちで停止しているので、'G'+Entで６８Ｋが起動する。
※機能追加版ではシステムディスクは圧縮しているので、予め解凍しておく事。
シミュレータとモニタ
開発に当たり、モニタは２種類作成した。
1.シミュレータの一部として動作するDOS上のシミュモニタ。
2.６８０００実機上で動作する実機モニタ。
※勿論、実機モニタをシミュモニタ上で動かすことも可能だろう。
※機能を統一すべき所深く考えなかったので、コマンドが似て非なるものになっているのはご愛敬。
ここで機能を説明するモニタはシミュモニタです。
シミュレータを起動すると、ブートストラップをロードした時点でプロンプト('>')を表示し停止する。
'G'+EntでCPM68Kが起動する。
CPM68K動作中に'ESC'を押す事よりモニタに戻る、再度'G'+Entでモニタから抜ける。
モニタはメモリ配置を鑑み、\$FF4000 - \$FF7FFFに定位している。
モニタのワークは、\$FF8000 - \$FFBFFFとなっている。
モニタのコマンドを下記に示す。
R 全レジスタの表示
RAn hhhh Anレジスタをhhhhに変更
RBn hhhh Dnレジスタをhhhhに変更
RP hhhh PCをhhhhに変更
RR CPUをリセット
M hhhh メモリhhhhを表示し、変更(1Byte単位)可能とする。
MW hhhh メモリhhhhを表示し、変更(2Byte単位)可能とする。
: dd 該当番地をddに変更する。
: . メモリモードを終了
D hhhh 指定(hhhh)番地から128バイトを表示する。
Q モニタを終了
A hhhh 指定(PC)番地からhhhh回、逆アセンブラを実行する。
G 指定(PC)番地か実行。
G hhhh 指定(hhhh)番地から実行。
N 現在のPC番地から1ステップ実行。
N hhhh 現在のPC番地から、hhhhステップ実行。
N,aaaa 現在のPC番地から、aaaa番地迄実行。
シミュレータとディスクＩ／Ｏ
シミュレータは元々ディスクＩ／Ｏを有しているが128Byte/Setorが前提なので、実機と同様な512Byte/Sectorで動作するディスクＩ／Ｏを追加。
※元のＩ／Ｏも残しているので、どちらからのアクセスでも動作する。
アドレスレジスタにセクタ番号(512Byte/Sector)、コマンドレジスタにR(1)/W(2)を書込むと実行。
実行中はコマンドレジスタが$01になり、完了で$00になる。
データはデータバッファに対しR/Wを行う。
$FF0100 コマンドレジスタ
$FF0102 - $FF0107 アドレスレジスタ
$FF0200 - $FF03FF データバッファ
ＢＩＯＳの作成
ＣＰ／Ｍ－６８Ｋを実機にフィッテングするには、ＢＩＯＳの移行が必要である。
又同時にＢＯＯＴプログラムも移行が必要となる。
下記のプログラムの変更が必要となる。
1.simbios.s ＢＩＯＳで使用。
2.ldrbios.s ＢＯＯＴで使用。
何れもCP/M-68Kディスクの'user 5'に存在するので、これをEMACS等で編集する。
※当方はEDを起動して、パソコンからコピペで流し込んだ。
CPM.SYSの更進は'MAKECPM'を起動すれば、'user 5'のCPM.SYSが更新される。
エラーが無ければ'CPCPM'を起動すれば、ディスクが更新される。※これは自作して追加。
ブートローダーの更新は'MAKELDR'の起動で行われる。
※こちらは直接ディスクを書き換えるので要注意。
いずれにせよ、正常に起動できない場合は、ディスク(ファイル)を元に戻せは回復できる。
ＦＰＧＡハード
ハードはおなじみののEP2C5基板に、SDRAMとSDカードを拡張している。
※但し、メモリが窮屈でSignalTapが使い難い、デバッグはもう少し大きいFPGAがやり易いだろう。
メモリの制約でモニタROMは4KBに縮めた。
SDRAM(W9825G6KH 32MB)を使用しているので、６８０００のメモリとしては十分。
◇ ＦＰＧＡハード
※いつもの通り、EAGLEで設計しCNCでパターン作成。
※ジャンパ線が見えるが、本当は０Ω抵抗を付ける部分。
通信用として、USBシリアルが必要。(通信速度は115200bps)
ＦＰＧＡソフト
ソフトと言うか、68000は'j68_cpu'なんてのを使用。
こじんまりしているが遅いと書かれている。※動かすと確かに遅く感じるな。
動作クロックの1/3の性能になるので、50MHzで動作させて16MHzの68000相当になる。
但し、使用LUTは2000LUT程度と、EP2C5でも十分お釣りが来る。
◇ ｊ６８本家
◇ EP2C5改造版
EP2C5は旧世代のCyclone II であり、quartus 13.0sp1以前でないとコンパイルできないので要注意。
'VUBUG'というモニタが付いており、ハードチェックに活用できるが、アドレス範囲が64KBであり、６８Ｋのデバックには役不足。
またTrace機能が動作して無いように思われる。
※当方の利用方法が誤っているかもしれない。
システムメモリ
システムメモリはDRAM(SDRAM)が一個で３２ＭＢの大容量
※個人の感覚です。
※そういえば、２ＭＢのＤＲＡＭボードをウン十万円で購入したのを思い出した。
メインメモリとして１６ＭＢ使用しており、残りは放置。※キャッシュにすべきだろうな。
クロックは125MHz駆動、但し８クロックに１回のアクセスなので、実質は15.6MHzとなる。
MPUからのアクセスには同期していないので、さらに遅いだろう。
実機モニタ
二つ目のモニタ。
手抜き作成をする為に、モニタはＣで書いたが、当然コンパイラが必要となる。
コンパイラは、sozobon2を利用。
◇ ＳＯＺＯＢＯＮ
※From the old ATARI ST days, is Sozobon 2.0 the 68000 compiler.なんて書いてる。
mon68kのフォルダをsozobon2のexamplesディレクトリ下に格納すればコンパイル可能になる。
◇ ＭＯＮ６８Ｋ
少し足りないものが有るので、sozobonのbinディレクトリ下に下記Ｔｏｏｌの中身を追加。
◇ Ｔｏｏｌ
mon68kのフォルダでコマンドプロンプトを起動して、'make'一発でmon68kh.hexが出来上がるので、
verilog/rtlの中にコピーしてから、コンパイルを実行する。
※モニタは$FF4000番地からなのに、コンパイル結果は0番地から出来てる。
後ろの方だけを抽出して使っている。
モニタのコマンドとして、BO,D,F,G,H,M,MW,R等が有るが動作の詳細はプログラムを見てくれ。
※N,Vは動作しないからね。
起動とデバッグ
予めＳＤカードに'diskc.cpm.fs'をwin32diskimager等で書き込んでおく。
リセットによりmon68kが動作する。 ここで、'BO'+Entの入力により、ＳＤからブートする。
シミュレータの画面に見えるかも知れないが、実機の起動画面。
起動しなかった場合、
リセット起動時の状態をSignalTapで見れば取り合えずの原因が判るだろう。
SDRAMが不動作の場合は、モニタからの確認は難しい。
動作確認用の回路をFPGAに別途焼きこんで確認する方が早いだろう。
※作成した基板も最初は動作しなかったので、1BitずつON/OFFさせて、
RAMのピンに信号が来ている事をSignalで確認。半田ブリッジを発見した。
モニタのシリアル入出力とＣＰ／Ｍ－６８Ｋは同一なので、モニタが動けばシリアルは動く筈。
ＳＤカードは、モニタからコマンドを発行して、挙動を確認する。
※この時、各レジスタがワード(2Byte)アクセスな事に注意。'MW FF0100'のように操作。
ディスクドライブ
ＳＤカード上の下記セクター(512Byte/Sector)にドライブを確保している。
8000 - 87FF ドライブＡ
8800 - 8FFF ドライブＢ
0000 - 7FFF ドライブＣ (diskc.cpm.fs)
ドライブＣは'diskc.cpm.fs'により初期されて居るが、Ａ，Ｂは初期化が必要。
注意事項
現状はシミュレータと実機で挙動が異なる部分が存在します。
具体的には'ED.68K'が実機では動作しない。
※他にも有るかも知れない。
※ディスクアクセスに差異は認められなかった。
しかし、コンパイラやEMACS等が正常に動作しているので、致命的では無いと考え、これ以上の原因追及はせずに公開しています。
※実機ではドライブA,Bも有効にしており、この辺がシミュレータと異なる。
※気が向いたら原因追及を再開するかもしれない。
総括
６８０００は昔使った事の有る、思い入れのあるＭＰＵです。
先人の資料を使う事により、其れなりの手間だけでＣＰ／Ｍ－６８Ｋを復活出来ました。
やはり万歳と言っておこう。
当然ですが、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。