1   Expanduino_I

Vymýšlím přídavnou desku pro 6809 počítač (OMEN kilo od Martina Malého), kam by šlo připojit "cokoliv" - teda pro začátek nějakou klávesnici (asi PS/2 kvůli snadnému ovládání) a nějaké zobrazovadlo jako několikařádkový OLED, nebo tak něco. A třeba i kombinovanou retro tlačítkovo/LED/7-segmentovou klávesnici. A USB-Serial, ten je v podstatě "zdarma" na tom Arduinu. A taky by šlo nějakým trikem tam pak "natypovat" připravené .hex soubory a tak podobně. (A SD kartu, RTC, EEPROM ...)

Což by narychlo šlo pomocí nějakého Arduina, protože pro ty je takových návodů bambilión. Jenomže 6809 běží na téměř 2MHz (krystal skoro 8MHz, kvůli dělitelnosti pro ACIA MC6850 která dělá sériový vstup/výstup na 115.200Bd. A zařízení mapuje do paměti, takže data tečou přez stejné dráty jako vykonávané instrukce. a to nemá Arduino absolutně šanci nějak softwarově ustíhat.

Takže ta přídavná karta bude mít směrem k 6809 vystrčené 2R+2W registry podobně jako ta ACIA a směrem k Arduinu vystrčené SPI shiftregistry pro čtení a zápis a uvnitř si bude sama udržovat, zda má data ten či onen směr. (Zní to složitě, ale prakticky tam budou 2x74595 pro paralelní výstup, 1x74165 pro paralelní vstup, 1x 74373 pro stavový registr, 3xSR hradla a nějaká "bižuterie" pro výběr adresy a ovládání Enable.) (Nakonec to budou 4+4 registry.)

No a to dekódování adresy (a čísla desky a Read a Write) bych právě udělal raději přez jeden PAL, než přez spoustu 7400, protože vlastně potřebuju jen pro 8 výstupních pinů definovat, kdy na kterém má být nula nebo jedna.

Pro každý výstupní pin je daná kombinace (0,1,nezáleží) na 6 vstupních linkách, kdy má být aktivován ( = 0 a ve všech ostatních případech má být neaktivní = 1, protože příslušné vstupy jsou negované) - což je přesně to, co tyhle PAL umí dobře. (A ty "nezáleží" tam vlastně nebudou)

(Už jsem to vyřešil) Zatím tápu s tím vypalováním - co jsem zatím hledal po netu, tak mám sílící pocit, že by to mělo nějak jít pomocí nějakého "programátoru", kterému by mělo stačit asi tak Arduino, nějaký DC-DC 5->12V, patice a pár součástek okolo a všechno ostatní by odřel nějaký program v PC přez USB komunikaci s tím Arduinem - až na to, že jsem nedohledal jaký program pro Arduino, jak to konkrétně zapojit a jaký program pro PC (já mám linux).

A mám z nějaké Číny nějaké ATF16V8BQL-PU15 (a teď tam píšu víc o tom vypalování, třeba to nějak půjde a jde to i doma)

(A v Inspiromat si píšu nápady, errata a jiné další věci)

2   FAQ

Co to vlastně má vůbec dělat?

• Mám retropočítač s 6809, ale nemá žádné periférie.
• Mám arduina a pro ty je periferií všude plno.
• 6809 vidí všechno jako paměť na 2MHz 8-bit sběrnici.
• Arduino umí dobře SPI sběrnici (8MHz 1-bit)
• Takže Expanduino je z jedné strany vidět jako 4 adresy na 2MHz 8-bit sběrnici, z druhé jako 8 SPI (8MHz 1-bit) a uvnitř je to "nějak prodrátované".
• Následně teda 6809 může využívat všechna zařízení připojitelné k Arduinu a všechny jeho komunikační schopnosti. (Například RTC, sériovou EEPROM, teploměr, SD kartu, ...)

Jak to funguje a na co tam jsou všechny ty divné obvody?

• "Nějak prodrátované" znamená, že když jeden "někam" zapíše, tak by to následně měl druhý přečíst, aby tam zase první mohl znova zapsat. (logika, ne? :)) Na které straně hřiště je zrovna míč hlídá HW desky pomocí 7 SR hradel napojených na "Status Register" (adresa 0 pro čtení, SPI zařízení 0 (pro čtení)), který je dostupný pořád oběma a tudíž nepotřebuje vlastní SR semafor.
• "Někam" je buď 74HC165 (8-bit vstup, SPI výstup)(4x), nebo 74HC595 (SPI vstup, 8-bit výstup)(3x).
• "Stavový registr" je připojený na 74HC165 (pro SPI přístup) a na 74HC373(pro paralelní přístup, 74HC245 by byla lepší volba)
• SR hradla jsou 74HC279, ale ta jsou řízená úrovní, proto je před každý vstup zařazen "Edge trigger" z NOT+NAND+RC, který z náběžné hrany udělá pulz. (To jsou ta jednoduchá 74HC00+74HC04 - nenašel jsem lepší cestu, ale rád se nechám poučit - taky nevím všechno, natož aktivně a chyb dělám mraky (a pak je opravuju - viz 74HC373 -> 74HC245, nebo níže Micro ->Every))
• O adresování se stará PAL ATF16V8BQL (který má vlastní článek) - mám 3 bity adresy, 1 z IO1 a signály Read a Write, z toho ukuchtím signál pro jeden z 8 chipů, že má být na sběrnici právě on (a nebo nikdo) (A když tenhle signál skončí, tak se překlopí příslušný SR semafor)
• Obdobnou funkci pro Arduino plní 74HC138 (Demux) řízený signály Sel0..2, SelEnable a Demux2 (74HC138 Demux2 plní obdobnou funkci pro přídavná zařízení, jak SD karta)
• Protože 74HC165 mají na sériovém výstupu nějakou hodnotu pořád (nemají tam 3state), tak si je na vstup Arduina přepínám pomocí SerMux 74HC151, stejně jako externí SPI.
• Arduino jsem původně vybral Micro, (protože má USB na sobě a mám jich doma dost a navíc má 2.5 kB RAM oproti obvyklým 2 kB, ale ukázalo se, že je to pořád málo, když použiju SdFat, tak mi přeteče zásobník do haldy a proměnných. Takže jsem koupil Arduino nano Every, které má 48 kB flash a 6 kB RAM a snad to bude stačit)
• RTC jsem použil nějaký takovýhle https://www.hwkitchen.cz/rtc-hodiny-realneho-casu-ds3231-pamet-eeprom-at24c32/ a tak mám v ceně i EEPROM a teploměr.
• SD nějaký takovýhle https://www.hwkitchen.cz/modul-ctecka-micro-sd-sdhc-karet/, jenže SD karty (a tyhle levné moduly) nejsou SPI, jen "něco podobného" (musí mít Slave Select v nule (=aktivní) při vkládání karty, taky ho ignorují a i když nejsou vybrané, tak klidně dělají bordel na sběrnici i v sobě), takže je z jedné strany oddělený SerMux, (který ho ignoruje, když není vybraný) a z druhé strany dvěma NAND (a jedním NOT, které jsem zapoměl), které mu odříznou vstupy, když není vybraný.
• LEDky ukazují stav SR semaforů, zelená bude ukazovat stav relaxovaný, žlutá stav, kdy čeká na vyprázdnění, pozice u kraje jsou pro 6809, pozice uvnitř pro Arduino
• Bit 0 ("Stav stavového registru osobně" - což nedává smysl, je připraven vždy) je ovládán přímo Arduinem a asi ho budu používat k instantní signalizaci stavu Arduina - čili bude "busy" když Arduino bude "plnit úkoly", třeba komunikovat s SD kartou a bude "free - ready" když Arduino bude mít volno a jen sledovat stav registrů. Ale to zatím nemám moc dobře promyšlené, prostě je volný, tak proč ho nepoužít ...
• Plošňák jsem navrhnul v KiCad https://www.kicad.org/, protože mi přijde nejlepší z volně dostupných programů a sedí mi. Vyrobit jsem ho nechal v https://jlcpcb.com/, kde mi jich udělali rovnou 5, za asi 2$+2$ poštovného - čili za stovku až domů.
• Další verzi (Expanduino_II) plánuju až tuhle rozchodím plně (a vychytám chyby) a budou v ní zahrnuté všechny potřebné úpravy

3   Princip

• Na vhodné adrese v paměti (9000h = IO1 na rozšiřovací sběrnici) budou speciální registry pro čtení a zápis (kompatibilní s 6809) a za nima se bude skrývat Arduino, které nějak všechno udělá.

• Na jedné adrese je vždy pár registrů, jeden pro čtení (R) a druhý pro zápis (W). HW desky se stará aby to nějak fungovalo.

  • Na adrese 000b je Status register pro čtení (udává, co lze číst a kam psát) a Control register pro zápis (kterým se dá ovládat ta deska/Arduino - zatím nevím, co bych chtěl posílat, ale to se uvidí)
  • Na adrese 001b je Seriová linka (podobně jako u ACIA)
  • Adresy 010b a 011b budou obsahovat další, podobně řízená, zařízení jako 001b
  • celkově tedy jde o 2/ 4 adresy a teda 4/ 8 registrů

  • čtení/zápis registru musí probíhat tak, že 6809

    • čte Status register tak dlouho, dokud se na příslušném bitu neobjeví log. 1 (teda, to čtení není důležité, důležité je, aby ten příznak byl nastaven)
    • jednorázově přečte/zapíše zvolený registr (celkem kdykoli později, nebo se na to vykašle)
    • pro další čtení/zápis/registr zopakuje předchozí kroky

• Arduino si pravidelně často (loop) čte Status register (který udržuje HW) a podle toho čte zapsané registry, nebo doplňuje další hodnoty do registrů pro čtení

  • když má registr příznak, že jde použít, tak s ním Arduino nic nedělá
  • když 6809 registr použije (přečte/zapíše), tak HW shodí jeho příznak
  • když Arduino zapíše/přečte registr, tak HW příznak poté zase nahodí
  • pokud 6809 dodrží postup, tak nemůže dojít k hazardu a Arduino může být pomalé/rychlé jak chce (a jak integráče zvládnou)

• HW desky (integráče mezi 6809 a Arduinem)

  • pro registr pro čtení (R) má 3-state output, který je enablován IOx, adresou a RD signálem
  • pro registr pro zápis (W) má input, který je zapsán do vnitřního stavu IOx, adresou a WR signálem

  • pro Status register 3-state průchodka, za kterou jsou SR klopáky udržující přehled, kdo by měl teď s registrem pracovat (1 => 6809)

    • sám Status register je kdykoli k dispozici komukoli, takže jeho bit můžu použít pro něco jiného, asi pro status Arduina, jestli se zrovna fláká a je volné (1), nebo pracuje naplno (0) a třeba komunikuje s SD kartou nebo tak
    • asi by stálo i za to ten Status register zobrazit LEDkama, aby bylo vidět, co se zrovna děje, ale už se mi tam nikam rozumně nevešly, tak jsem použil aspoň SMD s centrálním odporem.

4   Status register

• Status register má v zádech SR klopáky, které si pamatují, kdo k registru přistupoval naposled a tedy kdo (ten druhý) by měl být další na řadě

  • 1 znamená, že registr teď patří 6809, 0 znamená, že patří Arduinu

  • bit 0 je speciální, ovládaný Arduinem, 1 znamená, že Arduino je připraveno plnit příkazy, 0 že Arduino na něčem pilně pracuje

    • protože průchodka není bufferovaná, je to jediný (jednoduchý) způsob, jak Arduino může hlásit svůj stav 6809

  • bit 1 je pro Control register (který je jednostranný kanál)
  • bity 2/3 jsou pro R/W registry na adrese 001b (Exp1 seriový kanál)
  • bity 4/5 jsou pro R/W registry na adrese 010b (Exp2 seriový kanál)
  • bity 6/7 jsou pro R/W registry na adrese 011b (Exp3 seriový kanál)

• SR reagují na vzestupnou hranu Enable, tedy na moment, kdy 6809/Arduino ten registr "pouští"

  • pokud ho pustí Arduino, nastaví se SR na 1 a na řadě je 6809
  • pokud ho pustí 6809 nastaví se SR na 0 a na řadě je Arduino
  • jakmile jeden zapíše, tak druhý může číst, to ten druhý přečetl, může první opět vesele něco zapsat
  • reagovat musí na hranu, nikoli na stav, viz S-R Edge trigered

5   Control register

• asi bude časem něco dělat (třeba přepínat připojená zařízení, nebo spouštět "makra", nebo přepínat přídavnou RAM/ROM/EEPROM, nebo tak něco)
• technicky je to prostě W registr, ke kterému není spárovaný R registr
• organizačně se teda asi bude používat pro čistě výstupní záležitosti, jako je nastavování Expanduina
• v Arduinu má svůj FIFO objekt, který ho bufferuje (a asi i FIFO_text pro řetězce)

6   Sériové kanály

• Exp1 .. Exp3 na adresách 001b .. 011b
• do každého jde psát a z každého jde číst (pokud je co), s čím jsou "venku" propojeny je už záležitostí konfigurace (Arduina)
• v Arduinu jim odpovídají FIFO objekty, do kterých ManageRegisters() automagicky načítá hodnoty registrů, nebo je z nich naopak plní
• patrně budu používat Exp1 jako stdin a stdout a Exp2 pro komunikaci s Arduinem, jako třeba "*read /GAME/DATA.DTA" -> vrátí se proud bytů odpovídajích obsahu souboru, "*date" -> vrátí se datum, "*typein /HEX/program1.hex" podsune do "klávesnice" Exp1 obsah toho souboru ...
• Exp3 zatím nevím (ale klidně může třeba v nějakých režimech sloužit jako stderr a/nebo jako debugovací konzole - uvidím)

7   Konstrukce

Použiju 74HCxxx (i když mi tam KiCad občas nabízí jiné symboly, jako 74LS a tak)

8   Signály

9   Chipy

for (int i=0; i<2; ++i) digitalWrite(Select[i], _BV(address,i); // prepare `address` to select chip
digitalWrite(SelectEnable, LOW);        // send it to chip (select it)
shiftOut(SerW, clock, LSBFIRST, value); // send `value` to all chips
digitalWrite(SelectEnable, HIGH);       // let selected chip to latch it

10   JLCpcb

• Návod
• grbv program na prohlédnutí vygenerovaných souborů

11   Obrázky

• Expanduino_I-nahled.png
• Expanduino_I-top-LEDsOK.png
• Expanduino_I-top.png
• Expanduino_I-top-empty.png
• Expanduino_I-bottom.png
• Expanduino_I-bottom-empty.png

12   Zdrojáky

• KiCad projekt
• Gerber files
• Firmware + test komunikace ano, posílají si data navzájem :)
• Firmware + test rychlosti rychlost, kterou dokážou cpát data do HW, bez testů, zda smí a zda někdo poslouchá (Arduino R: 18.000 B/s W: 18.500 B/s; 6809: 96.900 B/s - ano, je to v bytech za sekundu) tedy s plným handshakem bude Expanduino_I asi 2x pomalejší, než ACIA - to není zlé, vzhledem k tomu, co všechno může zařizovat, ale komunikaci spíš tedy přez tu ACIA ...

13   Errata

• Nějak jsem se zamotal do úrovní Enable pro SD, správně to má být takto (negovaný signál aktivní v nule):

  • schema
  • fix
  • foto

• 74HC595 mají blbě zapojený SRCLR (clear) na GND místo na +5V

  • schema
  • fix
  • foto

• světýlka jsou obráceně (GND má být u okraje, aby ho 1 rozsvítila, pořadí u kraje GG YG YG YG je správně)

14   Schéma

• Expanduino_I_schema_Arduino.png

  

• Expanduino_I_schema_Enable_Decoding.png

  

• Expanduino_I_schema_LEDs.png

  

• Expanduino_I_schema_PWR.png

  

• Expanduino_I_schema_Read_Registers.png

  

• Expanduino_I_schema_SD_card.png

  

• Expanduino_I_schema_SR1.png

  

• Expanduino_I_schema_SR2.png

  

• Expanduino_I_schema_Status_Register.png

  

• Expanduino_I_schema_Write_Registers.png

  

15   Galerie z finální fáze oživování

Galerie

Galerie z finální fáze oživování (klikací)

Errata, Poznámky a Plány (klikací)