TK80/BSの

シンセシステムを復活/拡張したい〜

その45

SBC8080ボードを使った
TK80BS互換機の作製

TK80BSの修理

2019年
11月16日
TK80BS 互換機の続きです。最終的にはUSBキーボードを接続する予定ですが、その前に、本物のBSのキーボードを使ってFPGAの8255の動作確認を行います。キーボードに載っているコントローラはuPD364ですが、WEB上でデータシートを見つけることができませんでした。


キーボードのコネクタのピン配置を調べるために、分岐コネクタを作製しました。


アナログディスカバリのロジアナで分岐した信号を調べます。キーボードの出力する8ビットデータSTB−信号(ストローブ)の位置が判りました。正論理のSTB信号も出ていました。モード1で出力されるIBF信号(ACK)はコネクタには出力されていませんでした。また、本体から5V以外に12V−5Vの電源も供給さ れています。右の波形はピン配置が判明した後で’’の次に’’を押したときです。正しいASCIIコードになりました。


マルツで購入したD−SUBの25ピンコネクタと3.5mmのプラグジャックが来ました。D−SUBはROMライタのパラレルケーブル用です。


TK80BS互換機用のFPGAボード100Tから35Tに変更し、設定を変更してインプリし直しました。


BSのキーボードは12V−5Vも必要なようなので、電源は本家のTK80BSから供給し、キーコードSTB−信号をFPGAボードに接続するケーブルを作製しました。信号線のレベルを5Vから3.3Vに変換し、PMODコネクタに接続できるようにします。


分岐したキーコードとSTB−信号をFPGAボードに接続し、8255の動作確認を行いましたが、キーは入力できませんでした。原因はポートCの5ビットに出るはずのキーが押されていると いうIBF(Input Buffer Full)が出力されないためです。ポートCの3ビットに出力されていました。


Vivadoのシミュレータで確認します。キー入力でポートCが0Cになり、ポートのリードでポートCが08変化しているので、IBFは3ビット目に出ています。


11月17日
8255のIPのVerilogのソースコードを確認したところ、内部レジスタをポートCに出力しているビット連結が上位下位で逆になっていて、間違えています(笑)。以前に動作確認のために埋め込んだデバッグコードも、そのまま間違えていました。


早速、ビット列を逆して修正しました。この8255のIPはGitHubにあったもので、動作を保障したものではないです。


修正後、モニタへキー入力ができるようになりました。ただ、3回に1回くらいの割合で一度に2文字入力されることもあり、調査が必要です。下はメモリダンプを実行したところです。


続いてBASICの動作確認です。FPGAボードのスライドスイッチをL−1側に設定にして、BASICを実行してみます。エンドアドレス入力のメッセージが長いのでL−1が動作していることが判ります。アドレスの6000E000にマップするリマップ機能が正しく動作しています。


続いて、スライドスイッチをL−2側に設定して実行してみます。エンドアドレス入力のメッセージが短いのでL−2が動作していることが判ります。こちらも正常に動作しているようです。ただ、偶にVRAMに不正な書き込みが発生します。右の赤矢印の’’は不正書き込みです。こちらも調査が必要です。



11月20日
キー入力が2回入る件です。アパートで実機が無いので、机上での考察です。以前にも書きましたが、本物の8255とIPの8255ではPC5のIBF(ACK)が0に戻るタイミングが違いました。これによってキーが2回入るか確認するためタイミング図を作成しました。キー入力の判定はポートポーリングして、5ビット目がになることで行います。キーが押されていればループを抜け、ポートAを読んでキーコードを取得します。IBF(ACK)はポートAを読むことでに戻りますが、本物の8255ではRD−の立ち上がり、IPの8255ではポートAのアドレス確定です。これはIPの8255にはRD−信号が接続されていないからでした。ポーリングのループを抜けた後はIBFの状態は参照されないので、やはりIBFが0に戻るタイミングは不具合とは無関係のようです。


以下はモニタの文字入力関数逆アセンブルリストです。赤枠のgoto LOOPの所がポーリング先頭へ戻っているところです。キーが押されてポーリングのループを抜けた後、キーコードの種別判定、VRAMへ1文字出力、バッファへの書き込みを行っています。次のポーリングまでは、かなりのステップ数があり、キーを1回押したのに2回入るのは、2文字目のポーリング中にPC5が1になっているからで、ケーブルや5V−>3.3Vレベル変換回路などハードウェアの不具合かもしれません。



11月23日
TK80BS互換機用のUSBキーボードをアマゾンで購入しました。キー機構はメンブレンですが、キーストローク長い物を選びました。また、FPGAにUSBホストを組込むのは時間が掛かりそうなので、念のためPS/2付きを購入しました。


PS/2延長ケーブルもいっしょに購入しました。


キー配列を比べてみます。BSはJISキーなので、記号やカナキー(使わないですが)の位置も日本語キーボードと同じです。ただ、ファンクションなどが余分に付いています。


ケーブルが長すぎるので、一度分解して短くしました。



先週キーボードのコネクタピン配置で未調査だった、Breakキーの信号を調べ始めると、BSの調子が悪くなりました。簡易ICEでモニタROM領域を調べると、モニタROMの内容が正しくないです。早速、ROMを取り出してROMライタで読み込みます。マスクROMの型番はuPD2332Cですが、アダプタで2732に変換して読み込みます。


左が取り出したモニタROMの先頭で、右が予備のROMのダンプです。明らかに左側はアドレスが異常です。


11月24日
モニタROMは予備に交換して復帰しましたが、だいぶ前に直ったはずの上位12KバイトRAMエリアは全てFFが読めます。一度分解して、再度組み立てましたが、直りませんでした。また、Breakキーも効かず、モニタが割り込みモードに入れません。



11月30日
友人S、元同僚Yさんとアナログシンセビルダーズサミットに参加してきました。


FPGAシンセを出展しました。移動中の故障や忘れ物も無く、ちゃんと動いて良かったです。ここに前回も含めて出展資料のページを作りました。


他の出展を紹介します。完成度の高いアナログポリフォニックシンセロータリエンコーダが6個に7セグ表示もあって、FPGAシンセと似ています。


S端子ケーブルでパッチをするユーロラックシンセ。


特殊な操作形状の電子楽器ウダー


ローランドのCNCルータを使ったVCFの切削基板の展示。


12月1日
土曜の夜はアナログシンセビルダーズサミットの機材をガレージに運びました。TK80BS互換機の続きです。本家BSのキーボードが壊れても良いようにBSキー ボード互換を作る予定です。キー入力のヒストリ機能なども実装したいと思います。これを作製すれば本家BSにも互換機にも使えます。とりあえずPS/2で接続します。だいぶ前に購入してあっPSoC 5lpでPS/2をASCIIコードに変換するWEBページがありました。クリックするとサイトに飛びます。


キーボードのUSBコネクタにPS/2変換を付けて、アナログディスカバリで信号を測定します。



データ、クロックとも4.7Kでプルアップすると、キーボード側から送信が始まります。PS/2キーはキーボード側がクロック出力します。下はキーを離したときのF0コードです。上からクロック、データです。クロック周波数は約13.4KHzです。


前回のキーが2回入ってしまう不具合です。本家BSのキーボードを繋いで再確認します。データの8ビットは5V<−>3.3V変換ボードで電圧変換していますが、STB−信号は抵抗で分圧しているのが不具合の原因のようです。次回、もう少しちゃんとした電圧変換で確認してみます。



アナログシンセビルダーズサミットから戻ったFPGAシンセ動作確認を行いました。問題なく動作しています。



12月4日
上記のPSoC 5lpを使ったPS/2−>ASCII変換は英語キー用なので、日本語キーのキーコードを表にしました。クリックするとオープンオフィスCALCのobsファイルをダウンロードします。



12月7日
上記のPSoC 5lpを使ったPS/2−>ASCII変換のキーテーブルを日本語キーに変更しました。


UART出力をTeraTermに接続して動作確認を行います。


先頭で”TEST”を出力し、後の文字はキーボードからの入力です。一通り、キー入力ができることを確認しました。


TeraTermのバイナリログです。”TEST”の後にFFが1回出ていますが、それ以外は正常動作しているようです。


本家TK80BSの上位12Kメモリの不良解析と新作のために通販でユニバーサル基板コネクタを購入しました。


USB−MIDIパラレル変換と同じ大きさのグレー色のケースも購入しました。USB−MIDIパラレル変換のベロシティのパッチ用です。フロントパネルをつや消し黒で塗装して、レーザでレタリングする予定です。


PSoCは普通のコントローラと違い、初めからGPIOが用意されているわけではありません。ここの”PSoCを始めましょう(Lチカまで)”を参考にして、勉強します。GPIOを使う場合の基本的な流れは、デザイナ上でGPIOを使った回路図を作り、ピンアサインを行った後、”Generate Application”を行なって、GPIOのAPIを含んだソースを生成させるという手順です。以下はLEDと名前の付いた1ビットのGPIOの出力関数”LED_Write”です。


以下は”LED_Write”を呼んでいる部分のコードです。ちょっと慣れないと難しいです。


上記のページを参考に、PS/2−>ASCII変換のUART出力の部分を8ビットパラレルSTB−信号に変更します。動作確認のため、アナログディスカバリのロジアナを接続します。


キーを押したことをキーコードの1バイトで、離したことをF0+キーコードの2バイトで検出する普通のアルファベット記号数字は問題なく動作しているようです。以下はスペースの後にEnterを押したところです。現状のコードのままでは矢印キーなど上の条件に合わないキーは正常動作しません。少なくとも無効なキーは無視される必要があります。


STB−信号のレベル変換を抵抗分圧から、ロジックに変更しました。会社の机の中にSN74LV1T125が余っていたので、これを使いました。SC70パッケージなので小さく、配線が難しいです。LVデバイスは3.3V電源で5Vトレラント入力です。データシートはここにあります。


12月8日
上記のPS/2キーをパラレルに変換したキーボードを互換機に接続して動作確認します。途中でキーが入らなくなります。PSoC側のプログラムの不具合のようです。アパートに持ち帰って確認します。


ユニバーサル基板に62256のRAMを載せて上位12Kバイトメモリを新作します。とりあえず62256用のソケットを実装したところです。他にアドレスデコーダも必要です。本家TK80BSは分解が面倒なので、互換機にコネクタを接続してテストします。



12月12日
アパートにキーボードとPSoC一式を持ってきました。途中でキーが入らなくなる件をデバッグします。単にコードが間違えていました(笑)。


BSのキーは大文字しか無いので、小文字が入力された時は大文字になるように変換し、追加でキーリピートに対応させました。


PCのキーボードはキーを押し続けたとき、キーリピートまでの時間が500mSec、キーリピートの間隔100mSecデフォルトです。STB−信号の幅をキーリピート間隔の1/4の25mSecにしました。以下は’A’を押し続けて、リピート状態になっているパラレルデータとSTB−信号の波形です。



12月17日
アパートでリピートに対応させたPSoCのキーボードをTK80BS互換機に接続して動作確認しました。単体では連続動作させても問題ないですが、FETを使った5V−>3.3Vレベル変換をキーコード出力ポートに接続するだけで、PS/2のシリアル入力の部分が誤動作することが分かりました。互換機側に接続しなくても、現象が起こり、原因は不明です。この週はトライトンの整備と移動で作業を中断しました。




12月21日
TK80BS互換機用キーボードの部品を秋月から購入しました。3.3Vの3端子レギュレータ5V−>3.3Vレベル変換の部品とPSoC 5LPの評価ボードです。


プラスチックケースも購入しておきます。


PSoCはVDDIOがグループ分けされているので、BSに接続するデータ線とSTB−信号のIO電源を3端子レギュレータを使って3.3Vにして5V−>3.3Vレベル変換基板を使わないようにしました。各VDDIOはパターン接続されているので、VDDIO2のパターンをカットして3.3Vに接続します。単体では連続キー入力しても問題ないと思ったのですが違っていたようで、長時間連続してキー入力を行うと、SPIスレーブのステータスレジスタがエンプティのままになって、PS/2キーボードからのデータが受信できなくなるようです。継続して調査します。


12月22日
次はFPGA内のキー入力用8255のIPが10回に1回くらい無反応になる件です。下は正常動作している時のSTB−信号とIBF(ACK)信号です。PSoCがPS/2キーボードからキーコードを受信し、STB−信号を25mSec出力し、ポートCの5ビットにIBF(ACK)が細いパルスが出力されます。IBFがになるのは8255のロジックSTB−の立下り検出です。IBFが戻るのはCPUIBFをポーリング後、キーコードのポートAのデータを読んだときです。


正常動作している時のポートCの5ビットにIBF(ACK)拡大波形です。無反応のときは赤枠IBF出力されないことが分かりました。CPUはIBFをポーリングしてキー入力を判断しているので、このIBFが出力されないと、当然無反応になります。8255のIP内に不具合があるようです。


次はFPGA内のVRAM不正書き込みが起きる件です。下はBSのモニタを起動し、メッセージが出力された後、MMコマンドでメッセージをVRAMの下から2行目の7FC0番地にムーブした時の7秒ほどのmpg動画です。FPGAボード上のスイッチを使ってMMコマンドとほぼ同時にCPU側のアクセスを禁止しているので、FPGA内不正な書き込みが勝手に起っていると思われます。FPGAのブロックメモリを使ったデユアルポートRAMなので、ビデオ読み出し側にもライトイネーブル端子があります。これはディゼーブルにして読み出し専用に設定してあります。不思議です。


MMコマンド後、長時間放置したVRAMの表示です。不正な書き込みが増えていきますが、VRAMの下側に限られているようです。継続して調査します。










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