ＴＫ８０／ＢＳの
シンセシステムを復活／拡張したい〜
その４６
ＳＢＣ８０８０ボードを使った
ＴＫ８０ＢＳ互換機の作製
ＴＫ８０ＢＳの修理
２０１９年
１２月２８日
ＴＫ８０ＢＳ互換機の続きです。ＰＳｏＣ ５ＬＰを使ったＰＳ／２−＞パラレルＡＳＣＩＩ変換はキーを連続入力していると、途中で動作不良になります。ＰＳ／２の同期シリアルのノイズが原因のようで、単独で動作させている時よりＦＰＧＡボードに接続した方が不具合が多く出ます。下は’２’を連続で押していますが、途中で’Ｕ’に化けています。
プルアップ抵抗を低くしましたが、効果はありませんでした。そこでクロックとデータをプルアップした後で７４ＨＣ１４（シュミット入力）で受けてから、ＰＳｏＣに入力したところ、不具合が起きなくなりました。クロックのノイズが原因でＰＳｏＣのＳＰＩＳが誤動作してたようです。かなり長い間、連続入力しても正常動作するようになりました。
１２月２９日
追加で購入したテンキー無し、ＵＳＢとＰＳ／２兼用キーボードです。本家ＢＳもＰＳ／２キーに変える予定です。
こちらはマルツと秋月で購入した部品です。別プロジェクト用です。
７４ＨＣ１４を載せた子基板です。ＰＳｏＣに亀の子で接続します。
上記のＰＳｏＣ ５ＬＰで作ったＡＳＣＩＩ変換ボードをＴＫ８０ＢＳ互換機に接続して動作確認を行います。動作良好です。３つある不具合の１つ目が解消しました。
１２月３０日
２番目の不具合です。ＦＰＧＡ内に実装したＶＲＡＭのデータが勝手に書き換わります。ザイリンクスのブロックＲＡＭを使用したＤＰＭのＩＰですが、今までに分かったことを箇条書きにしてみます。
・外部から８０８０側のライト信号を禁止しても、不正書込みが起こる。
・ブロックＲＡＭを使った、素のＨＤＬで書いたＤＰＭでも不正書込みが起こる。
・簡易ＩＣＥでＣＰＵの動作を止めていると不正書込みは起きない。
・簡易ＩＣＥでＶＲＡＭをアクセスしても不正書込みは起きない。
・ＦＰＧＡの前段に付いているレベル変換のアドレスバッファをディゼーブルにすると不正書込みは起きない。
結論：ＣＰＵ側のアドレスバスが高速に動くと、ＤＰＭの内容が不正に書き変ってしまう、と言うことのようです。ザイリンクスのＩＰには分散ＲＡＭ（ＬＵＴ）を使ったＤＰＭもあり、同じ仕様のＶＲＡＭを作成してみます。バス幅は８ビット、メモリ長は５１２に設定し、ＤＰＭを選びます。
アドレス、データともレジスタ無しに設定します。
以前と同じ初期化ファイルで初期化します。
分散ＲＡＭを使った新しいＶＲＡＭでは不正な書き込みは発生しなくなりました。下は数１０分経過した状態です。動作良好です。
不具合の出ていた、以前のＶＲＡＭです。画面の下側にデータを書くと、パラパラと周辺が勝手に書き変わっていました。
３番
目の不具合はＦＰＧＡ内に実装した８２５５のモード１を使った、キー入力が１０〜２０回に１回くらいの割合で、無反応になるというものです。８２５５のソースはＧｉｔＨｕｂにあったものですが、ＩＢＦ（ＡＣＫ）に関係する信号を外部に引き出し、ロジアナで確認します。下は正常に動作してＩＢＦ（ＡＣＫ）が正しく出力されているときです。
続いて、動作不良でＩＢＦ（ＡＣＫ）が出力されないときです。ＩＢＦをポーリングしてキー入力タイミングを判定してるＣＰＵ側はキー入力が検出できません。これがキーが無反応になる原因です。
８２５５のロジックを確認したところ、外部から入力されるＳＴＢ−信号の立下り検出が１段ＦＦで判定されていて、クロックとＳＴＢ−のタイミングによっては、検出に失敗す
ることが分かりました。ＦＦを２段にして、正しく動作するようになりました。赤枠が追加した２段目のＦＦで赤下線が２段目を条件に変更した立下り検出で
す。
ＦＦを２段にしたことで、必ず１クロック分のタイミングが確保でき、ＳＴＢ−信号の立下り検出が正しくできるようになりました。
年内に３つの不具合が解消できてよ良かったです（笑）。続いて、ＦＰＧＡのロジックにキャラクタジェネレータのモード切替を追加しました。キャラクタジェネレータはＪＩＳとＡＳＣＩＩモードの２つがあり、ＢＳ内の８２５５で切り替えます。修正後、ポートをアクセスしてＡＳＣＩＩモードに変更してみます。アルファベットが小文字に変化すれば成功です。
１２月３１日
本家のＴＫ８０ＢＳの上位１２Ｋバイトメモリを６２２５６を使って作り直します。アドレスはＡ０００〜ＣＦＦＦです。手持ちの７４ＡＬＳ１３８と７４ＡＬＳ２０でアドレスデコーダを作りました。本家のＴＫ８０ＢＳで動作確認するのは、分解が面倒なので、ＳＢＣ８０８０のバスに接続する拡張ボードを作成し、エッジコネクタに配線します。
ＦＰＧＡボード、メモリボードを外し、ＣＰＵと簡易ＩＣＥのみにして、メモリボードの動作確認します。動作良好です。
２０２０年
１月１日
お正月です。本家のＴＫ８０ＢＳは１１月頃ろから、調子が悪くなっていました。本体単体で簡易ＩＣＥを使って確認します。電源投入時にＦ０００から始まるモニタ領域が００に化けています。時間が経つと、だんだん良くなってきます。
続いて、拡張ボードも接続して確認します。拡張ボードを接続すると、００００〜００ＦＦ番地のベクタとフロッピ用ＩＰＬが化けて見えなくなります。また、下位の５８００番地付近のＲＡＭのメモリエラーも発生しています。
１月２日
５８００番地にある６１１６のＲＡＭを一度ソケットから外して、挿し直して復活しました。ソケットの接触不良が原因と思われます。
００００〜００ＦＦ番地のベクタとＩＰＬが見えなくなる件は、赤枠のＴＫ８０から引き出した００００〜００ＦＦ番地のＲＯＭのＣＳ−信号がボードから外れているのが原因でした。
一度、全部分解してＴＫ８０を取り出し、外れたＣＳ−信号を半田付けし直します。
上位の１２Ｋバイトメモリボードは６２２５６を使って新規に作成したボードに交換します。
電源投入時にＦ０００から始まるモニタ領域が００に化ける以外の不具合は無くなりました。簡易ＩＣＥのチェックサムを計算するＣＳコマンドでモニタ領域が正しく見えていることを確認すれば、その後システムは正常動作します。フロッピも動作良好です。
１月３日
本家が復活したので、簡易ＩＣＥ経由でプログラムを互換機にロードして動作確認します。
本家からＬｅｖｅｌ−２のＢＡＳＩＣの平安京エイリアンと機械語のサウンドルーチンを簡易ＩＣＥでインテルＨＥＸ形式でセーブし、ＴＫ８０ＢＳ互換機にロードして実行します。まだ、音は出ませんが、その他は動作良好です。
元ネタは１９８０年２月号のＩ／Ｏ誌です。大体４０年前です（笑）。
本家ＴＫ８０ＢＳ用のキーボードもＰＳ／２キーに変更します。ＰＳｏＣ用の７４ＨＣ１４のシュミットバッファボードをもう一つ作製しました。
１月５日
ゲーム音やテレタイプを出力するには、ＴＫ８０に載っているＩ／Ｏマップの８２５５が必要です。ＦＰＧＡロジックにもう一つ８２５５を実装します。ＴＫ８０に載っている８２５５はフルでコードされておらず、Ａ２をＣＳ−に接続するロジックにします。無事、ゲーム音が出るようになったので、動画を撮ってみました。モアレが出ないグリーンモニタを使います。クリックすると、約７Ｍバイトのｍｐ４をダウンロードします。
ＴＫ８０ＢＳ互換機にシンセやフロッピを接続する、拡張ボード用Ｉ／Ｆボードを作製します。アドレスとデータのバッファが載っているだけのボードです。データバスの選択信号はＦＰＧＡで生成します。
拡張ボードとの接続は４０ピンのピンヘッダですが、ピン配置図が無く、制御線の一部が行き先不明です。本家のＩ／Ｆボードからピン配置を調査中です。
１月１１日
Ｆ０００から始まるモニタ領域が電源投入時に００で、だんだん良くなる不具合です。パーツＢＯＸにＴＩ社のＴＭＳ２５３２の手持ちがありました。これはモニタＲＯＭやＢＡＳＩＣの入っているマスクＲＯＭのｕＰＤ２３３２互換のＵＶＥＰＲＯＭです。
イレーザで消してから、ＲＯＭライタでモニタプログラムを書き込んでみます。
メーカにＴＩを選ぶと、２５３２が選べて、書き込めます。
２７３２へ変換するアダプタを介して確認します。今まで、２３３２を読む時に、このアダプタを使っていたので、２３３２とピン互換で間違いないです。
早速、モニタＲＯＭを交換します。筐体から基板を取り出さなくても、ＴＫ８０とＢＳ間のマザーを外すと、モニタＲＯＭが交換できます。ピンセットで２３３２を抜いて、新しくモニタを書き込んだ２５３２を実装します。
電源を投入後、簡易ＩＣＥでモニタＲＯＭの先頭をダンプし、チェックサムを計算すると、正しく読めていることが確認できました。やはりモニタ用の２３３２マスクＲＯＭは壊れているようです。
壊れたと思われる、モニタＲＯＭをＲＯＭライタで読んでみます。
交換したＲＯＭです。先頭のみＦ３になっていて、他は００です。
以前に調子が悪くなった方のＲＯＭです。アドレス不良なのか、データが重複しています。４０年以上昔のデバイスなので、文句は言えないですが。
秋月で購入した部品が届きました。ＴＫ８０ＢＳ互換機のＦＰＧＡボード用の９ＶのＡＣアダプタと５Ｖ降圧電源ユニットです。右は予備のＰＳｏＣとＵＳＢのＡコネクタです。
５Ｖの降圧電源は端子台とポテンショを半田付けして電圧を調整します。
新しい電源でＴＫ８０ＢＳ互換機の動作確認します。９ＶはＦＰＧＡボードへ、５ＶはＳＢＣ８０８０ボードへ接続します。動作良好です。
１月１２日
ＰＳｏＣ ５ＬＰを使ったＰＳ／２−＞パラレルＡＳＣＩＩ変換に抹消キーを対応させたところ、なぜかカタカナの’マ’が表示されます。デバッグコードを組み込んで、８Ｆ、９Ｆ、ＡＦ、ＢＦ、ＣＦ、ＤＦのキーコードを出力すると、以下のような表示になりました。８Ｆと９Ｆがキーコード表と合っていません。
ＢＳのマニュアルのキーコード表です。抹消のコードは８Ｆにマップされていますが、ちょっと違和感があります。ＡＳＣＩＩコードではＤＥＬが７Ｆですが、もしかして誤植？試しに７Ｆに変更したところ抹消の１行削除の動作になりました。キーコード表の間違いでした。そうすると、８Ｆと９Ｆはマップされていないはずですが、なぜか８ｘはＣｘと、９ｘはＤｘと同じ表示になるようです。
続いて、ＢＲＥＡＫキーを実装します。まず、本家のＢＳで波形を確認します。キーボード側に載っている７４ＬＳ７４（Ｄ−ＦＦ）のＱ端子からＩＮＴ信号を出力された後、約３０ｕＳｅｃ後にＤ−ＦＦをクリアするパルスがＢＳ側から出力されます。
クリアパルスの幅は約９．３ｕＳｅｃで、ＢＳのモニタの割り込みルーチンの先頭で８２５５のポートＣ６で作っていると思われます。
クリアパルスを出力している割り込みハンドラの先頭部分の逆アセンブルリストです。ポートＣのビットセット／リセットを使ってパルスを出力しています。
とりあえず、ＥＳＣキーが押されたら、１００ｕＳｅｃのＩＮＴパルスを出力してみます。
ＢＡＳＩＣのＬ１の動作確認も兼ねて動画を撮りました。ＢＡＳＩＣのＬ１の時計プログラム実行中にＥＳＣキーを押して確認します。モニタの割り込みモードになった後、リターンキーで復帰することを確認しました。動作出来たので、この後、ＰＳｏＣ側にＤ−ＦＦを実装してクリアパルスでクリアするように変更予定です。クリックすると約４Ｍバイトのｍｐｇをダウンロードします。
本家ＢＳ用に使用するＰＳｏＣのＰＳ／２−＞パラレルＡＳＣＩＩ変換のベースボードを作製しました。直接ＵＳＢコネクタで接続できるように、ＵＳＢ−Ａコネクタを実装します。また、プラスチックケースを加工して、仮り組みしました。
１月１３日
ＢＳのマニュアルの４穴ファイルが壊れました。４０年も経ちビニールが硬くなっていると思います。
１００均の２穴ファイルのポリプロピレンシートを使って４穴ファイルを補修しました。シートを金具と共締めして、外れた方をネジで固定しました。
ＰＳ／２キーボードはＵＳＢ−＞ＰＳ／２の変換アダプタを使わなくても良いようにＵＳＢから直接ＰＳｏＣに接続するケーブルを作製しました。
１月１４日
互換機はケースに入れる予定です。本家ＢＳに習って、パネルにアドレスとデータ表示のＬＥＤを付ける予定です。ＬＥＤドライバボードを作製しました。ＬＥＤ側は３４ピンのヘッダを使います。
ＬＥＤバッファボードは拡張ボード用Ｉ／Ｆボードと似ています。制御線のバッファが無いだけです。
本家ＢＳの総合動作確認を行いました。リセットでモニタが起動し、簡易ＩＣＥ、フロッピ、シンセとも動作良好です。
本家ＢＳ用のＰＳｏＣのＰＳ／２キーボード変換ボードの動作確認をします。本家用のＩＯ電圧は５Ｖのままの接続すればいいので簡単です。アナログディスカバリのロジアナでパラレル出力にＡＳＣＩＩコードが出力されていることを確認しました。
本家ＢＳに接続してみます。ＳＴＢ−信号だけでは動作せず、正論理のＳＴＢも必要でした。互換機用ではＬＥＤを点灯させていた、正論理のＳＴＢ信号をコネクタに接続するとキー入力が出来るようになりました。ただ電源投入時に無効な１文字入力されます。
現在の互換機のブロック図を更新しました。ＦＰＧＡ内のグレーの破線は未実装のテープＩ／Ｆの８２５１です。外部の破線がフロッピなどを接続する拡張Ｉ／Ｆです。
割り込みハンドラを調べていて気が付いた、モニタ先頭の割り込みベクタを設定している部分です。なぜか１３ＤＦと２０Ｄ８番地にも割り込みベクタに飛ぶＣ３、２５、Ｆ１を書いています。１ｘｘｘ番地はμ−ＤＯＳ、２ｘｘｘ番地はシンセのデータ入力プログラムがある所ですが、後で詳しく調べてみます。
