Space Shooter

I/O 1983年1月号に掲載されていた、初代パソピア用のSpace Shooter

いわゆるアレです。

エミュでは色がおかしかったので、実機での画面。

かなりいいです。
名古屋撃ちもできるとのこと。

動画は、こちら

先日作った128KB RAM PAC2に入っているので、起動はやいです。

PiPo Ver.6.2B

以前紹介した98

中はAT互換機なので、起動時に「プッ」しか鳴らない。
せっかく98ガワを使っているので、やはり「ピポッ」と鳴らしたい。

前々から気になっていたPiPoをようやく購入

Ver.6.2Bだった。
スポンジとPC側と接続するケーブルも付属。

半田で組み立て。

98のスピーカー横に取り付け。

そのままだとショートするので、間にスポンジを挟んで鉄板に固定

あと、PiPoとは関係ないが、この98、最近FD読み取りに失敗することが多くなった。
せっかく蓋を開けたので、一緒に交換しておく。

NEC FD1231T。同じ型番で98用もあるようだが、Compaq用のシールもありAT互換機用

FDDも交換完了。

PiPoは、この写真で左側にある。

唯一残念なのは、このマザーボード(P5N-D)の場合、電源ONから「ピッ」がなるまで10秒以上かかってしまうため、PiPo側のスルー時間を最大まで調整しても、間に合わない。。
「ピポッ」のあと、「ピッ」もなってしまう。。

動画はこちら

PAC2コンボカード

RAM PAC2から始まったパソピア用PAC2コンボカードは、これで一旦終了

主な機能は、以下のようになった
・128KB (64KB x 2) RAM PAC2
・SDカード (FAT対応)
・Joystickアダプタ
・漢字ROM PAC2

特徴は、不揮発メモリ(MRAM)を使ったので、純正RAM PAC2と異なり電池不要。
また、PAC拡張ユニットなしで1スロットに集約できたのも特徴

スロットの切り替えは、PAC拡張ユニットの命令がそのまま利用可能

スロット番号	機能	備考	初代パソピアでの利用
1	Joystickアダプタ	MSXタイプジョイスティック	OUT &H1B,1
2	漢字ROM PAC2		OUT &H1B,2
3	64KB RAM PAC2 #2 (ドライブ6)	MRAM (不揮発メモリ)	OUT &H1B,3
4	64KB RAM PAC2 #1 (ドライブ5)	MRAM (不揮発メモリ)	OUT &H1B,4 (デフォルト)
7	4KB RAM PAC2 #3 ※	SRAM	OUT &H1B,7

※スロット7は、SRAMのため電源OFF時にクリアされる
・SDカードアクセス時に、バッファとして使うため、メモリ内容は変更される
・フォーマットすると、4KBのRAM PAC2として利用可能
・T-BASIC7の場合、SLOT命令でドライブ切替え可能
　「SLOT 7」：ドライブ5は、4KB RAM PAC2 #3
　「SLOT 4」：ドライブ5は、64KB RAM PAC2 #1

T-BASIC7で利用する場合、特別な変更は必要ないが、
初代パソピアで利用する場合は、SLOT命令が使えないので、OUT命令で切替えが必要

SDカードの読み書きは、SLOT7のバッファを通してコマンドで制御する
戻り値もSLOT7のバッファに書き込まれる

機能	コマンド	パラメータ	戻り値	備考
MRAMのメモリ内容を SDカードのファイルへセーブ	sv [slot] [file name]	[slot] : セーブ元 　5 : RAMPAC1: SLOT4: デフォルト装置番号5 　6 : RAMPAC2: SLOT3: デフォルト装置番号6 　7 : BUFFER: SLOT7 [file name] : SDカードセーブ先ファイル名 　"/"から始まった場合、絶対パス	Ok : セーブが成功した場合 (エラー文字列) : エラーが発生した場合	事前に、SDカードにファイルが存在する必要がある ファイル名は、半角英数8.3形式 書き込み後も、タイムスタンプは更新されない
SDカードのファイルをロード	ld [slot] [file name]	[slot] : ロード先 　0 : SDカードの漢字ROMファイルをAVRに保存 　5 : RAMPAC1: SLOT4: デフォルト装置番号5 　6 : RAMPAC2: SLOT3: デフォルト装置番号6 　7 : BUFFER: SLOT7 [file name] : SDカードロード元ファイル名 　"/"から始まった場合、絶対パス	Ok : セーブが成功した場合 (エラー文字列) : エラーが発生した場合	漢字ROMは、ファイル読み込み後にフラッシュと EEPROMに保存する
フォルダとファイルの リストを表示	ls [path]	[path] : 読込元のSDカードのパスとファイル名	(ファイル名 or フォルダ名)の一覧 (エラー文字列) : エラーが発生した場合	フォルダの場合は名称の最後に"/"が付く
カレントディレクトリの変更	cd [path]	[path] : パス名	(フォルダ名) : カレントフォルダ (エラー文字列) : エラーが発生した場合	電源OFFされるまで、パスは保持される

64KBのRAM PAC2は、純正のフォーマッタでは対応できていない様子。
純正フォーマッタを使わずに、フォーマット済みイメージのバイナリファイルを用意して、ld命令で各ドライブにマウントすれば64KBフルに使えるようになる。

Eagleで回路図を作ってみた。

結局、基板は2枚に。

この配線をもう一度作るのは、かなり厳しい。。
プリント基板が作れるとよいのだが。

漢字ROM組込み

ここまできたら、漢字ROMにも対応してみる。

ATmega1284Pは、128KBのフラッシュメモリ、4KBのEEPROM、16KBのSRAMを持っている。

パソピアの漢字ROMは128KBなので、漢字ROMも内蔵できるようにしてみる。

SDカードから漢字ROMを読み込んで、フラッシュメモリに書き込めるようにブートローダに対応する。
プチFatFsに対応したためプログラムサイズは8KB近くになった。
ブートローダ領域は、ATmega1284P最大の4096ワード(8KB)にセットする。
LockとFuseビットは、以下のように

Lock Bit 11111111 |||||||+-- LB1 ||||||+--- LB2 |||||+---- BLB01 ||||+----- BLB02 |||+------ BLB11 ||+------- BLB12 ++-------- -	0xFF 1 (非プログラム) LB1～0=11:フラッシュとEEPROMメモリに対する一般保護用施錠ビット：施錠しない 1 (非プログラム) 1 (非プログラム) BLB02～01=11:フラッシュメモリの応用領域に対する一般保護用施錠ビット：施錠しない 1 (非プログラム) 1 (非プログラム) BLB12～11=11:フラッシュメモリのブートローダー領域に対する一般保護用施錠ビット：施錠しない 1 (非プログラム) 1 (非プログラム)
Extended 11111100 |||||||+-- BODLEVEL0 ||||||+--- BODLEVEL1 |||||+---- BODLEVEL2 +++++----- -	0xFC 0 (プログラム) 低電圧検出(BOD)リセットの制御と検出電圧選択 111:無し,110:1.8V,101:2.7V,100:4.3V 0 (プログラム) BODLEVEL2～0=100:低電圧検出(4.3V)リセット 1 (非プログラム) 1 (非プログラム)
High 11011000 |||||||+-- BOOTRST ||||||+--- BOOTSZ0 |||||+---- BOOTSZ1 ||||+----- EESAVE |||+------ WDTON ||+------- SPIEN |+-------- JTAGEN +--------- OCDEN	0xD8 0 (プログラム) ブートローダーを使用。 0 (プログラム) BOOTSZ1～0=00:ブートローダ領域=4096、ページ数=32、ブートリセットアドレス=$F000 0 (プログラム) 1 (非プログラム) 消去でEEPROMを 1:消去, 0:保持 1 (非プログラム) WDTはWDTCSR(ウォッチドックタイマ制御レジスタ)で許可 0 (プログラム)   シリアルプログラミング許可 1 (非プログラム) 1:JTAG禁止, 0:JTAG許可 1 (非プログラム) JTAGデバッグを 1:無効, 0:有効
Low 11110111 |||||||+-- CKSEL0 ||||||+--- CKSEL1 |||||+---- CKSEL2 ||||+----- CKSEL3 |||+------ SUT0 ||+------- SUT1 |+-------- CKOUT +--------- CKDIV8	0xF7 1 (非プログラム) CKSEL0=1,SUT1～0=11:外部クリスタル発振子、低速上昇電源 1 (非プログラム) CKSEL3～1=011:外部クロック 0.4～20MHz 1 (非プログラム) 0 (プログラム) 1 (非プログラム) 1 (非プログラム) 1 (非プログラム) システムクロック出力許可 (1:不許可) 1 (非プログラム) システムクロック8分周選択はしない

これで128KBのフラッシュメモリは、漢字ROM用の応用プログラム領域120KB＋プログラム用のブートローダー領域8KBに分割された。
このままだと漢字ROM領域が8KB不足するので、EEPROM 4KBに圧縮して保存する。
一番圧縮がかかりやすい0x6000～0x7FFFの領域をEEPROMに保存することにする。
EEPROMに圧縮して保存されたデータは、AVR起動時に解凍されて8KBのSRAM領域に展開される

パソピアから漢字データの要求があった場合、アドレスが0x6000～0x7FFFならSRAMから、それ以外はフラッシュ領域からデータを読み込むようにする

漢字ROM PAC2の場合、I/Oポートは以下

I/Oポート アドレス	リード/ライト	内容	CAD1	CAD0
18h	ライト	漢字ROM PAC2下位アドレス8ビット	Low	Low
19h	ライト	漢字ROM PAC2中位アドレス8ビット	Low	High
1Ah	ライト	漢字ROM PAC2上位アドレス1ビット	High	Low
18h-1Bh	リード	漢字ROM PAC2リードデータ8ビット	-	-

上位・中位・下位の合計17ビットで128KBのアドレスを指定した後、18h～1Bhのどれかで8ビットデータをリードする。

続いて、漢字ROMをATmega1284Pへ書き込み。

漢字ROMの吸出しは、昔のブログを参照
使用するROMは、初代パソピア用(PA7246)、パソピア7用(PA7247)、どちらでもOK。

ラベルのシールは異なるが、ROMデータは同じっぽい。

SDカードに吸い出した漢字ROMのデータを書き込んでおき、以下の命令でフラッシュROMとEEPROMへ書き込みできるようにした

ld 0 [file name] : SDカードの漢字ROMファイルをAVRへロード
　[file name] : SDカード漢字ROMファイル名
　　"/"から始まった場合、絶対パス
　[戻り値]
　　Ok : ロードが成功した場合
　　(エラー文字列) : エラーが発生した場合

テストプログラムを作って、パソピア7で動作確認

問題なさそう。

初代パソピア用(PA7246)は、ROM BASIC Ver1.1用のサブルーチンがテープで付属している

初代パソピア(Ver1.1)でも、サブルーチンを使って漢字表示できた

表示スピードは、やはりパソピア7の方が速い

Joystickアダプタ

次は、ジョイスティックアダプタをつけてみる。

SDカードスロットと一緒に、別基板に配置。

SDカードスロットはピン向きが逆になったので、クロスして配線。
あと本体側との接続ピンと干渉したため、基板をちょっとカット。

合体させると、このように。

上下がぶつからないように、コネクタの長さを調整してネジ止め。

ジョイスティックアダプタの場合、I/Oポートは以下

I/Oポート アドレス	リード/ライト	内容	CAD1	CAD0
19h	リード	ジョイスティックアダプタ入力ポートA	Low	High
1Ah	リード	ジョイスティックアダプタ入力ポートB	High	Low

リードするデータ内容は、デフォルト0xFFで、各ボタンが押されると、以下のビットがLowになる。

bit7	bit6	bit5	bit4	bit3	bit2	bit1	bit0
-	-	トリガーB	トリガーA	右ボタン	左ボタン	下ボタン	上ボタン

初代パソピアに装着して、ジョイスティックを接続する

ジョイスティックのテストプログラム

100 OUT &H1B,1
110 A=PEEK(0):IF A=195 GOTO 130
120 PRINT HEX$(INP(&H1A));" ";HEX$(INP(&H19)):GOTO 120
130 PRINT STICK(1);STRIG(1);"(";HEX$(INP(&H1A));") ";
140 PRINT STICK(2);STRIG(2);"(";HEX$(INP(&H19));")":GOTO 130

パソピア7に装着して、テストプログラムを走らせる

STICK命令とSTRIG命令は、両方とも動いている。
STRIG命令は、トリガーAのみ有効だが、IN命令で読み込むとトリガーBのビットも生きていることがわかる

SDカード対応

DO夢で32GBのSDカードを購入。

2,000円以下で32GBが買えるとは、良い時代になった。。

MRAMが64KB×2なので、より大容量のデータが扱えるようにSDカード対応を考える。
使ったのは秋月のSDカードスロットDIP化モジュール

10kΩのプルアップ抵抗と3.3Vレギュレータが付いているので便利

電源はMRAMを使うときに用意した3.3Vをそのまま使うことにする。

AVRの近くにソケットを用意して、SDカードスロットDIP化モジュールを接続できるようにしておく

SDカードの読み書きは、ぷちFatFsを使わせてもらう

ディレクトリの操作(_USE_DIR)と、ファイル書き込み(_USE_WRITE)を有効にしたので、バイナリサイズが大きくなってしまった。。

SDカードのファイル内容をMRAMに保存したり、MRAMのデータをSDカードに書き込めるようにする。
ATmega1284のSRAMは16KBあるので、4KBをバッファエリアとしてSDカードの読み書きを高速化する。
バッファ領域はスロット7に割り当て（OUT &H1B, 7）、PASOPIA側からコマンドを入力できるようにする。

コマンドは、以下の4種類を用意

sv [slot] [file name] : MRAMのメモリ内容をSDカードのファイルへセーブ
　[slot] : コピー元
　　5 : RAMPAC1: SLOT4: デフォルト装置番号5
　　6 : RAMPAC2: SLOT3: デフォルト装置番号6
　　7 : BUFFER: SLOT7
　[file name] : SDカードコピー先ファイル名
　　"/"から始まった場合、絶対パス
　[戻り値]
　　Ok : セーブが成功した場合
　　(エラー文字列) : エラーが発生した場合

ld [slot] [file name] : SDカードのファイルをMRAMへロード
　[slot] : コピー先
　　5 : RAMPAC1: SLOT4: デフォルト装置番号5
　　6 : RAMPAC2: SLOT3: デフォルト装置番号6
　　7 : BUFFER: SLOT7
　[file name] : SDカードコピー元ファイル名
　　"/"から始まった場合、絶対パス
　[戻り値]
　　Ok : ロードが成功した場合
　　(エラー文字列) : エラーが発生した場合

ls [path] : フォルダとファイルのリストを表示
　[path] : 読込元のSDカードのパスとファイル名
　[戻り値]
　　(ファイル名 or フォルダ名)の一覧 : フォルダの場合は名称の最後に"/"が付く
　　(エラー文字列) : エラーが発生した場合

cd [path] : カレントディレクトリの変更
　[path] : パス名　[戻り値]
　[戻り値]
　　(フォルダ名) : カレントフォルダ
　　(エラー文字列) : エラーが発生した場合

SDカードの処理が終わったら、バッファ領域に[戻り値]が書き込まれる。

バッファへのコマンド入出力をBASICのINPUT命令で組んでみた。

100 INPUT A$
110 B$=LEFT$(A$,1)
120 IF B$="e" OR B$="E" THEN OUT &H1B,4:END
130 OUT &H1B,7:OUT &H19,0
140 FOR I=0 TO &HFF
150   OUT &H18,I
160   B$=MID$(A$,I+1,1)
170   IF B$="" GOTO 200
180   OUT &H1A,ASC(B$)
190 NEXT I
200 OUT &H1A,0:OUT &H18,0:OUT &H1B,15
210 C=INP(&H1A):IF C>=254 GOTO 210
220 FOR I=1 TO &HFF
230   OUT &H18,I:D=INP(&H1A)
240   IF C=0 AND D=0 GOTO 280
250   IF C=0 THEN PRINT CHR$(13);CHR$(10); ELSE PRINT CHR$(C);
260   C=D
270 NEXT I
280 PRINT"":GOTO 100

こんな感じで、SDカードのファイルからMRAMにデータを読み込む

MRAMは64KB単位で読み書きするようにしたため、SDカードには65,536 bytesのファイルを置いておく必要がある。(スロット7の場合は、4,096 bytes)
セーブ命令も、既にあるファイルに上書きする。

これで、以前エミュレータで作成したRAM PACイメージを、MRAMに保存できるようになった。

初代Pasopiaで動かない

MRAMのRAM PAC2を初代パソピアで試したところ、読み書きが失敗する。
ロジアナで、波形を確認してみる。

OUTとIN命令を続けて実行すると、以下のようになった。

上が初代パソピア、下がパソピア7

初代パソピアの方は、CSEL2がLowになってから、CWRもしくはCRDがLowになるまで、約230ns程度の遅延がある。

ポーリング中のアルゴリズムを見直した。

RAMPAC_PORT_SET:
　　out _SFR_IO_ADDR(PORTA), r25 ; r25の返答値をセット　　　　　　　　 ; clock=1
RAMPAC_SCAN_POLLING:
　　sbis _SFR_IO_ADDR(PIND), PD4 ; PD4=1(CWR=High)でスキップ　　　　 ; clock=1/2,3
　　rjmp RAMPAC_NOT_READ_DATA ; RAMPAC_NOT_READ_DATAへ　　 ; clock=2
　　sbic _SFR_IO_ADDR(PIND), PD3 ; PD3=0(CRD=Low)でスキップ　　　　 ; clock=1/2,3
　　rjmp RAMPAC_SCAN_POLLING ; RAMPAC_SCAN_POLLINGへ 　　　; clock=2

RAMPAC_READ_DATA:
　　sbic _SFR_IO_ADDR(PIND), PD2 ; PD2=0(CSEL2=Low)でスキップ　　　 ; clock=1/2,3
　　rjmp RAMPAC_SCAN_POLLING ; RAMPAC_SCAN_POLLINGへ戻る　 ; clock=2
　　;PD2=0(CSEL2=Low)でPD3=0(CRD=Low)の場合 = PasopiaのIN命令
　　out　_SFR_IO_ADDR(DDRA), r19 ; PA0-PA7 : Output(0xFF)　　　　　　　 ; clock=1
RAMPAC_WAIT_READ_DATA:
　　sbis _SFR_IO_ADDR(PIND), PD2 ; PD2=0(CSEL2=High)でスキップ 　　　; clock=1/2,3
　　rjmp RAMPAC_WAIT_READ_DATA ; RAMPAC_WAIT_READ_DATAへ戻る ; clock=2
　　; CSEL2=Highになったら、PinAをInputに戻す
　　out _SFR_IO_ADDR(PORTA), r19 ; PA0-PA7 : Enable pull-up　　　　　　　 ; clock=1
　　out _SFR_IO_ADDR(DDRA), r18 ; PA0-PA7 : Input(0x00)　　　　　　　　　 ; clock=1
　　rjmp RAMPAC_SCAN_POLLING ; RAMPAC_SCAN_POLLINGへ戻る 　　; clock=2

RAMPAC_NOT_READ_DATA:
　　;PD2=0(CSEL2=Low)でPD4=0(CWR=Low)の場合 = PasopiaのOUT命令
　　in r23, _SFR_IO_ADDR(PIND)                                                        ; clock=1
　　in r24, _SFR_IO_ADDR(PINA) ; PinAから入力                                   ; clock=1
　　andi r23, 0b00011111                                                                  ; clock=1
　　cpi r23, 0b00001011                                                                    ; clock=1
　　breq RAMPAC_PIO_CONTROL ; OUT &H1B -> PIO_CONTROLへ        ; clock=1/2
　　cpi r23, 0b00001000                                                                    ; clock=1
　　breq RAMPAC_SET_LOW_ADDRESS ; OUT &H18 -> SET_LOW_ADDRESSへ ; clock=1/2
    cpi r23, 0b00001010                                          　　　　　　　　　　　 ; clock=1
    breq RAMPAC_SET_HIGH_ADDRESS ; OUT &H19 -> SET_HIGH_ADDRESSへ ; clock=1/2
    cpi r23, 0b00001001                                          　　　　　　　　　　　; clock=1
    breq RAMPAC_WRITE_DATA ; OUT &H1A -> WRITE_DATAへ            ; clock=1/2
    rjmp RAMPAC_SCAN_POLLING                                      　　　　　　 ; clock=2

・・・

今までは、CSEL2がLowになるまでポーリングして待っていたが、今回はCWRかCRDがLowになるまでポーリングで待つようにした。

IN命令の応答は、前回でもぎりぎりのタイミングだったが、今回ポーリング間隔が広くなってしまったので、応答が間に合うように、ロジックを工夫。
ポーリングに入る前に、PortAの出力値を事前にセットしておき、1clock分を節約するとか。

これで、初代パソピアでも動くようになった。