CP/Mを作ろう(1)

CP/Mを作っています。

CP/Mは古いOSです。個人で使用できる最初のコンピュータ用OSかも知れません。過去、２回CP/Mを作ろうと試みましたが、金欠や時間がなく断念していました。Z80CPUがいまだに販売しているのに気が付き、リベンジを果たすべく、作る事にしました。Z80CPUをW通商で２個購入しました。そのうち１個は基板から取り外した形跡があり、案の定、動作しませんでした。現在は2台目を作成中です。2台目用のZ80は丹青通商で購入しました。新品（とは言え30年以上前の製品）で問題なく動作しています。(使用しているZ80はZilogではなく、シャープおよび東芝製です)

AVR CP/Mで検索するとAVRを用いたCP/Mの作成例がかなりあります。PICで作成されている方もおられるようです。私はDCCでAVRを使用しているので、Z80 + AVR(ATmega164) + PC(Windows)でCP/Mを作成する事にしました。

機能分担としては

AVR：RAMの操作（書込み、読出し）、Z80（CP/M）のI/Oインターフェース。

PC：RAMデータの準備、AVR/Z80Reset等の制御、キーボード、コンソール表示、ディスク（ファイル）制御です。

PC上でCP/M用のディスク代わりのファイルを構成しています。SDもCP/Mのディスクとして使用しています。

PC-AVRのインターフェースはUSB-シリアルで構成しています。Z80(CP/M)-AVRのインターフェースは、IORQ信号によるWait(ハードで生成)およびAVRからのBUSREQで構成しています。

回路図です。

部品の購入は、Z80は丹青通商、その他は秋月電子です。AVR(ATmega164)とゲートIC、USB-シリアルは手持ちの部品を使用しています。

USB-シリアル：秋月製　ＦＴ２３２ＲＬ　ＵＳＢシリアル変換モジュール

SDカードI/F：秋月製　ｍｉｃｒｏＳＤカードスロット　レベルシフタ付きブレークアウト基板キット

秋月電子は信越電気時代から通っていました。今では、ほとんどネット注文ですが、たまに、秋葉原のお店に見に行きます。

ブレッドボードで作成しました。

DIP ICの上にKiCad PCBレイアウトエディターで作成したピン番号を印刷し、両面テープで付けて配線しています。U10(74HC374)、U9(Ｍ６８ＡＦ１２７Ｂ)は変換基板でDIP化し配線しています。

Z80とAVRのインターフェイスの波形を下に示します。コンソールイン時の波形でAVRからデータバスに1文字(8bit)のデータを出力し、Z80が読込む場合です。

１．Z80がIN命令を実行する。

I/Oアドレスで機能を切り替えています。例、コンソールインはアドレス4、コンソールアウトはアドレス5等

２．ハードがIORQの立下りをZ80クロックに同期してWAITを発生する

３．AVRはWAITがアクティブになった事を確認し、I/Oアドレスがコンソールインである事を認識する。ハードがWAITを保持するのでAVRはのんびり処理が出来ます。

４．AVRはデータバス(AVR PORTC)に1文字データを設定し、このポートを出力にする。

５．AVRはBUSRQをアクティブにする。

６．AVRがWAITを解除する。

７．AVRはBUSACK状態になるまで待つ。

８．BUSACK状態になれば、Z80 IN命令においてZ80がデータを読込みんだことになるので、AVRはデータバス(AVR PORTC)を入力とする。

９．AVRは、BUSRQを解除する。

他の処理も基本的には上記の順で制御しています。

上記の波形は1500円程度のロジックアナライザー / PulseViewで取っています。このロジックアナライザー / PulseViewは、自分のメインのパソコンでは動作せず、ノートブックでPulseView(Safe Mode)の状態でやっと波形が取れました。

WordStarが動作しています。下の写真はWordStarでCPM22.ASMを開いた状態です。

コンソール画面のカーソル色は白でなく薄い緑にしています。この方が見やすかったです。このコンソールはCP/M用に80列x24行で作成しています。

ハードがらみのミスや勘違いで苦労した点

１．AVR ATmega164はデフォルトでJTAGがオンでした。JTAG用ピンがあるPORTCをデータバスとしていたため、RAMの書込み、読出しで全くうまく行きませんでした。

２．同じくデータバス(PORTC)での事で、RAM読出しがうまく行きませんでした。これは、AVR IO PORTの同期化回路でデータがAVRクロック2～3ほど遅れるためで、NOPを2つ入れた後PINCとして読込んでいます。

参考とさせて頂いたサイト（ありがとうございます）

Z80 manual

https://www.zilog.com/docs/z80/um0080.pdf

AVRとCP/M

http://star.gmobb.jp/koji/cgi/wiki.cgi?page=AVR%A4%C8Z80%A4%C7CP%A1%BFM

ロジックアナライザー

https://kurobekoblog.com/logic_analyzer