Podstawowym celem, jaki sobie postawiłem projektując rozszerzenie 1MB do Atari była zgodność z układem SIMM Expansion, które wyznacza obecnie pewien standard. Zamiast pamięci SIMM chciałem jednak wykorzystać dwie nowoczesne pamięci statyczne o pojemności 512kB każda, stworzyć możliwie małą i łatwą w montażu płytkę i uniknąć dużej liczby przewodów lutowanych do płyty Atari.
Rozszerzenie można zastosować w komputerach wyposażonych w pamięci dynamiczne 4x64kB i układ Freddie oraz posiadających miejsce na dodatkową pamięć 64kB. Rozszerzenie może pracować w trzech trybach:
1MB, ze wspólnym dostępem CPU i Antica do dodatkowej pamięci sterowanym bitem PB4 PortB;
512kB, w którym dostęp CPU i Anticowi przydziela się na podstawie stanu bitów PB4 i PB5 PortB;
trybie, w którym dodatkowa pamięć jest wyłączona.
Aby zainstalować rozszerzenie, należy usunąć zworki w miejscu na sterownik pamięci rozszerzonej (MMMU), bądź wylutować ten układ (w 130XE) i w to miejsce umieścić goldpiny. Takie same golpiny lutuje się zamiast pamięci rozszerzonej 130XE. Płytka rozszerzenia posiada styki pasujące do golpinów tak, że rozszerzenie nasuwa się na płytę Atari. W trakcie montażu należy pamiętać o tym, aby rozszerzenie nie było umieszczone zbyt wysoko nad płytą i nie dotykało klawiatury od spodu po zamknięciu obudowy. Ja poradziłem sobie z tym w ten sposób, że zeszlifowałem papierem ściernym czarne osłonki styków golpinów na wysokość 11 mm, a same styki nieco przyciąłem w miejscach, gdzie zaciskane i lutowane są przewody. Dzięki temu klawiatura po zamknięciu obudowy nie dotyka dolnej krawędzi płytki rozszerzenia.
Na płycie Atari należy wykonać kilka zmian, ale nie jest ich dużo:
1. Należy przeciąć ścieżki doprowadzające sygnały PB7 i PB1 do układu U3 typu PAL16L8 (MMU). Układ ten ma 20 nóżek i położony jest na prawo od płytki rozszerzenia. Sygnały PB7 i PB1 występują na nóżkach 6 i 18 U3.
2. Nóżkę 6 układu U3 (MAP) należy połączyć z pinem nr 11 w miejscu MMMU, a nóżkę 18 U3 (BE) z pinem nr 12.
3. Do goldpinów MMMU doprowadzamy jeszcze dodatkowe sygnały: PB7 do pinu nr 9, PB5 do pinu nr 18, PB1 do pinu nr 7 i PB6 do pinu nr 8. Do pinów nr 7 i 8 doprowadzony jest sygnał masy, który należy odciąć.
4. Na płytce drukowanej rozszerzenia należy dodać jedno dodatkowe połączenie pomiędzy wyprowadzeniem 29 pamięci, a wyprowadzeniem 13 układu GAL.
Są to wszystkie zmiany, które należy wykonać. U mnie dodatkowe sygnały do goldpinów MMMU są doprowadzone od spodu płyty.
Tak jak napisałem, zastosowałem dwie statyczne pamięci dynamiczne o pojemności 8x512kB. Pamięci zlutowane są ze sobą nóżkami z wyjątkiem wyprowadzenia nr 22. Wyprowadzenie o tym numerze należące do pamięci umieszczonej "na górze" należy połączyć przewodem z punktem lutowniczym oznaczonym literką 'X'. Punkt ten znajduje się blisko złączy goldpinów i łączy się z wyprowadzeniem nr 14 GAL-a.
Poniżej znajduje się opis działania rozszerzenia i problemów, jakie napotkałem przy jego uruchomieniu. Starałem się bardzo, aby opis ten był zrozumiały dla jak największej liczby osób, dlatego podane informacje są nieco uproszczone. Są one jednak moim zdaniem ważne, ponieważ dotyczą też pośrednio rozszerzenia SIMM Expansion i pułapek, na które łatwo można natrafić projektując własne układy.
W komputerach Atari standardowo wykorzystywane są pamięci dynamiczne. Do pamięci tych musi być doprowadzona informacja o adresie odczytywanej lub zapisywanej komórki oraz informacja o odczytywanych lub zapisywanych danych. Adresu komórki nie podaje się jednak w formie 16 sygnałów odpowiadających 16-bitowej magistrali, ale robi się to dwuetapowo przy pomocy pomocniczej magistrali RA. Magistrala ta zawiera tylko 8 sygnałów. Najpierw podaje się młodszą część adresu, którą pamięć zapamiętuje a następnie na magistrali RA umieszcza się starszą część adresu, po czym podaje się sygnał rozpoczęcia operacji odczytu lub zapisu.
W Atari zamianą adresu na młodszą i starszą jego część zajmuje się układ Freddie. Generuje on dwa sygnały: RAS, którego niski stan informuje o wystawieniu młodszej części adresu na magistrali RA oraz CAS, który informuje u podaniu starszej części i stanowi żądanie rozpoczęcia operacji na pamięci.
Jeżeli chcemy zamiast pamięci dynamicznej zastosować pamięc statyczną mającą 19-bitową magistralę adresową i zechcemy ją podłączyć korzystając z magistrali RA, musimy zapamiętać w pewnym rejestrze młodszą część adresu, którą przesyła Freddie w pierwszej fazie. U mnie funkcję tę pełni układ 74HCT574. Zapamiętana młodsza część adresu jest wykorzystywana w momencie, gdy Freddie poda starszą jej część. Operacje na pamięci przeprowadzamy dopiero po uzystaniu pełnego adresu i przejściu sygnału CAS w stan niski. Brakujące bity adresu dla naszej pamięci będą oczywiście bitami PortB. Co prawda pamięć statyczna nie operuje na sygnałach RAS i CAS, lecz posiada sygnał CE, który ją uaktywnia, jednak możemy przyjąć, że zasada działania jest podobna.
Poniższe zrzuty ekranu z oscyloskopu pokazują, w jaki sposób wygląda sygnał CAS generowany przez Freddiego (dolny przebieg) na tle sygnału zegarowego O2 (przebieg górny). Opadające zbocza sygnału zegarowego wyznaczają granice kolejnych operacji odczytu lub zapisu. Niski stan CAS powoduje wykonanie operacji na pamięci. Jak widać stan ten "wchodzi" nieco w następny cykl zegarowy (na czas ok 90 nanosekund). Każdy cykl zegarowy ma długość ok 560 nanosekund.
Mimo przedłużenia sygnału CAS, na standardowym Atari wszystko działa prawidłowo. Stan magistrali RA nie zmianie się od razu po rozpoczęciu następnego cyklu odczytu/zapisu, ale trwa jeszcze przez kilkadziesiąt nanosekund, co jest spowodowane opóźnieniami układu Freddie. Dzięki temu nie ma niebezpieczeństwa, że pamięć "zobaczy" młodszą część następnego adresu.
Jeżeli chcemy teraz rozszerzyć w Atari pamięć, to sytuacja się komplikuje. Jak wiadomo, banki włączane są w obszarze $4000-$7fff, a zatem w bardzo dużym uproszczeniu rozszerzenie pamięci musi działać na następującej zasadzie:
wykryj adres na 16-bitowej magistrali A, w którym A14=1 i A15=0,
jeżeli wykryto, to wygeneruj sygnał dostępu do pamięci rozszerzonej po opadającym zboczu CAS,
zakończ cykl odczytu/zapisu do dodatkowej pamięci wraz z opadającym zboczem O2.
Jak widać, cykl zapisu jest skrócony właśnie o te 90 nanosekund. Robi się tak dlatego, że stan magistrali A zmienia się szybko po opadającym zboczu O2, ponieważ pochodzi bezpośrednio od procesora i nie "przechodzi" przez Freddiego i w związku z tym nie jest opóźniany. Dzięki skróceniu cyklu operacji na pamięci unika się sytuacji, gdy po opadającym zboczu O2 szybko zmienia się stan sygnału A14 lub A15 i rozszerzenie błędnie "uaktywnia" pamięć podstawową na kilkadziesiąt nanosekund.
Cykl dostępu do pamięci jest krótszy, jednak dalej wszystko działa prawidłowo, pod warunkiem, że w rozszerzeniu stosujemy pojedyncze bramki. Jeżeli jednak zastosujemy układ GAL i skrócimy cykl dostępu do pamięci według opisu powyżej, czekają nas niespodzianki.
Przyznam się, że w pierwszej wersji mojego rozszerzenia też tak samo zrobiłem, zwłaszcza, że dekompilacja zawartości układu GAL rozszerzenia SIMM Expansion wykazała, że wykonuje ono to samo. Po zmontowaniu układ niby działał prawidłowo, ale raz na jakiś czas pojawiały się złośliwe błędy odczytu, których nie dawało się przewidzieć i występowały one średnio raz na kilka- kilkanaście minut ciągłych testów. W odczytywanej komórce pamięci rozszerzonej jeden z bitów ustawiał się zawsze na 1 i nie odpowiadało to wartości jaką do niej wcześniej wpisano. Co się zatem mogło dziać?
Przyczyną tego zachowania jest sposób działania procesora i opóźnienia generowane przez układy scalone. Po analizie dokumentacji procesora 6502 okazało się, że odczytuje on dane z pamięci w opadającym zboczu O2, czyli dokładnie w momencie, gdy kończymy cykl dostępu do pamięci! Jeżeli zastosujemy pojedyncze bramki, wszystko jest w porządku, gdyż każda z nich daje przynajmniej kilkanaście nanosekund opóźnienia i w rzeczywistości cykl dostępu zakończy się o te kilkanaście nanosekund później. Jednak układ GAL daje niewielkie opóźnienia, według dokumentacji tylko około 5 nanosekund. Niestety może się zdarzyć i zdarza się często, że pamięć jest już nieaktywna w momencie, gdy procesor odczytuje dane, skutkiem czego kilka bitów ulega przekłamaniu. Ustawiane są one na 1 dlatego, że w Atari znajdują się rezystory podciągające magistralę danych do +5V.
Widać zatem, że stosując szybkie układu logiczne nie możemy kończyć cyklu odczytu natychmiast po opadającym zboczu O2. Można byłoby wprawdzie opóźnić nieco impuls dostępu do pamięci korzystając z rezystora i kondensatora, ja jednak zdecydowałem się na inne rozwiązanie.
Gdy wykonujemy zapis do pamięci, sygnał dostępu do pamięci musimy zakończyć po opadającym zboczu O2. W przeciwnym wypadku stan A14 i A15 wkrótce zmieni się i stan magistrali danych może "niechcący" zapisać się do innej komórki. Sygnał dostępu do pamięci podczas operacji zapisu będzie wyglądał zatem tak:
Jeżeli natomiast wykonujemy odczyt, sygnał dostępu możemy bezkarnie przedłużyć, do pełnej długości impulsu CAS generowanego przez Freddiego, nawet jeżeli stan A14 i A15 ma się niedługo zmienić. Jeżeli doprowadzi to do zmiany stanu na magistrali danych, to nic nie szkodzi, jest to odczyt, a więc procesor przeczyta dane z magistrali danych w momencie, gdy dane te dotyczą jeszcze prawidłowej komórki (nie wystawiono jeszcze nowego adresu i nie zmienił się stan A14 i A15). Sygnał dostępu do pamięci podczas operacji odczytu będzie wyglądał zatem tak:
Opisane zjawiska nie występowałyby prawdopodobnie przy stosowaniu wolniejszych pamięci, gdyż także i one dają opóźnienia. Tymczasem czas dostępu do pamięci statycznej, którą ja użyłem wynosi tylko 55 nanosekund, podczas gdy standardowej pamięci dynamicznej Atari aż 150 nanosekund.
Po zmontowaniu układu okazało się, że warto dodać jeszcze kondensator o niewielkiej pojemności łączący sygnał PB4 z masą. Zapobiega to przypadkowemu zatrzaskiwaniu przerzutników D, które zapamiętują stan Basic-a i SELF-Testu. Zastosowałem kondensator o pojemności 100pF, ale moim zdaniem warto spróbować na początku z pojemnością mniejszą, aby nie obciążać zbytnio wyprowadzenia PB4 w momencie przełączania.
Po wprowadzeniu opisanych poprawek układ zaczął działać bardzo dobrze. Do testowania użyłem specjalnego programu PROG2.OBX, który w sposób ciągły testuje pamięć i po kilkugodzinnych ciągłych testach błąd odczytu pamięci rozszerzonej nie wystąpił mi ani razu. Dla uproszczenia program nie wykrywa rozmiaru pamięci rozszerzonej, jedynie testuje rozszerzenie 1MB. Program udostępniam wszystkim zainteresowanych, główna jego część to przerobiona procedura testująca ze znanego programu "Extended RAM Test 0.21.0". Jestem bardzo ciekawy jak program ten będzie działał na komputerach wyposażonych w rozszerzenie SIMM Expansion. Czy ktoś mógłby to sprawdzić? Niebieski kolor ekranu oznacza, że wszystko jest w porządku, zmiana koloru i napis w dolnym wierszu oznacza, że wykryto błąd odczytu. Rozszerzone Atari testowałem również innymi programami np. "Numen", "Getris", "Commando", "Bomb Jack". Wszystkie działały bez zarzutu.
W rozszerzeniu pamięci nie zastosowałem rezystorów podciągających wyprowadzenia PB4, PB5, PB6 do +5V, ponieważ w wielu rozszerzeniach, których schematy oglądałem ich nie ma. Skutkiem tego jest to, że po przestawieniu PortB w tryb odczytu stan tych wyprowadzeń jest nieokreślony. Jeżeli ktoś chce, aby w takiej sytuacji automatycznie wybierał się bank podstawowy (wszystkie bity w stanie 1), to należy brakujące rezystory dolutować.
Dla zainteresowanych rozszerzeniem mogę udostępnić kilka gotowych płytek drukowanych wykonanych w profesjonalnym zakładzie oraz zaprogramować układ GAL. Pliki JED, PLG, a także rysunki płytki i program PROG2.OBX tutaj.
===== Uzupełnienie z tego samego dnia: dodałem zdjęcia podesłane przez Adama, dostępne są one także w większej rozdzielczości tutaj.
Same płytki mogą być za ok. 20 zł. W sklepie wysyłkowym, w którym zaopatrywałem się w GAL-e kosztują one 9zł netto, programowanie może być u mnie za darmo. Jeżeli ktoś chce do mnie napisać, to proszę na email adam2salamon@wp.pl. Przed wysłaniem proszę usunąć dwójkę z adresu.
Hmm... a jak jest ze zgodnościa tego rozszerzenia ze 130XE/Compy? Sorka, nie czytałem całego tekstu, co zaznaczam na wstępie (zmęczenie, może też nieco lenistwo), ale interesuje mnie np. uruchomienie emulatora Apple'a na tym rozszerzeniu. Pozdrawiam! :)
W trybie 576kB mamy zgodność ze standardem Compy. Bit PB5 przydziela dostęp Anticowi. Emulatora Apple'a nie widziałem, ale mogę sprawdzić czy działa.
Yosh @2009-05-07 20:54:00
Ja się oczywiście piszę :)
zaxon @2009-05-07 21:14:58
Rozszerzenie ciekawe, estetyczne ,latwe i wygodne w montazu przede wszystkim a to wazne.
Tak troche offtopic ale jak wyglada sprawa z plytami Atari w Polsce statystycznie ? Bo na jakies 30 szt plyt atarowskich mam tylko dwie z kosciami 4464 (nie liczac XEGS) i to chyba tez przywiezione z Polski.
No! Pamieci już zamówione. Czekam na przesyłkę. Płytę i GALa od Asala dziś odbieram. Jeszcze tylko zakup pozostałych elementów i zacznę zabawę z lutownicą :-) Zobaczymy co z tego wyjdzie... mam nadzieję, że działające rozszerzenie pamięci... ale kto wie. Dawno nie lutowałem.
Yosh @2009-05-09 19:34:31
"Adresu komórki nie podaje się jednak w formie 16 sygnałów odpowiadających 16-bitowej magistrali, ale robi się to dwuetapowo przy pomocy pomocniczej magistrali RA. Magistrala ta zawiera tylko 8 sygnałów. Najpierw podaje się młodszą część adresu, którą pamięć zapamiętuje a następnie na magistrali RA umieszcza się starszą część adresu, po czym podaje się sygnał rozpoczęcia operacji odczytu lub zapisu."
No tak.. ale z CPU przecież jest 16bitów adresu (wkońcu gniazdo PBI czy cartridge + ECI jest na siłe na liniach)
Rozumiem, że zabawa w 8 + 8 jest sprawą 'estetyczną' cobyśmy nie mieli plątaniny i 'modułową' - twoja pamięć 'udaje' wiersz/kolumnę co jest bardzo miłe i miodne:P
Czy może jest jeszcze jakiś banał który przeoczyłem
Tak, oczywiście, że z procesora wychodzi 16 sygnałów adresu. Jednak pamięci dynamiczne przyjmują właśnie w trybie '8 + 8' a ja pomyślałem sobie, że to wykorzystam i stworzę eleganckie rozszerzenie z mniejszą liczbą sygnałów i przez to łatwiejsze w montażu. I będzie więcej miejsca w Atari na inne rozszerzenia, co pewnie każdemu się przyda.
No i moją 130stkę sobie uwaliłem chyba. Udaje martwą. Czarny ekran i pustka... A tak się starałem. Tak ładnie mi wyszło :-) Ale elektronikiem nie jestem i z naprawą sobie nie poradzę.
Ja niestety też mam problem z montażem :( Atari na szczęście się uruchamia, ale dodatkowy RAM nie działa prawidłowo. Asal, mail na priv do Ciebie poszedł. Help! :)
Trochę wody upłynęło i otrzymałem od Asala kolejną wersję płytki z częściami i... DZIAŁA! Brawo! Dopiero dzisiaj mogłem poświęcić trochę czasu na montaż rozszerzenia. Przepraszam Asal, że tak dlugo czekałeś, ale warto było! Wygląda na to, że wszystko jest ok. :)
Wieki tu nie zaglądałem, a tu taka miła informacja... Swego czasu (lata 2008-2010) jak szukałem jak do Atari65xe na płycie 130 zamontowac rozszerzenie pamięci to wszystkie były dla: a) 1-bitowych pamięci b) dużo kablologi/grzebaniny przy lutowaniu
Przeczytałem opis, obejżałem fotki i brakuje w nich do pełni szczęścia jeszcze fotki płyty atari przez założeniem rozszerzenia z zaznaczonymi modyfikacjami (przecięciami linii).
I jeszcze pytanko: da się zamówić tego GALa i (ew.) płytkę?
larek @2013-07-12 13:11:27
Skorpion, w tej sprawie to trzeba się kontaktować z Asalem.
Całość 2934 MB
0-9
