COSMACのI/O

このところCOSMAC関係が続いておりますが、今回をもって一旦終わる予定です。

ソフトウェアUARTも動いたことですし今更感もあるのですが、せっかく準備したUSARTも動かしてみました。

新たに追加したのはμPD71051CとEXO-3です。

当初8251を考えていましたが、せっかく他がCMOSなのでそれに合わせるためと、クロックを5MHzにしてしまったので分周しなくても使えるという理由からμPD71051Cを使うことにしました。

シリアルクロックの生成は安直に19.6608MHzのEXO-3を選びました。これは源発の19.6608MHzの他に1/2¹～1/2⁸の内の一つを出力できます。1/2⁷が153.6kHzでちょうど×16モードでの9600bpsに相当します。分周比の設定を変えれば4800bps, 19200bps, 38400bpsも出せます。×64モードの使える8251系なら1200bps, 2400bpsもできるので、ボーレートジェネレータとしては便利で使いやすいデバイスですね。製造中止なのが残念です。

さて80系バスのペリフェラルをCOSMACに接続するにはメモリマップトI/Oとしてつなぐ方法とINP/OUT命令でアクセスする方法があります。

前者は広大なアドレス空間が使えますが、逆に言えばその分搭載可能なメモリが減ってしまいます。

後者ならメモリ空間は減りませんが、I/Oに使えるアドレスは1～7の7つしかありません。

EMILY Boardならメモリ空間は余っているので前者でもよいのですが、ここではCOSMACらしいということで敢えて後者の方式を試してみることにしました。

COSMACのI/Oはちょっと変わっています。一般的なプロセッサの場合CPU⇔I/O間でデータ転送するわけですが、COSMACの場合はメモリ⇔I/O間で行なわれCPUはアドレスこそ出力するもののデータにはあまり関わりません。

• I/Oライト時にはメモリリードとI/Oライトが同時に実行され、メモリのデータが出力されCPUはデータには一切関知しません。
• I/Oリード時にはメモリライトとI/Oリードが同時に実行され、データは一応CPUにも読み込まれてDレジスタにもセットされますが、メモリにも必ず書き込まれます。

それではμPD71051Cのピンをどう接続したか具体的に見ていきます。

• D₀～D₇ ⇔ BUS0～BUS7
  0がLSBなのは共通なのでこれは問題ないですね。
• CLK ⇐ CLOCK
  8251/μPD71051CのCLKはバスタイミングと非同期でよいので必要によって分周したり他のクロックを使ってもOKです。
• CS ⇐ !(N1 & !N2)
  ポートアドレスが2,3の時のみアクセスさせます。未使用だった74HC139の半分を使っています。
• C/D ⇐ N0
  ポートアドレス2でデータ、3でコントロール・ステータスレジスタにアクセスさせます。
• RD ⇐ MWR
  一瞬間違いかと思うかもしれませんが、上記のようにメモリライトとI/Oリードが同時なのでこれでOKです。
• WR ⇐ MRD
  逆も同様です。
• RESET プルダウン
  インバータが余っていなかったのでプルダウンで済ませてしまいました。ソフトウェアで初期化してやれば問題なさそうです。F8の時もそうでした。

最後に初期化と1文字入力の部分のソフトウェアを載せておきます。

(1)    5/     700 :                     INIT:
(1)    6/     700 : E2                  	SEX	SP		; Use (SP) as temporary area
(1)    7/     701 : F8 00               	LDI	00H
(1)    8/     703 : 52                  	STR	SP
(1)    9/     704 : 63                  	OUT	USARTC
(1)   10/     705 : 22                  	DEC	SP
(1)   11/     706 : F8 00               	LDI	00H
(1)   12/     708 : 52                  	STR	SP
(1)   13/     709 : 63                  	OUT	USARTC
(1)   14/     70A : 22                  	DEC	SP
(1)   15/     70B : F8 00               	LDI	00H
(1)   16/     70D : 52                  	STR	SP
(1)   17/     70E : 63                  	OUT	USARTC
(1)   18/     70F : 22                  	DEC	SP
(1)   19/     710 : F8 40               	LDI	40H		; Reset
(1)   20/     712 : 52                  	STR	SP
(1)   21/     713 : 63                  	OUT	USARTC
(1)   22/     714 : 22                  	DEC	SP
(1)   23/     715 :                     
(1)   24/     715 : F8 4E               	LDI	4EH
(1)   25/     717 : 52                  	STR	SP
(1)   26/     718 : 63                  	OUT	USARTC
(1)   27/     719 : 22                  	DEC	SP
(1)   28/     71A : F8 37               	LDI	37H
(1)   29/     71C : 52                  	STR	SP
(1)   30/     71D : 63                  	OUT	USARTC
(1)   31/     71E : 22                  	DEC	SP
(1)   32/     71F :                     
(1)   33/     71F : D5                  	SEP	RETN
(1)   34/     720 :                     
(1)   35/     720 :                     CONIN:
(1)   36/     720 : E2                  	SEX	SP
(1)   37/     721 :                     CIN0:	
(1)   38/     721 : 6B                  	INP	USARTC
(1)   39/     722 : FA 02               	ANI	02H
(1)   40/     724 : 32 21               	BZ	CIN0
(1)   41/     726 : 6A                  	INP	USARTD
(1)   42/     727 : A8                  	PLO	8
(1)   43/     728 :                     	
(1)   44/     728 : D5                  	SEP	RETN

初期化のINIT:はソフトウェアリセットをかけてモード・コマンドを書き込んでいるだけです。

一点注意すべきはメモリをちょっと乱暴な方法で使っている点です。前述のようにポートの入出力にメモリがどうしても必要なのですが、現在Universal Monitorはコンソールドライバのファイル内でRAM上のエリアを確保する方法を用意していません。仕方ないのでスタックトップを勝手に使ってしまっているのでSTR SPとOUTの間で割り込みが発生してスタックに何か書き込まれると正常に動作しません。現状では割り込みを使わない前提でこうしていますが、割り込みを必要とする場合はSPを他のレジスタにコピーしてSPを1減らすなどの対応が必要になります。

1文字入力のCONIN:でも同様にスタックトップを使っていますが、こちらはINP命令でメモリはダミー（Dレジスタの値を利用しているため）です。このまま割り込みを使っても問題はないはずです。