Аппаратные расширения для продвинутых клонов (Пентагон, Profi, Scorpion): нестандартный опыт и инженерные тонкости

[TapeLoader]

Всем привет!

Просматривая обсуждение редких плат вроде Sibstar 128c, возник вопрос, который, думаю, будет интересен не только коллекционерам железа, но и программистам, и инженерам.

Мы хорошо знаем стандартный набор периферии для классического Spectrum: интерфейсы Beta-128, Kempston Joystick, простейшие ЦАП/АЦП. Однако более продвинутые клоны — Пентагон, Profi, Scorpion и им подобные — за счет измененной схемотехники и декодера адреса часто предоставляли куда более гибкую и «открытую» системную шину. Это открывало двери для создания и подключения нестандартных устройств, выходящих за рамки обычного спектрумовского экосистемы.

Давайте в этой теме попробуем собрать вместе разрозненный опыт и знания по этому вопросу. Цель — не просто перечислить устройства, а понять логику, потенциал и подводные камни работы с шиной таких клонов.

Предлагаю обсудить по пунктам:

1. Личный опыт и железо. Какие нестандартные (не массовые) устройства вам доводилось подключать или разрабатывать для Пентагона, Profi, Scorpion? Это могли быть:
· Самодельные или мелкосерийные контроллеры (например, для специфических датчиков, шаговых двигателей).
· Экзотические карты расширения памяти сверх стандартных 512/1024кб.
· Цифровые порты ввода-вывода (через КР580, 8255 или на ПЛИС), используемые для уникальных задач.
· Любые другие девайсы, которые не работали бы на оригинальном Speccy 48K.
2. Документация и «матчасть». Существует ли где-то в открытом доступе или личных архивах полноценная техническая документация по организации шины конкретных клонов? Не только распиновка разъема, но и временные диаграммы, особенности дешифрации адреса, нюансы использования сигналов (например, M1, IORQGE на Profi). Где искать эти данные?
3. Проблемы совместимости и борьба с ними. Классическая проблема: устройство, заточенное под ZX Spectrum 48K, отказывается корректно работать на клоне (или наоборот). С какими типичными ситуациями сталкивались? Конфликты по портам ввода-вывода, разные тайминги доступа к памяти, иная реакция на немаскируемые прерывания (NMI)? Какие были способы диагностики и обхода этих проблем — перепайка джамперов, написание отдельного драйвера, аппаратная доработка?
4. Современные проекты и потенциал. Ведутся ли сегодня (или планируются) какие-то интересные проекты по созданию новых устройств, которые бы максимально использовали возможности шины именно продвинутых клонов? Например, быстрые SD-картридеры с DMA, простые сетевые адаптеры или что-то более экзотическое. В чем видите главный инженерный вызов и интерес в такой разработке сегодня?
5. Программистский взгляд. Для тех, кто писал софт под такие устройства: насколько сложнее/интереснее было программировать, зная о расширенных возможностях железа? Может, есть примеры кода (на ассемблере), демонстрирующие работу с нестандартными портами или банками памяти?

 

[kailot2]

В чем видите главный инженерный вызов и интерес в такой разработке сегодня?
5. Программистский взгляд. Для тех, кто писал софт под такие устройства: насколько сложнее/интереснее было программировать, зная о расширенных возможностях железа? Может, есть примеры кода (на ассемблере), демонстрирующие работу с нестандартными портами или банками памяти?

Инженерный интерес , как будующего инженера, для меня представляет только изучение каких-то новых технологий. Думаю как разберусь со спеком запилить для него видеоадаптер с hdmi на fpga. - вполне реальная задача для того что бы пощупать что такое fpga.
Как человека который немножко могёт в асм (для x86 по крайней мере) для меня представляет интерес именно та зона где софт соприкасается с железом - то есть когда ты не просто пишешь какую то логику , а когда твой код можно "пощупать" осциллографом, что в рамках программирования под x86 не очень то получается. Вот , скоро надеюсь буду и под z80 писать =)

 

[TapeLoader]

Основная сложность при программировании под нестандартные устройства на клонах — отсутствие унификации в декодировании адреса порта ввода-вывода. На оригинальном Spectrum всё просто: чтобы выбрать конкретную линию, мы выставляем на шину адреса A8-A15 соответствующий байт. На клонах этот принцип часто ломается.

1. Практический пример: «Слепое» сканирование шины

Перед написанием драйвера под неизвестное железо полезно понять, какие порты вообще «откликаются». Вот основа для такой утилиты. Она перебирает возможные адреса и пытается считать байт, фиксируя те, где ответ отличается от FF (подтяжка к питанию) или где есть стабильная картина.

; Z80 ASM: Сканер портов ввода. Результат — дамп считанных значений.
    LD HL, RESULT_BUFFER  ; Буфер для результатов (256 байт)
    LD BC, 0FF00h         ; B=255 (счётчик), C=0 (стартовый порт)
    LD D, 0               ; D=0 (для записи)

SCAN_LOOP:
    IN A, (C)             ; Пытаемся считать байт из порта (C)
    LD (HL), A            ; Сохраняем результат
    INC HL
    INC C                 ; Переходим к следующему порту (0..255)
    DJNZ SCAN_LOOP        ; Повторяем 256 раз

    ; Далее можно вывести буфер RESULT_BUFFER на экран или сохранить на диск.
    ; Ненулевые, не-FF значения — кандидаты на «живые» порты.

Важно: На некоторых клонах (особенно с расширенной памятью) активное чтение с «несуществующих» портов может привести к глюкам. Делайте это на «голом» железе без сторонних резидентов.

2. Работа с КР580ВВ55 (аналог i8255)

Упоминали эту микросхему. Её логика стандартна, но адресация портов на каждом клоне своя. Если вы вычислили базовый адрес (допустим, #XX), то:

· #XX — Порт A (обычно на выход)
· #XX+1 — Порт B (обычно на вход)
· #XX+2 — Порт C
· #XX+3 — Регистр управления (задает режимы работы портов)

Код инициализации ВВ55 на выход (порт A) и вход (порт B):

LD BC, XX03h          ; B=0, C=адрес регистра управления (база+3)
    LD A, 10000010b       ; Бит 7=1 (режим), Порт A=Mode0, вывод (бит6=1, бит5=0),
                          ; Порт B=Mode0, ввод (бит2=0), Порт C(нижн.)=вывод (бит0=0)
    OUT (C), A

После инициализации запись в порт A (OUT (C), data) установит логические уровни на его выводах, а чтение порта B (IN A, (C), где C=база+1) считает состояние входов.

3. Ключевой вопрос совместимости: Конфликт по NMI

Одна из самых коварных проблем при подключении устройств к продвинутым клонам — немаскируемое прерывание (NMI).

· Оригинальный Spectrum его почти не использовал.
· Многие клоны (Пентагон, Profi) используют NMI для реализации мультизадачности, драйверов дисковода или видеоэффектов.
· Ваше устройство, генерирующее NMI (например, по событию), может вступить в конфликт с этой системой и «положить» ОС.

Что делать:

1. Изучить документацию клона. На что заведено NMI?
2. Предусмотреть возможность отключения генерации NMI с устройства (джампером или отдельной командой).
3. В коде драйвера крайне аккуратно обрабатывать свои NMI, сохраняя и восстанавливая все регистры, и выполняя минимально необходимую работу.

 

[BlackCat/EraCG]

Она перебирает возможные адреса и пытается считать байт, фиксируя те, где ответ отличается от FF (подтяжка к питанию) или где есть стабильная картина.

На 48 фирме по идее должно выдать кучу несуществующих портов.

 

[ВитГо]

Инженерный интерес , как будующего инженера, для меня представляет только изучение каких-то новых технологий. Думаю как разберусь со спеком запилить для него видеоадаптер с hdmi на fpga. - вполне реальная задача для того что бы пощупать что такое fpga.
Как человека который немножко могёт в асм (для x86 по крайней мере) для меня представляет интерес именно та зона где софт соприкасается с железом - то есть когда ты не просто пишешь какую то логику , а когда твой код можно "пощупать" осциллографом, что в рамках программирования под x86 не очень то получается. Вот , скоро надеюсь буду и под z80 писать =)

приходи на stm32 под асмом я сейчас вот задумал скрестить 407zgt z80 и ssd1963 на 7"... правда спек там будет скорее всего без демосцен, и потом все таки хочется cpm машину получить (экран позволит 80 символов в строке)

 

[ВитГо]

Основная сложность при программировании под нестандартные устройства на клонах — отсутствие унификации в декодировании адреса порта ввода-вывода. На оригинальном Spectrum всё просто: чтобы выбрать конкретную линию, мы выставляем на шину адреса A8-A15 соответствующий байт. На клонах этот принцип часто ломается.

1. Практический пример: «Слепое» сканирование шины

не сработает эта задумка
просто потому что многие порты у спектрума работают только на ввод или только на вывод...
так что задумка красива, но не для спектрума - там экономия привела к полной невозможности определения доступных портов...
проще проверять по спискам....