市販のものに比べ、内蔵SSDには情報が少ないので、一応書いておきます。
東芝Portege R600-108の搭載SSDは、デバイスマネージャ上では、TOSHIBA THNS128GE8BMDCとなっています。 これがまた、詳細な仕様がどこにもなく、どういったものなのか不明です。
SSDのモニタリングソフトを試してみたところ、動かなかったので、コントローラがJMicronのJMF602でないことだけは確かです。 まぁ東芝製ですから、ありえないでしょうけどね。
日本のDynabook SS RX2 T9G(G)なども同じかもしれません。
ラッチを使ってZ80との入出力ができることがわかったので、修正した回路図です。
Webページに収まるようになるべく小さく描いたので見にくいのはご勘弁。
う～ん、4075(3入力OR)は持ってないぞ。 32(2入力OR)ならあるんですが、効率が悪いんですよね。 4078(8入力OR)を使ってもいいですね。 ゲートの段数も少なくなってすっきりします。 こんな感じ。
その場合、グランドになっている部分を変更することでA1までデコードできます。 AVRにA0だけしか入れられなくなるけど。 まだPCからのインタフェースは設計途上なのですが、一応下位のアドレスラインはデコードして使うかと思い、残してあります。
ゲートはすべてHCシリーズを想定しています。 Z80へデータを出力するときのみ、レベルあわせのために5Vを供給しています。 ちゃんとバッファICを使ってないけど、大丈夫かなこんなんで?
事実上、NORが1ゲートあまっている(4-5-6ピン)ので、必要ならA6～A2のどこかにNOT代わりに入れればI/Oアドレスを調整できますね。
今のところ最下位アドレス(0x00～0x03)を使う想定になっています。 AVRのI/Oが3本ほど余っていますが、外部クロックを使うことになったときに使うもよし、他の機器をコントロールするもよし。
...とりあえずデバッグLED用かな?
とりあえず、前回のテストは期待通りの動作をさせることができました。 原因はあちらこちらの断線でした。
UEWを使っていて、しょっちゅう回路を変更するものだから、そのたびに線をいじったりしているうちに断線してしまっているのでした。 直しては他の箇所が断線するいたちごっこ状態。 こんなんじゃ先が思いやられるなぁ。
ちょっと面白かったのは、LS373の電源(Vcc)が断線していたときのことです。 入力端子の電圧が3.3V程度あり、そのときの出力端子の電圧が2.3Vくらいあるんですね。 もちろんVccがないので出力コントロール(^OE)が利かず、バス直結のラインにその電圧を出力していたわけですが、なぜかPC側本体側は暴走しませんでした。 本体側でデータバスがぶつかってるのに。
どうも、拡張スロットへのデータバス入出力にはLS245または他のバッファが接続されているようです。 拡張メモリを使っていない状態だったため、拡張スロットへの入出力がこの実験用回路に向けたもののみだったのが幸いしたのでしょう。
今回はPC側から見て入力のみを実験しましたが、同じ手法で出力もできます。 というか、出力のほうが楽(あらかじめデータを用意しなくていいから)ですね。 また回路変更で断線しまくりそうで怖いですが。
さて、そうなると次はSDカードのアクセスか...。
I/O回路の要求には高速応答性が必要で、到底AVRの割り込み反応時間では間に合わないことがわかったので、バッファを入れる実験をしました。
例により、簡略化した回路です。 手持ちのラッチがLS373しかなかったので、電圧が混在しています。
プログラムのほうは、なんかoutしたら、そのタイミングでデータを出力し、inで読めるようにしてみました。単純にデータをインクリメントしているだけです。
.org 0 rjmp RESET rjmp INT_IN rjmp INT_OUT INT_IN: inc Data ; buffer input close cbi PORTB, 1 reti INT_OUT: ; output data mov Temp, Data ori Temp, 0x40 out PORTC, Temp mov Temp, Data ori Temp, 0x3f out PORTD, Temp ; load data to the buffer sbi PORTB, 1 reti RESET: ldi Temp, low(RAMEND) out SPL, Temp ldi Temp, high(RAMEND) out SPH, Temp ldi Data, 0x00 ldi Temp, 0x12 out DDRB, Temp ldi Temp, 0x3f out DDRC, Temp ldi Temp, 0xc0 out DDRD, Temp ldi Temp, 0x0a out MCUCR, Temp ldi Temp, 0xc0 out GICR, Temp sei LOOP: rjmp LOOP
とりあえずの「データを読ませる」という結果としては良好です。 AVRからのデータらしきものがPC側から読めています。
ただ、なんかD0がふらふらする変な挙動です。 outしないでinし続けると0が入力され続けるはずなのに、ときどき1が混じります。 out/inを交互に繰り返すと、大部分が2回ずつ同じ値を読んで、次は2インクリメントします。
データラインがショートしたりているわけではなさそうなのですが、いまのところ原因はわかりません。接触が悪い可能性はありますが、直しても同じなのが謎。そこら辺から剥ぎ取ったラッチが変なのかも。
とりあえずラッチ意味があったということで勘弁しといてあげよう(弱気)。
秋葉原で、以前話題にしたグリーンハウスの1.8インチのIDE SSDが発売になりましたね。
MLCならば32GBモデルのGH-SSD32GP-1Mが約1万円、64GBモデルのGH-SSD64GP-1Mが約2万円だそうで、安価です。速度はあまり速くないようですが、1.8インチのHDDのスピードもかなり遅いのでそれほど悪い選択肢ではなさそうです。
ただし、残念ながら写真でもわかるとおりZIFタイプですね。
本体サイズは長さが71mm。東芝タイプの1.8 インチHDDの長さは78.5mmですので、7.5mmほどのマージンがあります。でも、市販の変換基板(長さ24mm)をPC本体内に納める余地はちょっとなさそうです。
7.5mmというと、ほとんどコネクタ部分くらいの余裕しかないということでしょうね。
Z80からのI/O信号に対し、どのくらいでAVRによる割り込み反応が得られるのかを調査してみました。 回路は前回作ったものを使います。
PC-6001側からI/O命令を発行し、AVRの外部割込み入力をトリガにして反応を調べます。 まずは、主な信号線の様子。
ここで、INT0が活性化されている時間(A-B)は、630ns。
実行されているプログラムは以下のような感じです。
.org 1 rjmp INT_IN INT_IN: sbic PIND, 2 ; 割り込み終了だったらInputへ rjmp Input ; omit... Input: out DDRC, r18 out PORTC, r19 sbi PORTB, 4 reti
INT0は両トリガでの割り込みにしているのですが、 AVRの割り込みルーチンが反応するときには、INT0はHレベルになっているのか、常にInputルーチンへ飛びます。
上図にあるLEDという信号線は実際にはAVRのポートB4で、これがLからHになる(sbi PORTB, 4)まで2,040nsかかっています。 8MHzだと約16クロック分です。
割り込みへの反応速度を見るために、プログラムを少し変えてみました。
.org 1 rjmp INT_IN INT_IN: sbi PORTB, 4 ; omit...
割り込みがアクティブになってから、rjmpおよびsbiのみの実行です。 タイミングは以下のようになっています。
これで、LED(PORTB4)の変化までの反応時間は1,200nsでした。8MHzで9.6クロック分。 rjmpとsbiの実行時間4クロックを差し引くと、割り込みの反応に700ns(5.6クロック)ほどかかることになります。
ちなみに、割り込みをダウンエッジのみにして追試してみましたが、反応時間は1,160nsで、それほど大きな差はありませんでした。
これを、最初の図と照らし合わせると、INT0の活性化時間が700nsに満たないため、割り込みルーチン開始時にはどう足掻いてもI/Oには間に合わない、ということになります。
やはりどうしてもZ80とAVRの間にはラッチが必要ということになりますね。
以前出たような複数カードのストライピングで高速化&1.8インチ SSD化できないものか、ちょっと思考実験してみましょう。
マイコンは使えるか?現時点で、100円ショップでも売ることが可能な格安のmicro SDカードがあります。 こいつを10枚でも20枚でも使ってストライピングできないものでしょうか?
サイズ的には、1.8インチHDD/SSDの体積は
8.0 x 54.0 x 78.5 = 33,912mm3となります(東芝製MK8007GAHデータシートより)。
一方、micro SDカードのサイズは、
11.0 x 15.0 x 1.0 = 165mm3となります。
物理配置や基板、配線等を無視すれば、1.8インチHDD/SSDのスペース内にmicro SDは200個以上入ることになります。
実際にはソケットに入れる必要があるでしょう。 こちらの製品例では、ソケットの外形寸法は
13.7 x 15.3 x 1.4 = 293.454mm3です。また、プッシュプル方式ではないですが、こちらのアダプタは
12.6 x 14.5 x 1.5 = 274.050mm3と、さらに小さくなっています。
計算だけだとこれでもHDD/SSDに100個以上の体積を収められますが、現実的には無理でしょう。
実際には、最大限でもこんな感じじゃないかな?
縮尺はあわせてあります。 緑色のが基板部分で、斜め線のがmicroSDカードスロットです。 厚さを考えると裏側にも同じだけ装備できるので、計24枚入ります。
これで、2GBのmicroSDを使えば48GB。 メディア代がおよそ2,500円。 安い～!
もっと高性能なコントローラ?次はこれのコントローラです。
趣味の電子工作の範囲だと、SDカードの入出力は簡単に可能で、もっぱらストレージの主流ですね。 ただ、電子工作ではプログラムが簡単なSPIモードを使うため、SDカード側のクロック制限はおおよそ25MHz(約3MB/sec)となります。
また、AVRを使うとすると、最大周波数は20MHz、SPI入出力ではその半分のクロックが最大供給クロックなので、結局10MHzです。 すると、ビット単位の入出力なので1.25MB/secとなり、あまり高速ではありませんね。 PICの場合も最大動作周波数は20MHzのようなので、似たり寄ったりです。
でも、超小型のATtinyあたりを16個並列動作させて、1ビットごとに分散させればスピードも16倍(パラレルATAの信号は16ビット幅)。 これでやっと20MB/secだ～。
どうも、これらの簡単マイコンを使うソリューションはあまりうまくないですね。
組み込みCPUは非常に多種のものがあり、ハイパワーなものから小消費電力なものまで千差万別です。
でも、一般的に上記のマイコンよりはかなり高速であり、数100MHz程度のものも珍しくありません。 SHシリーズなんか結構いいかも? これなら、ストライピングしたSDカードを十分ドライブできそうです。
というわけで、技術的には十分可能そうではあります。
さて、誰か作ってくれないかなぁ??
レトロパソコンのインテリジェントな周辺機器を作るのに 大きな間違いに気づいてショックな今日この頃。 デコーダ・バッファは8255が入手困難な現在、手持ちのCPLD(Xilinx XC9536XL)があるのでそれでやってみようと思うのですが、困ったことにライタがありません。
ライタを作ろうにも、そのための部品が手持ちでは苦しいところです。
またしても鶏卵問題に陥りそうなのですが、悩んでいても埒が明かないので、とりあえずやれることからやってみることに。
まずは、テスト用に以前の回路を手直しして、以下のような簡単な回路を作ってみました。
入出力に対応させてありますが、とりあえずそれは気にしないでin命令に応じてLEDを点滅させてみることにしました。
AVRのプログラムは以下のとおり。
.include "m8def.inc" .org 0 rjmp RESET INTERRUPT: sbic PORTB, 4 ; 前回は点灯ならスキップ rjmp LEDON sbi PORTB, 4 ; LEDを消灯 reti LEDON: cbi PORTB, 4 ; LEDを点灯 reti RESET: ldi r24, low(RAMEND) out SPL, r24 ldi r24, high(RAMEND) out SPH, r24 ldi r24, 0x10 out DDRB, r24 cbi PORTB, 4 ; 初期状態は点灯 ldi r24, 0x02 out MCUCR, r24 ; 割り込みモード(INT0ダウンエッジ) ldi r24, 0x40 out GICR, r24 ; INT0割り込みイネーブル sei ; 割り込み許可 LOOP: rjmp LOOP
LOOPでの無限ループ中に、割り込みがかかるとINTERRUPTルーチンが走ります(INT0のベクタアドレスに直接書いています)。 割り込み条件はINT0のダウンエッジです。
INT0は回路にあるように、IORQ | RD | A7 | A6なので、これらがすべて0のとき、すなわちBASICなどで
a=inp(0)
を実行すると点滅します。
ところが、不思議なことに放っておいても(BASICのテキストモードで何もしなくても)不規則に点滅します。
割り込みの条件から考えると、0x00～0x3fのI/Oリード要求により点滅するはずなのですが...。 何かおかしいんでしょうかねぇ。
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