Z8001MBex その１

新しくZ8001CPUボードを作製しました。今までは、ラッピングワイヤを直接はんだ付けして配線していましたが、今回初めて、ユニバーサル基板にピンヘッダをたてワイヤラッピングで配線してみました。この方法は、ピンヘッダとICソケットとの間を配線するのが単調で根気がいります。とくにPLCCソケットは苦痛でした。ラッピングでの配線はやっていて楽しいのですが、間違いに気づいたときは修正が大変です。ほどきたい配線の上にすでに配線されていると、それもほどかないといけません。一度ほどくとワイヤが傷んでしまっているので、２回目巻きなおすと折れたりするので気を使います。年で眼も弱ってきているので、そろそろPCBが作れるようにならないとだめですね。

今回のボードは、MMUを搭載しCP/M-8000以外のOSも移植することを考えています。初代のボードでは、Z8010 MMUを使ってメモリー管理ができるように考えていたのですが、何故かうまく動作せず。結局、CPLDでセグメントアドレスを変換するロジックを組んで、CP/M-8000が動作するようにしました。しかし、この方法ではアドレス変換が固定で融通が利かず、CP/M-8000以外のOSを動かすのは難しくなります。

新しいボードでは、Z8010を使うことは諦めて、MMUを自前で組むことにしました。これに先立って、Z8002 CPUを使ったボードで、MMUを自作できそうか簡単な回路を組んで試してあったのですが、実際に作ってみると配線量の多さからかなり苦戦しました。MMU以外は、最初のボードとほぼ同じです。

自作MMUの仕様は下のようになっています。

• 高速SRAMを使ってページテーブルを構成する
• ページテーブルをメモリ空間に置く
• ページサイズ　2Kバイト
• 論理アドレス空間　1Mバイト（16セグメント）
• 物理アドレス空間　1Mバイト
• 命令とデータ空間を分離可能
• システムとノーマルで空間を分離可能

手持ちで256kビットの高速SRAMを持っていたので、これを使ってページテーブルを構成しました。試験的に作ったZ8002ボードでは、I/O空間にページテーブルを置いたのですが、Z8001ではメモリ空間に置くことにしました。ページテーブルはSRAMの一部しか使わないので、未使用の部分が通常のメモリとして使えます。
また、メモリ空間だとブロック転送命令が使えるので、ページテーブルのコピーや移動が短いコードで行なえます。

ページサイズとアドレス空間のサイズは適当に決めたもので、これが最適なのかはわかりません。欲張ると配線量が増えるので、自作するには、これ位がちょうど良いかなと思っています。

命令とデータ空間の分離は、CP/M-8000を動かすためには必要な機能です。また、Z8001には8086のように8ビット命令がないため、コードが大きくなりがちです。64kバイトのセグメントサイズに縛られるZ8000では、データを別空間に置ける機能はあったほうが良さそうです。

システムとノーマルで空間を分離する機能は、UNIXのようなOSを移植するために付けておきました。一応、CP/M-8000でも使われているようなのですが、役には立っていないようです。

今回は次のような機能は見送っています。

• ページを無効に設定できる
• ページを書き込み禁止に設定できる
• ページにアクセスがあったか記録する

最初の2つは、あとからでも実装できると思います。しかし、ページアクセスの記録は、別のメモリを積むか、高速SRAMにアドレス変換後に書き込む回路を追加する必要があり、実現が難しいので諦めています。

すでに、CP/M-8000の移植は完了しています。初代のボードとほとんど同じなので、MMUの初期化を追加し、初代のボードと同じセグメントアドレス変換になるよう合わせれば動きました。

そして今、UNIX V7を移植しようと挑んでます。