KZ80-CF コンパクトフラッシュボードとCP/M 2.2

128kB メモリーボードで64kBフルRAM化が可能となったので、SBC8080バスにつながるコンパクトフラッシュボードを作成してCP/M 2.2を動かしてみたいと思います。

コンパクトフラッシュボード(KZ80-CF) について

KZ80-CFはGrant氏の CP/M on breadboard で 紹介されているCFカードの情報をもとにSBC8080バスへCFカードを直結するボードです。
詳しい回路説明等はgithubのwikiをご覧ください。
https://github.com/kuninet/Z80_CF/wiki

CFカードはパラレルバスを持っていて、かつTrueIDEモードに対応したカードだと特定のピン(9番ピン(#ATA))をGNDに落とすだけでIDEドライブとして使用できるということでパラレルI/Oをもったマイコンからの操作が容易です

CP/M 2.2を稼働させる準備

CFカードの準備(128M/64M)

KZ80-CFに装着したCFカードをFDにみたててCP/Mを起動してみることにします。この際、”TrueIDE”対応の128M/64MバイトCFカードが必要です

メーカー型番備考
バッファローRCF-X 128M RCF-XシリーズはメーカーFAQで”TrueIDE”対応と出ています
I/OデータCFS-128M
ハギワラシスコムCFI-128MDG
ハギワラシスコムNFD10-256B

アセンブリ環境の準備

今回のCP/M稼働はGrant氏の以下のページで紹介されている手順で実施します。
http://searle.hostei.com/grant/cpm

Grant氏提供のCP/M関係アセンブラソースzipファイルにTASM(A Table Driven Cross Assembler for the MSDOS* Environment)が添付されてきます。MS-DOSで動作するクロスアセンブラです。私はMac上のWin2000で実行しました。Macだと仮想マシンでDOS環境を動かすかDOSBoxを使うのが環境準備としては容易です。Windows環境だとMS-DOS Playerが良いかもです。

ROM機械語モニターの移植

最初に、Grant氏が公開しているROM機械語モニターのシリアル部分をKZ80/SBC80系で動くように移植します。Grant’sモニターは機能は少ないですがCP/Mのロード機能を持っているので今後の運用に便利です。(その部分だけ別モニターに移植しても良いですが….)

Grant氏の公開しているモニターは、シリアル通信にZ80 SIOを前提にZ80 CPUの割り込みモード2を使用していますが、KZ80/SBC80系で動かすためには8251シリアルLSIを割り込みモード0または1で動かすように変更します。
移植の手順は以下のgithub wikiに詳細をまとめました。
https://github.com/kuninet/KZ80_CPM/wiki/KZ80%E3%82%B7%E3%83%AA%E3%83%BC%E3%82%BA%E3%80%81SBC8080-8085%E3%81%A7CP-M

基本的にはSBC8080データパックのソースを参考に 初期化ロジック、シリアル入力/出力、シリアル割り込み入力などを移植します。各ルーチンの入出力インターフェースが似ていますので移植は容易です。

CP/M 機種依存部分の移植

CP/Mに関してWikipediaを見ると以下の記載があります。

CP/Mは、シェルであるCCP (Console Command Processor)、OSの本体であるBDOS(ビードス、Basic Disk Operating System)、入出力を処理する下位プログラムの集合体であるBIOS(バイオス、Basic Input and Output System)で構成される[2]。ハードウェア依存部分はBIOSに集中させてあるので、BIOSだけを変更することで大抵のハードウェアに移植可能となっていた。BIOSの機能はシステムの初期化、CCPのリブート(アプリ実行の終了とシェルの再起動)、コンソールなどのキャラクタデバイスリダイレクト付入出力、フロッピーディスク/ハードディスク等の1セクタ単位の入出力だけである。

https://ja.wikipedia.org/wiki/CP/M

上記のとおりCP/MはBIOSを移植することで80系システムへ移植が可能とのことで、Grant氏提供ソースの “cbios128.asm” や “cbios64.asm”をカスタマイズすることでKZ80/SBC80系システムで稼働できそうです。

Grant氏のBIOSソースのカスタマイズポイントを以下のgithub wikiにまとめました。
https://github.com/kuninet/KZ80_CPM/wiki/KZ80%E3%82%B7%E3%83%AA%E3%83%BC%E3%82%BA%E3%80%81SBC8080-8085%E3%81%A7CP-M
ほぼROM機械語モニターの移植と同様です。シリアル入出力関係の部分、メモリーの64kフルRAM切り替えについてのカスタマイズが必要です。
注意点は以下になります。

  • KZ80-1MSRAMを使用した場合のメモリー64kフルRAM切り替えは、バンクレジスタへ 00hを出力すること。(3箇所あります)
  • シリアル1文字出力ルーチンではCレジスタで出力文字が渡ってくることに注意。

CP/M 2.2を起動する

CP/M 2.2を起動するための手順詳細は以下のGrant氏の ページや、わたしのgithub wikiページの下の方にあります。

大雑把に言うとROMモニターで起動し、CFをform128プログラムなどでフォーマット実施、CP/M本体+BIOSをインテルHEX形式で一旦メモリーへロードしたものをputsysプログラムでCFの先頭セクターへ書き込みすると完成です。

環境は若干違いますがYouTubeにそのあたりを実演した動画をUPされている方がいました。以下の動画です。実演動画は分かりやすいです。この動画をみて、私もCP/M起動できるかもと思ったという….

違いはRC2014コンピューターはROMが7FFFhまであるみたいでputsysやform128プログラムを8000h番地以降にロードしている?ようでした。ここはKZ80-1MSRAMをお使いの場合はGrant氏の手順どおり実行できます。

以下のようにシリアル端末の画面にプロンプト “A>” が表示されればCP/M起動成功です。おめでとうございます
これで様々なCP/M対応のプログラム(テキストエディタ、CやPASCAL、BASICなどの開発言語、ゲーム…etc)が動くようになります。

SBC8080/8085でCP/M 2.2を動かす場合

上記手順で移植したソースの場合、Grant氏提供のBIOSなどのソース類にZ80固有命令(DJNZ、LDIR…etc)が含まれているためSBC8080/8085ではCP/Mが起動しません。

わたしはThe Macroassembler AS の8080CPU用アセンブリ機能のZ80ニーモニックを使用するモードを使用して、機械語ROMモニター、BIOSなどのソースに含まれるZ80命令を8080命令へ置換することでCP/M起動に成功しました。(インテルニーモニックが苦手だったもので….)

https://github.com/kuninet/KZ80_CPM/wiki/Z80-ASM(TASM)%E3%82%928080-ASM%E3%81%B8%E7%A7%BB%E6%A4%8D%E3%81%99%E3%82%8B

CP/M本体(CCP/BDOS)は8080の機械語だけで構成されているため、ROMモニターやBIOSさえインテル8080で動作するように対応すればOKです!!

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KZ80-CPUB Rev.1

以前 ユニバーサル基板で作った Z80 CPUボード(SBC8080バス直結) のプリント基板を起こしました。

githubにガーバーデータを含めたデータを公開しています。
また、オレンジピコさんでも基板を販売していただけることとなりました。

概要

  • SBC8080バスにつながる Z80 CPUボードです
    • ☆SBC8080との完全互換ではありません。
    • 外部リセット端子がつながってません
    • DMA関係の配線がされてません。(#BUSREQ/#BUSACK未配線や#IOR/W、#MEMR/WのHiZ未対応とか…)
  • 単体ではメモリー/ROM/シリアル等がありませんので、SBC8080 SUBルーズキット等と組み合わせてご使用下さい。

回路図について

  • 以前ユニバーサルボードで作成したときと回路は一緒です。プリント基板化に伴いバイパスコンデンサ、電源端子等も正しく書き加えました。

部品組み付けについて

  • 部品表はこちらに OpenOffice等の表計算ソフトデータとしてUPしてありますのでご覧ください。
  • Z80 CPUは CMOSタイプの Z84C0020PEC で動作確認しています。
  • ロジックICのインバータのみCMOSタイプ(74HC04 or 74HCU04)必須です。
  • 電解コンデンサは極性にご注意。(タンタルだと爆発の危険も…)

ソフトウェアについて

基板のデータ等

各種ライセンス等

  • girhubの方のライセンス文書にも書きましたが、MIT License のもとで公開します。

KiCADの回路図描きの練習から始めて、プリントパターンエディタの使い方の練習、オートルーターのセッティングなど色々とありましたので、今後じわじわとBLOGにまとめて行ければと思っています。