Urob si sám PMD-85

PMD-85 bol slávny osembitový mikropočítač hojne používaný v Československu v rokoch 1984-1994. Rozšírený bol hlavne cez krúžky tedajšieho ZVAZARMu, domov pionierov a mládeže i celkovou dostupnosťou v školstve.
Cieľom tejto konštrukcie je umožniť nadšencom postaviť si vlastný klon PMDčka. To znamená vytvorenie zariadenia z ktorého po pripojení televízora, klávesnice a napájacieho zdroja sa prenesiete do rokov 80-tych a zahráte si napríklad obľúbeného MANIC MINERa alebo skúsite niečo naprogramovať v starom programovacom jazyku BASIC-G.

Toto všetko vrátane cca 113 KB pôvodných hier a programov sa podarilo postupnými iteráciami napokon vtesnať iba do dvoch integrovaných obvodov a to: ATmega128-16 a IO 64 KB pamäte RAM. Zobrazovanie obrazu na televízore (TV), generovanie zvuku, obsluha klávesnice ako aj vlastná emulácia chovania procesora Intel 8080, ktorý bol srdcom pôvodného PMD-85, je realizovaná čisto softvérovo.

Samozrejme vždy je rozdiel medzi kópiou a originálom a inak to nebude ani v našom prípade. Niektoré nepodstatné vlastnosti pôvodného PMDčka boli zanedbané alebo vynechané, niečo bolo implementované zjednodušene. Z pohľadu softvéru, pôvodných programov na PMDčku, sa dosiahla kompatibilita takmer 100%, bežia všetky známe programy vrátane výbornej hry HLÍPY od Karla Šuhajdu. Generovanie čiernobieleho TV obrazu vrátane atribútov blikanie a jas je veľmi výborné, náhrada magnetofónu pamäťou FLASH na čítanie taktiež výborná, nehovoriac o niekoľkonásobnom zrýchlení nahrávania programov. Pôvodná klávesnica PMDčka ako jediné vstavané vstupné zariadenie je nahradená lacnou externou PS/2 klávesnicou. Najväčšie momentálne nedostatky v konštrukcií resp. obslužnom softvéri sú pri generovaní zvukového výstupu.

PMD-85 bol domáci 8-bitový mikropočítač so vstavanou klávesnicou a výstupom na klasický TV príjimač. Výstup na TV bol čiernobiely ale bola možnosť pripojiť externý farebný monitor s rozhraním RGB. Ale aj tak boli grafické možnosti PMDčka malé - rozlíšenie 288÷256 pixelov, pričom každá 6-tica mala spoločný 2 bitový grafický atribút. Na vtedajšiu dobu to bol výborný obraz, keďže ZX Spectrum malo ešte nižšie rozlíšenie 256÷192 + grafické atribúty. PMDčko bolo skonštruované a vyrábané niekdajšou Teslou Piešťany okolo roku 1982. Neskôr ho v rôznych obmenách začalo vyrábať viacero domácich výrobcov a vznikli modely PMD-85/2, PMD-85/2A, PMD-85/3, Didaktik Alfa 1,2, Didaktik Beta, Maťo, Zbrojováček C2717 a iné. PMDčko malo vstavanú svojsku nespoľahlivú klávesnicu, zvukový výstup - speaker, zasúvateľný ROM modul s BASIC-G. Ako pamäť na uchovávanie programov slúžil klasický magnetofón.
Čo sa týka softvéru - bola to éra tvorby softvéru nadšencami, vzniklo a bolo preportovaných veľa hier. Veľmi činné bolo trio autorov VBG software - Vlastimil Veselý, Libor Bedrlík a Ladislav Gavar. Na PMD-85 teda existuje par megabajtov hier - Manic Miner, Flappy, Boulder Dash, Fred, Penetrator, Saboter, Pampuch, Wurmi, Galaxia, Mikrotron, Willy atď. Niektoré z nich (dá sa konfigurovať) sú vstavané v tomto klone PMDčka (ktorý interne volám kódom small_pmd_128, 128=veľkosť FLASH pamäte v KB, small=rozmery PMDčka 3x4 cm).

Pôvodné PMD-85 bol mikropočítač postavený z v tej dobe populárnej procerosovej rodiny Intel 8080 (MHB 8080). Jednalo sa o obvody: 8080 - procesor, 8228 - radič zbernice, 8224 - hodinový generátor, 3x8255 - paralelné rozhranie, 8251 - sériové rozhranie apod. Typickým pre systémy z 80-tych rokov bolo použitie aj obvodov s malou hustotou integrácie - TTL logiky. U PMD bol technológiou TTL obvodov zostavený kompletný videoprocesor, starajúci sa o cyklické zobrazovanie videopamäte na pripojenom televízore.

PMD sa skladalo z nasledovných hardvérových modulov:

• procesorový modul
• videoprocesor
• modul interfejsov
• klávesnica
• ROM modul (BASIC-G)

Nebudeme rozoberať pôvodné obvodové riešenie PMDčka, problematike sú venované monografie dostupné v knižniciach. Uvedieme preto popis realizácie nášho klonu PMD-85/1. V krátkosti treba dodať že verzie PMD-85/1, PMD-85/2, PMD-85/2A, PMD-85/3 boli navzájom čiastočne nekompatibilné a tiež väčšina softvéru vznikla práve pre model PMD-85/1.
Treba tiež dodať že PMD-85/1 komunikovalo s magnetofónom prostredníctvom USART 8251, čo znamená registrovo orientovaný pohľad na komunikáciu s magnetofónom. Je podstatne jednoduhšie emulovať prístup na magnetofónovú pásku po bajtoch s podporou handshake USART-u ako emulovať čítanie z mgf. pásky cez jeden bit (v reálnom čase) - ako bolo realizované u vyšších modeloch PMD. Je však pravda že kvalita BASIC-u i firmware postupne u jednotlivých modelov stúpala, ale veľa softvérového vybavenia vzniklo pre PMD-85/1.

Cieľom konštrukcie je teda vyhotovenie zariadenia, z ktorého sa po pripojení napájacieho zdroja (AC-DC adaptéra), PS/2 klávesnice a klasického televízora so vstupom kompozitného videa/SCART stane plnohodnotné PMD-85/1. Navyše s virtuálnou magnetofónovou kazetou 113 KB hier medzi inými MANIC MINER, BOULDER DASH, PENETRATOR, DUCH&PAMPÚCH, HLÍPA, PAMPUCH, FLAPPY, WURMI či SABOTER.

Obr. č.1

Na obrázku č.1 je znázornená obvodová schéma. Komunikácia s užívateľom sa realizuje prostredníctvom externej klávesnice a televízneho prijímača. Jeden z kľúčových prvkov konštrukcie je zvládnutie generovania úplného televízneho signálu v rozlíšení 288x256 pixelov, pričom každá šestica pixelov v TV riadku má dvojbitový grafický atribút, presne tak ako pôvodné PMD-85/1. Schéma a doska plošného spoja bola navrhnutá s použitím freeware verzie programu EAGLE 4.1

VIDEO D/A prevodník

Generovanie kompozitného videa (analógový signál) COMPOSITE_VIDEO realizuje asymetrický D/A prevodník realizovaný odporovou sieťou R1-R4 a D1-2 ktorá mixuje TTL videodáta VIDEO_DATA a synchronizačnú zmes SYNC do štandardného čiernobieleho videosignálu cca 1 V_šš. Signál COMPOSITE_VIDEO je vyvedený na CINCH konektor VO0. Vopred upozorňujem že na jednovrstvojej doske plošného spoja je nutné prepojiť prepojkou PAD1 s COMPOSITE_VIDEO. Obvod jasového atribútu, zložený z diód D1, D2 a odporu R2 realizuje zvýšenie jasu zobrazovaného pixelu v prípade rovnakej hodnoty signálov BRIGHT=1 a VIDEO_DATA=1. Softvérovo je realizovaná inverzia jasového atribútu BRIGHTNESS po stlačení klávesy ALT+C. Opakované zatlačenie cyklicky prepína význam jasového atribútu.

Napäťové úrovne signálu COMPOSITE_VIDEO sú veľké približne podľa tabuľky č.1, kde symboly logických úrovní H, L a X majú obvyklý význam. Z tabuľky je zrejmé že úrovne výstupného kompozitného signálu nie sú exaktne podľa odporúčaní TV normy, ale neuberá to na funkčnosti zapojenia či ostrosti generovaného obrazu.

Tiež treba spomenúť fintu, ktorú používalo mnoho 8biťákov - namiesto generovania 625 riadkového obrazu (čiže 2 rôzne polsnímky) s opakovacou frekvenciou 25 Hz, generujú sa 312 riadkové polsnímky (s opakovacou frekvenciou 50 Hz), čiže na TV obrazovke sú každé dva susedné TV riadky úplne zhodné. Zjednodušuje to logiku generovania, šetrí kapacitu videopamäte a obraz je ostrejší.

PAMÄŤOVÝ PODSYSTÉM

K procesoru ATmega128 (IC1) je pripojená 128 (alebo 64) KB SRAM pamäť v púzdre SOJ IC2 s dobou prístupu 70 ns, z ktorej sa momentálne využíva iba prvých 64 KB.
Pamäť je adresovaná 17 bitovou adresnou zbernicou, vytvorenou z portov monolitického mikropočítača ATmega128 tak, aby procesor mohol v priebehu 2 taktov vyslať 16 bitovú časť adresy inštrukciou OUT. 16-tym adresným bitom sa prepína medzi dvoma 64 KB bankami pamäte a tento bit sa bežne nezúčastňuje adresnej aritmetiky. Podľa schémy na obrázku č.1 vidíme že adresné bity 0. až 15. sú porozhadzované po portoch PB a PD na prvý pohľad neobvykle, tak aby na jednovrstvovom plošnom spoji nevzniklo kríženie vodičov. Pamät SRAM je necitlivá na výmenu poradia bitov adresnej a bitov dátovej zbernice. Dátová obojsmerná zbernica je riešená použitím celého 8 bitového portu PC. Signály čítania /RD a zápisu /WR sú generované 2 bitmi portu PA. Pamäť je trvalo selektovaná signálmi tak aby: /E1.E2 = 1.

Pamäť SRAM je použitý (odporúčaný) typ HYUNDAI HY628100B-70. Neodporúčam pamäť SAMSUNG K6X1008C2D, recenzent mal s ňou problém, aj v iných aplikáciach.

Takéto riešenie pripojenia externej pamäte RAM umožňuje zvýšiť priepustnosť pamäťového podsystému oproti štandardne používanemu zapojeniu z manuálu s použitím záchytného registra (ušetrí sa teda jeden integrovaný obvod, zjednoduší doska plošných spojov). ATmega128 bohužial nepodporuje lineárny pamäťový priestor externej RAM plných 64 KB, nakoľko vnútorná RAM a registre sú v adresované tými istými inštrukciami ako externá pamäť. Aj z tohto dôvodu nie je použitie odporúčaného zapojenia externej pamäte podľa manuálu výhodné. Na emuláciu správania PMDčka je potrebných lineárnych 64 KB priestoru RAM, ktoré sú využívané nasledovne:

VIDEOPROCESOR

Videoprocesor periodicky číta obsah videopamäte a zaisťuje generovanie TV signálu cez VIDEO D/A prevodník. Táto činnosť zaberá použitému mikroprocesoru ATmega128 približne 3/4 z celkového strojového času. Zvyšná 1/4 výkonu postačuje na simuláciu chovania procesora 8080, použitom v originálnom PMD-85. Pozrime sa podrobnejšie ako a z čoho sa generuje videosignál.

Videopamäť je 16 KB pamäť RAM, logicky organizovaná do 256 riadkov po 64 bajtoch. Jeden riadok obsahuje 48 "viditeľných" bajtov a 16 bajtov ktoré sa nezobrazujú (doba spätného chodu TV lúča). Jeden bajt je podľa nasledovnej tabuľky organizovaný tak že nesie informáciu o 6 pixeloch a k nim prislúchajúci 2 bitový atribút:

Zaujímavé je reverzné poradie pixelov P0 až P5, t.j. pixel vľavo má nižšiu bitovú váhu ako pixel ležiaci vpravo od neho v rámci každej šestice pixelov.
Takto organizovaný pamäťový priestor videopamäte umožňuje zobraziť obraz v rozlíšení 288 × 256 pixelov. Každá horizontálna šestica pixelov môže byť zobrazená navyše v 4-och módoch:

Najpracnejšou úlohou videoprocesora je serializácia jedného TV mikroriadku, t.j. rozklad 48 bajtov do 288 pixelov spolu s grafickými atribútmi v reálnom čase. To vyžaduje spracovať 48 bajtov počas 48 µs, teda zvládnuť konverziu 8 Mb/s dát do 6 Mpx/s (megapixelov za sekundu). To znamená pre každý bajt vyslať adresu na adresnú zbernicu, prečítať ho, vyslať postupne 6 po sebe idúcich pixelov, inkrementovať ukazovateľe .... Pri použití procesora ATmega128 taktovaného na 18 MHz by sme museli jeden pixel vygenerovať za 3 periódy hodín. Keďže bežne dostupný je procesor bežiaci na 16 MHz, bolo nutné urobiť kompromis a generovať nerovnako široké pixely podľa tabuľky:

Dva pixely z každej šestice sú skrátené na 2/3 šírky normálneho pixelu aby 6 pixelov bolo vygenerovaných za 16 periód hodín, t.j. za 1 µs. Pri takte 18 MHz sú pixely (po rekompilácií programu) rovnako široké. Frekvencia procesora je plne voliteľná konštantou v programe. Pri nastavení frekvencie (a rekompilácií) na nižšiu hodnotu ako 16 MHz nie je možné generovať 288 pixelov na TV riadok, ale úmerne sa zníži počat pixelov na riadok. Napríklad pri 8 MHz je to 144 pixelov. Podotýkam o tejto možnosti - pri oživovaní konštrukcie je možné začať s 8 MHz interným RC oscilátorom. Ale na reálne používanie je to veľmi pomalé, obraz sa trasie (pretože RC oscilátor je menej stabilný), je viditeľná iba cca polovica z každého TV riadku. Pri 8 MHz emulácia PMDčka nebeží už v reálnom čase, procesor ide príliš pomaly.

Serializácia videodát spolu s grafickými atribútmi je možná aj vďaka špeciálnemu rozloženiu signálov VIDEO_DATA a BRIGHT na porte PORTE, ktoré umožňuje využiť inštrukciu aritmetického posuvu vpravo (ASR). Blikací atribút BLINK je realizovaný čisto softvérovo.

Generovanie synchronizačných signálov

Na vytvorenie úplneho kompozitného videa potrebujeme okrem modulačného signálu VIDEO_DATA taktiež synchronizačný signál SYNC. Horizontálny synchronizačný signál s opakovacou frekvenciou 15625 Hz a šírkou impulzu 4.7 µs negatívnej polarity je realizovaný interným PWM modulátorom vyvedenom na pine OC3A. Polohu horizontálneho synchronizačného impulzu je možné nastaviť takmer ľubovoľne vzhľadom na začiatok generovania TV mikroriadku - konštantou v programe. V súčasnej verzii sa 6 µs po horizontálnom synchronizačnom impulze sa začína kresliť prvý pixel daného mikroriadku. Za jednu sekundu sa teda zobrazí 15625 mikroriadkov čo tvorí 312 mikroriadkov s opakovacou frekvenciou 50.08 Hz. Je zvolené neprekladané riadkovanie, t.j. susedný párny aj nepárny snímok sú totožné. (Klasická TV norma uvažuje o 625 TV riadkoch, ktoré sa prenášajú s opakovacou frekvenciou 25 Hz systémom: najprv párny snímok tvorený 312.5 riadkami a potom nepárny snímok 312.5 riadkov. 312.5 riadkové snímky sa teda prenášajú frekvenciou 50 Hz.)

Z celkového počtu 312 mikroriadkov sa aktívne zobrazuje 256 mikroriadkov. Zvyšné mikroriadky sú nepoužité alebo slúžia na prenos snímkových (vertikálnych) synchronizačných impulzov. Vertikálny synchronizačný impulz tvorí 5 TV mikroriadkov tvorených s predĺženým horizontálnym synchronizačným impulzom na 32 µs. Poloha - vertikálne a horizontálne posunutie obrazu je možné zmeniť v programe zmenením práve posunutia synchronizácie. Jedná sa o zjednodušené implementovanie TV normy. Konštrukcia bola overená na televízoroch: CTV 2134A a ďaľších. Pri vývoji obslužného programu bola odhalená nutnosť generovať vertikálny synchronizačný impulz ako 5-ticu predĺžených horizontálnych impulzov na 32 µs. Jeden impulz proste niektorým TV prijímačom jednoducho nestačil na snímkovú synchronizáciu.

EMULÁCIA PROCESORA 8080

Keďže ATmega128 je vyťažená generovaním videosignálu, vygenerovanie každého TV mikrotriadku trvá cca 50 µs zo 64 µs. Zvyšný čas spätného chodu lúča cca 12 µs je využitý práve na emuláciu správania procesora Intel 8080 a ostaných obvodov PMDčka.

Doska plošného spoja (DPS)

Konštrukcia plošného spoja bola navrhnutá tak aby bola realizovateľná na jednostrannej doske plošného spoja (freeware EAGLE umožňuje navrhovať max. 10cm×10cm obojstranne) ako vidíme na obrázku č.2. Najpracnejšou úlohou bolo zabezpečiť nekríženie vodičov, čo sa takmer podarilo až na jeden signál, ktorý je nutné prepojiť prepojkou PAD1 s COMPOSITE_VIDEO (CINCH) konektorom. Zabezpečiť nekríženie ostatných signálov na DPS sa podarilo najmä vhodným priradením signálov I/O portov procesora ATmega128, na schéme je to vidieť ako nelogické poprehadzovanie jednotlivých signálov adresnej a dátovej zbernice. Taktiež niektoré bity I/O portov sú použité iba rozvod iných signálov alebo napájania, najmä v priestore pod procesorom.

Obrázok č.2

Postup výroby DPS:

1. Jednoduchá výroba DPS, odskúšaná bola metóda fotocestou - jednostranne plátovaný kuprextit s nastriekanou vrstvou fotorezistu POSITIV-20, ďalej je potrebná PE fólia s vytlačeným vzorom DPS (postačuje vytlačená v predajni FAXCOPY). Prenos vzoru DPS na fotorezist prostredníctvom horského slnka. Veľmi nutné je dodržať bezprašnosť pracoviska vzhľadom na šírku spojov (10 mil) a medzier.
2. Na vyčistenú vyvolanú, vyleptanú a vyvŕtanú DPS odporúčam naniesť vrstvu roztoku kolofónie v liehu, nechať chvíľu odschnúť a nalepiť procesor na zodpovedajúce miesto na DPS. Odporúčam zafixovať pájkovačkou aspoň na krajných 8-mich pinoch púzdra TQFP 64. Podobne nalepiť do kolofónie a zafixovať aj pamäť a ostatné súčiastky. Čiže začíname osádzaním súčiastok od najdrahších s najviac vývodmi. Je to tým že na osadenie 64 pinového švába budete potrebovať priestor na jeho posúvanie v kolofónií pinzetou. Taktiež je vhodné osadiť súčiastky s klasickými vývodmi, prv než kolofónia vytvrdne.
3. Na SMT montáž súčiastok stačí použiť klasickú transformátorovú pájkovačku na ktorej hrot upevníme tenký drôtik na naberanie mikrokvapiek PbSn pájky. Kolofóniou dosiahneme aby sme nezlepili piny SMD súčiastok.
4. Prvú vrstvu kolofónie odporúčam zotrieť liehom, nechať odschnúť a naniesť novú vrstvu roztoku kolofónie.

Oživenie konštrukcie

Po správnom osadení všetkých súčiastok a konektorov vyskúšajte pripojiť prúdovo obmedzený zdroj napätia (napr. adaptér) cca 9-15 V jednosmerných na napájací konektor. Na napájacích pinoch procesora skontrolujte prítomnosť napájacieho napätia +5 V. Ak je napájanie procesora v poriadku, pripojte ISP programátor na zbernicu SPI a skontrolujte opäť napätie, či pripojený programátor nemá veľkú spotrebu. Otestujte funkčnosť ISP SPI rozhrania napríklad prečítaním FLASH/EEPROM/fuse bitov z procesora.
Následne je možné prikročiť k nastaveniu poistiek (fuses) procesora a nahratiu obsahuje pamäte FLASH a EEPROM do procesora ATmega128.

Download programu z PC

Na nahratie (upload) emulačného programu do pamäte FLASH a EEPROM a nastavenia poistiek (fuses) procesora Atmega128 využívame rozhranie SPI vyvedené na konektore JP1 (ISP). Pretože niektoré signály rozhrania sú používané aj rozhraním ku PS/2 klávesnici je bezpodmienečne nutné pred uploadom ju odpojiť, pretože klávesnica by prenos rušila. Počas uploadu môžeme na pripojenom TV sledovať horizontálne čiary, indikujúce prebiehajúci prenos - podobne ako kedysi na legendárnom ZX Spectre pri nahrávaní programov z mgf pásky. Na upload súborov cez SPI rozhranie sa osvedčil program PonyProg a avr-dude z balíka utilít WinAVR.

Nastavenie poistiek (fuses) procesora

Na prepnutie procesora do módu ATmega128 a použitie externého kryštálu 16 MHz je potrebné nastaviť poistky takto:

fuse_high_byte = 0x81
fuse_low_byte = 0xFE
fuse_ext_byte = 0xFF

Upload obsahu FLASH a EEPROM do procesora ATmega128

V adresári code/ predkompilované obsahy EEPROM pamäte pmd.eep a FLASH pamäte pmd.hex. S ich uploadom by ste nemali mať žiadne problémy. V prípade úspešného nahratia dát do pamätí (a správnom nastavení poistiek) by ste mali na pripojenom TV prijímači káblom CINCH-SCART prečítať hlásenie:

** PMD-85 READY /1.0 **

Následne stačí odpojiť ISP programátor a zasunúť PS/2 konektor AT klávesnice a môžete začať pracovať s Vaším novým PMDčkom. ISP programátor a klávesnica nesmú byť zapojené súčasne!, pretože PC-AT klávesnica zdiela port spolu s ISP programátorom.
Ako do procesora napáliť programy o ktoré máte záujem z pôvodného PMD sa dozviete v nasledujúcich ďalej - je však potrebné mať možnosť prekompilovať zdrojové súbory. Z hľadiska elektromagnetickej kompatibility nie je vhodné mať súčasne pripojený TV prijímač a zasunutý ISP programátor v našom PMD + počítač PC, hrozí nebezpečie vytvorenia zemnej slučky pri nedokonalom oddelení zdrojov jednotlivých prístrojov od siete!

Popis klávesnice

Ako vstupnú perifériu používalo PMD-85-1 neštandardnú QWERTZ klávesnicu, ktorej klávesy sú namapované na PS/2 klávesnicu nasledovne:
ENTER = EOL - ekvivalent ENTER-u na PMDčku
CTRL = STOP - kláves zastavenia programu
ALT = MENU - kombináciou ALT a iného klávesu sa vyvolávajú špeciálne funkcie:

• ALT+1 alebo ALT+ESC = RESET. vygeneruje RESET PMD-85/1
• ALT+S = pozastavenie emulácie, výpis krátkeho infa.
• ALT+C = prepnutie grafického atribútu jas (negácia jasového bitu BRIGHTNESS)

Treba upozorniť že pôvodné PMD-85/1 bolo osadené nekvalitnou klávesnicou a preto bolo softvérovo realizované potlačenie zákmitov jej kontaktov. Preto niekedy môžete mať pocit že sa klávesnica zasekla, ale je to vlastnosť pôvodného SCAN algoritmu PMDčka, ktorým sa zákmity ošetrovali. Príliš krátke stlačenie alebo príliš rýchle písanie na klávesnici je náchylné na výskyt stavu zablokovanej klávesnice, ale to je dané nedokonalosťou firmware PMD-85/1.

Základné povely PMD-85/1

Medzi základné povely, ktoré by som Vám dovolil pripomenúť patria:

MGLD XY

JUMP ADDR

DUMP ADDR

BASIC G

LOAD Y

RUN

Samozrejme že PMDčko pozná omnoho viac príkazov, v BASIC G Vám môžem odporúčiť nahrať si nejakú BASIC hru (napr. WURMI, BOMBARDER) a príkazom LIST si pozrieť zdrojový program. Určite sa na nejaké finesy o niekdajšom programovaní rozpamätáte.

Hry (rom0)

• 00, AUTO, 2000. Veľmi jednoduché riadenie auta, stačí prejsť 5 kôl s najmenším počtom havárií. Kláves <shift> pohybuje doľava, <V> doprava. V cieli sa reštartuje shiftom. BTW, celá hra sa dá prejsť bez jedinej havárie. Vieš, ako na to?
  
• 10, TEHLY, 1500. Princíp je taký istý ako v Arkanoide, t.j. odrážať guličku pomocou vozíka. Ak gulička odstráni až na tri kusy všetky tehly, ideš do ďalšieho levelu. Rýchlejšieho. Ak sa ti minú "životy", reštart je <K0>.
  
• 03, FRED, ????. V smere stále doprava treba prejsť asi 20 miestností. Ovládanie sa vypíše na začiatku po spustení. Ak počas hry stlačíš <STOP>, dostaneš dve možnosti: S - START vráti za do prvej miestnosti, C - CONTINUE reštartuje aktuálnu miestnosť.
  
• 04, HORACE, ????. Na poschodí musíš predupať podlahu a čakať, že do nej padne nejaký pavúk. Keď tam už je, treba ísť za ním a skákať mu po tej sprostej hlave, až ho rozdupeš na niť. Ovládanie sa vypíše na začiatku po spustení.
  
• 06, MANIC, ????. Najklasickejšia hra na PMD-85 vôbec. Ovládanie sa vypíše hneď v úvode, cieľ hry následne po dohratí úvodnej melódie. V každej miestnosti je nutné vyzbierať všetky predmety, pritom sa vyhýbať príšerám a nakoniec sa vo výťahu vyviesť do ďalšej miestnosti.
  
• 07, PAMPUCH, ????. — úlohou je riadiť pampúcha tak, aby požral všetky dostupné bobky. Nesmie sa však dostať do kolízie s duchom. Ak vyžerie celú miesnosť, je nasadený do ďalšej. Neriešiteľnú situáciu treba riešiť klávesom <STOP>. Ovládanie je na začiatku, ibaže doľava a doprava sa pohybuje rolovacími klávesmi, teda |<- a ->|.
  
• 12, ZABY, 1500. Osem škaredých žiab čaká už len na to, že ich prevedieš na druhý breh. Okrem svojich pôvabov ti dávajú pod prsty aj nasledujúce klávesy: <K9> - žaba vyskočí na štartovú čiaru, <K4> - žaba skočí smerom k vytúženému cieľu, <K10> - ukáže sa ti Tabuľka najlepších výkonov, <K11> - reštart hry.
  

• BLACK. Počítač a ty staviate cestu tak, aby ste sa dostali do opačného rohu šachovnice. Kto príde prvý, vyhráva. Ovládanie je popísané priamo v hre.
  
• 01, BOMBARDER. Si schopný zrovnať mesto so zemou? Uvidíme, ostatné sa dozvieš, keď spustíš hru.
  
• FARAON. V hrobke máš neporiadok. Ostatné sa dozvieš, keď spustíš hru.
  
• KON. Skoro ako BLACK, ibaže tu sa ťahá koňom. Pravidlá pre ťah koňom sú ako v šachu.
  
• TAVA. Hra s náhodou a prírodou. Ako dlho vydržíš viesť ťavu púšťou? Ovládanie je veľmi jednoduché.
  
• TEST LOG. Stačí odpovedať na asi 20 otázok a dozvieš sa, ako si na tom.
  
• 11, WURMI. Klasika - treba žrať kapustu, nie jed, ani seba a takisto stena znamená problém.

Softvérové vybavenie ATmega128

Emulačný softvér pre ATmega128 je napísaný v assembleri v kombinácií s preprocesorom - skriptovacím jazykom PHP. Na kompiláciu odporúčam mať nainštalované balíky WINAVR, AVRASSEMBLER a skriptovací jazyk PHP. Prípadne rozdiely v inštalácií nastavte v súbore code/Makefile. Jednotlivé zdrojové súbory sú uložené po adresároch:

Emulátor procesora 8080

Vlastná emulácia procesora 8080 je pekným príkladom extrémného programovania za účelom vyžmýkania maximálnej priepustnosti programu. Vlastne je to dôsledok RISC architektúry, keď sú inštrukcie procesora optimalizované pre programátora a súčasne na rýchlosť vykonávania. Spolu s 32 takmer voľne použitelnými registrami je radosť programovať. Vôbec sa to nedá porovnávať s programovaním INTEL 8080, kde bol jeden univerzálny register a programovanie bolo ako valčík: 1.vlož do akumulátora jeden operand, 2.vykonaj operáciu, 3.ulož výsledok z akumulátora.

Emulátor PMDčka je komplexný program napísaný v assembleri z ktorého asi najzaujímavejšie časti sú:

• Dekódovanie inštrukcií - použitie IJMP a RJMP inštrukcií (v rozsahu 8 KB kódu), je to omnoho rýchlejšie ako klasická rozskoková tabuľka:

  i_cycle:
  _nop:
  00053d bbc2	out		ADDRL,_PCL
  00053e bbd8	out		ADDRH,_PCH
  00053f 9621	adiw		_PCL,1			; wait a minute
  000540 e0fa	ldi		ZH, high(i_table)
  000541 b3e3	in		ZL, DATAIN
  000542 9409	ijmp
  ....
  
  i_table:
  000a00 cb3c	rjmp	_nop
  000a01 cd8f     rjmp	_lxi_b
  000a02 c144     rjmp	_stax_b
  000a03 cd72     rjmp	_inx_b
  
  ....
  
  _inx_b:
  000776 194b	sub	C, _255
  000777 088b	sbc	B, _255
  000778 cdc4	rjmp	i_cycle

• Často používané číselné konštanty - 0 a 255 sú uložené v registroch. Taktiež všetky často používané premenné a stav procesora 8080 sú uložené v registroch.
• Rýchla ochrana oblastí ROM pred zápisom (emulácia chovania ROM v RAM) - realizovaná vložením iba dvoch inštrukcií SBRC do sekvencie zápisu do RAM. Porovnajte to prosím s tým čo vygeneruje podmienka if( $a < 0x8000 || $a >=0xC000 ){ ENABLE_WRITE(); } v jazyku C.

  _mov_ma:
  000574 bad5    	out	DATAOUT,A
  000575 9adf    	sbi	CONTROLRAM,MEMRD
  000576 bab4    	out	DATADIR,_255
  000577 bae2    	out	ADDRL,L    ; output 16 bit address
  000578 baf8    	out	ADDRH,H
  000579 fcf7    	sbrc	H,7	    ; skip if address < 0x8000
  00057a fcf6    	sbrc	H,6	    ; skip if 6th bit is clear
  00057b 98de	cbi	CONTROLRAM,MEMWR
  00057c 9ade	sbi	CONTROLRAM,MEMWR

• Načítanie a zobrazenie 1 šestice pixelov - spracovanie jasového atribútu vďačí inštrukcií ASR. Spracovanie blikacieho atribútu je relizované cez prevodnú look-up tabuľku v internej RAM pamäti (ld video_tmp,X). Taktiež rýchlostné pomery (6Mpx/s) sú priaznivejšie pri našom usporiadaní externej RAM pamäte s možnosťou prístupu po fázach (vyšle sa horný bajt adresy, potom dolný bajt adresy, potom sa prečíta výsledok čítania, inkrementácia adresy a popri všetkom tom serializácia bajtu videopamäte vrátane handlovania grafických atribútov)

  000054 b923    	out	VIDEOPORT,video_tmp		; 0.bit
  000055 9525    	asr	video_tmp
  000056 ba92    	out	ADDRL,video_ptr_l		; output low address
  
  000057 b923    	out	VIDEOPORT,video_tmp		; 1.bit
  000058 9525    	asr	video_tmp
  
  000059 b923    	out	VIDEOPORT,video_tmp		; 2.bit
  00005a 9525    	asr	video_tmp
  00005b 9493    	inc	video_ptr_l
  
  00005c b923    	out	VIDEOPORT,video_tmp		; 3.bit
  00005d 9525    	asr	video_tmp
  00005e b3a3    	in	XL,DATAIN			; load next 6 pixels :X X 5 4 3 2 1 0
  
  00005f b923    	out	VIDEOPORT,video_tmp		; 4.bit
  000060 9525    	asr	video_tmp
  
  000061 b923    	out	VIDEOPORT,video_tmp		; 5.bit
  000062 912c    	ld	video_tmp,X

• Exaktné časovanie - aby sa obraz na obrazovke nevlnil v závislosti od dĺžky trvania inštrukcie, po ktorej nasledovalo prerušenie od časovača a začatie vykresľovanie TV riadku je zabudovaná automatická synchronizácia na 1,2 a 3 cyklové inštrukcie, ktorým sa pri programovaní veľmi nedá vyhnúť. Vtipné je aj generovanie TV synchronizačných signálov - priamo cez PWM výstup.

Záver

Záverom možno už iba dodať že konštrukcia dokazuje pokrok v technológiach v priebehu približne 20-tich rokov (1985-2005) v kategórií tuctových mikroprocesrov - Intel 8080 a ATMEL MEGA128 a celkovú technickú úroveň dnešnej doby.
Tiež konštrukcia niekdajšieho PMD-85/1 z produkcie TESLY Piešťany je veľmi vďačná v tom že sa vlastne zobral pôvodný softvér, ktorý tvorilo a ladilo množstvo šikovných ľudí. Efekt je takmer dokonalý - klasické hry (FLAPPY, BOULDER DASH, MANIC MINER, TETRIS...) v kombinácií jednoduchej konštrukcie s novým procesorom... Bez výborného softvéru by vlastne vznikol len ďalší generátor testovacích televíznych obrazcov. Len moje laborovanie ako vtesnať PMDčko do iného procesora je niekoľkoročné úsilie a na vývoj každej zložitejšej hry bol ich autorom obetovaný čas rádovo tiež roky, suma sumárom - keby začnete vyvíjať takéto zariadenie (malú hernú konzolku) od nuly, bude Vám to trvať zrejme niekoľko desaťročí.

Forever 8 bits, forever PMD-85 ...

Ing. Peter Chrenko, © 2006

Recenzent