M5 MemMapperSD

SORD m5 メモリマッパー (+SD)

注意
・m5 Jr.に挿せるかは検証できていません。
・純正電源で動作するかは確認できていません。（外部電源入力は可能）

1. 概要

本ハードウェアは、SORD m5（および互換PC）に、ROMを512Kバイト、RAMを512Kバイトを拡張する装置です。
各メモリは16Kバイト単位のセグメントに分割され、ROM32ページ、RAM32ページとして管理します。
CPUのメモリ空間64Kバイトを16Kバイト単位で4分割し、CPU空間0～3とします。
それぞれのCPU空間について、任意のページを対応させることができます。
（いわゆるMSXのメモリマッパーです）

また、yanatakaさんのMSX_SD ver1.6 (https://github.com/yanataka60/MSX_SD) を使用することを目的とした、
MSXカートリッジI/F（以降、MSX-I/F)を備えています。

2. 製作について

組み立て以外に、EPROM書き込みが必要です。

また、MSX_SDのドキュメントも必ず読みましょう。
MSX_SDはArduinoスケッチ書き込みが必要です。

3. 基板、部品リスト

回路図とガーバーデータはKiCad7.0で作成しています。

動作確認をした部品リストを、以下に示します。
74HCをLSにした場合、動作しない可能性があります。

U1,U2 : 74LS670 x2
U3 : 74HC244
U4 : HM628512ALP-7
U5 : 512Kx8bit以下 DIP32 EPROM（M27C4001-10F1,W27C010-70で確認）
U6 : 74HC20
U7 : 74HC00
U8 : 74HC30
U9 : 74HC139
CON : カードエッジコネクタ 2x25P 2.54mm
C1～C9 : 積層セラミックコンデンサ 50V 0.1uF x9
C10 : 電解コンデンサ 16V 100uF
RN1 : 集合抵抗 6素子 10kΩ
R1 : 抵抗 10kΩ
SW1,SW2 : タクトスイッチ TVDP17-050B-D x2
EX5V : ピンヘッダ 1x2P 2.54mm
EX12V,GND : ピンヘッダ 1x3P 2.54mm
EXIO,A4～A7 : ピンヘッダ 1x3P 2.54mm x5
ICソケット : DIP32（U5用）
ジャンパーピン : 2.54mm（EX5V,EXIO,A4～A7用） x6

MSX_SD ver1.6 : 基板は公開されているガーバーから作成
U1 : 74HC02
U2 : 74HC138
U3 : W27C512-45Z（後半32KBを使用） ※MSXで動作確認時に使用
U4 : uPD8255AC-5
U5 : Arduino Pro Mini 328 5V 16MHz（ピンヘッダ付属）
J3 : MicroSD Card Adapter
C1～C4 : 積層セラミックコンデンサ 50V 0.1uF x4
C5 : 電解コンデンサ 16V 100uF
D1 : ダイオード 1N4148
ピンヘッダ : 1x2P 2.54mm（Arduino A4,A5用）
ICソケット : DIP28（U3用）
microSDカード : 2GB

4. ジャンパー設定

基板上にあるジャンパーついての説明です。
EXIO,A4～A7ジャンパーは●側をショート、EX5V-5Vもショートしてください。（計6箇所）

EXIO : MSX-I/Fの/IORQを、選択（/EXIOA or /EXIOB）します。m5は7xHを使用するので/EXIOBを設定します。
A4～A7 : アドレスバスA4～A7を選択します（H or L）、これは使用するMSXカートリッジの仕様に強制的に合わせるものです。MSX_SDのIOポートは、38H～3BHなので、A7L, A6L, A5H, A4Hを設定します。
EX5V : MSX-I/Fの5V供給を選択します。5Vとショートでm5から供給です。外部供給する場合、ジャンパーを外して、EX5V側へ5Vを接続します。
5V : m5供給の5Vです。
EX12V : MSX_SDでは使用しません。ジャンパーはしないでください。MSX-I/Fに±12Vが必要な場合は、それぞれのピンから外部供給できます。
GND : 外部供給時のGNDを接続します。

m5カートリッジバスの/IORQは、6xHアクセスで/EXIOA、7xHアクセスで/EXIOBがアサートされます。
アドレスをそのままMSX-I/Fに出力した場合、MSXカートリッジは60H～7FHまでのIO機器しか使用できません。
MSX_SDは38H～3BHを使用します。
上位4bitを3(0011b)に固定することで、m5での78Hアクセスを、MSX-I/Fでは38Hアクセスに見せかけます。

この仕組みを使用して、他のIOカートリッジを動作させることができるかもしれません。
（MSX-MUSICの7CH,7DHを、6CH,6DHでアクセスするなど（メモリマッパー7CH～7FHとの競合回避））

5. Arduinoスケッチについて

MSXM5_SD.inoファイルを使用してください。
MSX_SD.inoにm5処理を追加しているので、そのままMSXでも動作します。

6. ROMについて

メモリマッパーに実装するROMは、4Mbit(M27C4001, AM27C040, W27E040など), 2Mbit, 1Mbit等の
32ピンDIPパッケージが使用可能です。（容量が少ない場合は、サイズ毎にページ内容がミラーされます）

MSX_SD上のROMは使用しません。m5のみで使用なら実装する必要はありません。

7. マッパーセグメントの切替について

CPU空間0～3の対応は、マッパーセグメント選択レジスタによって決められます。
マッパーセグメント選択レジスタは、I/Oアドレスの7CH番地から7FH番地までの4バイトです。
レジスタ値は00H～1FHでROM, 20H～3FHでRAMを選択します。

電源投入後の初期値は、全レジスタ値ともに不定のため、マッパーセグメント選択レジスタに書き込むまでは
強制的に無効（全レジスタ値=00H扱い）する機能を実装しています。
このため、ROMの0ページに適切な初期化処理を配置するのが良いでしょう。

また、m5のハードウェア制約により、ページ0の0000H～1FFFHはIPLROM、ページ1の7000～7FFFHは内蔵RAMに固定されます。

m5のブートシーケンスは、詳細は書きませんが、起動時に2000Hから 02 xx yy zz vv のコードがあれば、vvzzを呼び出します。
vvzzから復帰後、yyxxを呼び出しますが、復帰しないプログラムならyyxxを設定する必要はありません。

よって、ページ0の2000Hからマッパー初期化処理を配置することになります。
しかし、実行中のコードがあるページを切り替えると、コードがすり替わってしまい想定外の動作となるため、
別ページで切替処理を実行する必要があります。

電源投入時は全ページ0となっているため、2000Hからのコードは、6000H, A000H, E000Hでもアクセスすることができます。
これを利用して、例えばAxxxHへ分岐して、そこでページ0のマッパー設定を行うと良いように見えますが、これは間違いです。

前述にある「強制的に無効」する機能は、マッパーレジスタに書き込みを行うことで、解除されます。
よって、解除された瞬間に、不定レジスタ値でページが切り替わってしまう可能性があります。
これを回避するため、最初はページ0のレジスタ値を0に更新します。
その後、ページ1,2,3のレジスタ値についても適切に更新しておくのが良いでしょう。

なお、「強制的に無効」する機能は、リセットでは有効になりません。
マッパーレジスタ値も、リセットでは変化しません。
「強制的に無効」する機能を有効にしたい（＝ページ0から実行）場合は、ボード上の「MAP Disable」ボタンを一度押してください。
押した瞬間に動作しますので、その後、RESETボタンも押して再起動するのが良いでしょう。
電源投入時は、（ほぼ）有効になると思いますが、起動しない場合は「MAP Disable」＋「RESET」を試して見ましょう。

8. MSX_SD上のSDアクセスについて

ハード的な仕様はオリジナルのままです。
MSX_SDで使うSDカードは8GB以下が望ましいとの記載がありました。

SDアクセス（＋マッパー切替）については、BASIC-I,BASIC-G用の簡易プログラムを作りました。
（yanatakaさんのPC-8001_SDを参考にしています。）
使い方は、ソースコードの先頭にあるコメントを参照してください。
なお、SD読み書き時のエラーチェックはしていません、容量不足などには注意ください。

9. プログラムとか

MSXM5_SD.ino : MSX_SDのArduinoスケッチ

EXT_ROM_M5.s : SDアクセス（＋マッパー切替） ソースコード
EXT_ROM_M5_G.ROM : BASIC-G用のRAWファイル（6000H～6FFFHへ実装用）
EXT_ROM_M5_I.ROM : BASIC-I用のRAWファイル（6000H～6FFFHへ実装用）

BOOT_SAMPLE.s : ブート サンプルソースコード
BOOT_SAMPLE.rom : RAWファイル（2000H～2FFFHへ実装用）

BOOT_SEL.s : ブートセレクターソースコード
BOOT_SEL.rom : RAWファイル（2000H～2FFFHへ実装用）

10. ライセンスとか

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