Memory system and UART implemented on Tang Nano 20K for DEC DCJ11 PDP-11 Processor
This document is written mostly in Japanese. If necessary, please use a translation service such as DeepL (I recommend this) or Google.
- PDP-11の命令セットを持つCPU「DEC DCJ11」のメモリシステムとUARTをFPGA(TangNano20K)上に実装する試みです。信号のインターフェース部分にtangNano-5Vを使用しています。
- FPGAに実装するのはメモリやUARTなどの周辺回路部分だけで、CPU自体は本物を使用します。ソフトウェアやFPGAによるシミュレータやエミュレータではなく、本物のCPUを動かします。
- "TangNanoDCJ11"だとTangNano上にDCJ11を実装したみたいな名前になってしまうので、"MEM"を付けて"TangNanoDCJ11MEM"という名前になっています。
- とりあえずベアメタルで動いています。
- PC-11(Paper-Tape Reader/Punch)エミュレータでPaper-Tape BASICをロードして実行することができました．
- UNIXを動かすためのディスクI/Oは現在作成中です．
- Initialization Sequence時のPower-Up Configuration Register設定
- メモリ 32K×16bit
- UART．TangNanoのUSB経由およびGPIO経由の2系統
- BS0, BS1は見ていません．TangNano20Kではピンが足りなかったのと，DAL[15:0]とAIO[3:0]を見ればとりあえず十分だったので．
- DAL[21:16]も見ていません．
- PC-11(Paper-Tape Reader/Punch)エミュレータを実装しました．(2024/5/22)
- rev.1.0はいくつか修正箇所があったので修正しました．
- CPUが白いので基板も白くしてみました．
- CPUおよびTangNanoの電源をどこから供給するかを2箇所のジャンパで切り替えられるようにしました．詳細は回路図と基板上のシルクを見て下さい．
| Reference | Qty | Value | Size | Memo |
|---|---|---|---|---|
| C1,C2 | 2 | 0.33uF | DECのプロセッサボードで0.33uFを使っていたので。0.1uFでもいいかもしれない。 | |
| C3 | 1 | 47uF | ||
| C4,C5 | 2 | 68pF | ||
| D1 | 1 | LED | ||
| J1 | 1 | DC Jack | 例: https://akizukidenshi.com/catalog/g/g106568/ | |
| J2 | 1 | pin header | 1x02 | DC Jackからの5VをTangNanoに供給するとき用。(そのときはTangNanoのUSBは外すこと)。 |
| J3 | 1 | pin header | 1x03 | CPUへの5VをDC JackからにするかUSB(TangNano)からにするかの選択用。 |
| J4 | 1 | IC socket | 40pin DIP 600mil | TangNano5V用。1x20のpin socket 2列でも可。 |
| J5,J6 | 2 | pin header or socket | 1x20 | 任意。テストや観測、実験用。 |
| J7 | 1 | pin header | 1x06 L字 | UART用 |
| J8,J9 | 2 | pin header or socket | 1x30 | 任意。テストや観測、実験用。 |
| JP1 | 任意。sctl_nとcont_nを切断したときにpin headerを立てる用。 | |||
| R1 | 1 | 100K | 値はLEDに合わせて任意。 | |
| R2～16 | 15 | 100K | プルアップ、プルダウン用。10～100Kで任意。入力電流がmax10μAなので大きめで良さそう。 | |
| R17 | 1 | 1M | ||
| SW1 | 1 | toggle SW | 例: https://akizukidenshi.com/catalog/g/g100300/ | |
| SW2,SW3 | 2 | tactile SW | 6mmxH4.3mm | 例: https://akizukidenshi.com/catalog/g/g103647/ |
| U1 | 1 | DCJ11 | 60pin DIP 1300mil | 1x30 の丸ピンソケット2列 |
| Y1 | 1 | 18MHz | HC49 | 例: https://mou.sr/3WcWExh , 低速(2MHzで確認済み,もっと遅くても動きそう)でも動きます。周波数を変えられるようにソケットの使用をお勧めします。 |
- クロス環境で作成したプログラムを実行します．
- HDLは小規模なので，いろいろ試すベースラインに最適です．
- 二次記憶をエミュレートするために手始めに作った習作です．
- PC11(tape reader/pucnch)エミュレータで，tape BASICを読み込んで起動します．
- SDメモリを使う練習用に作ったものなのでとりあえず動きます程度のものです．
- SDメモリを使ったdiskエミュレータを作成し，UNIX V1を動かそうとしています．
- まだかなり不安定で，ちょっと修正しただけで起動しなくなるのですが，とりあえず公開することにしました．
- console ODT(Octal Debug Technique)の動作確認をするところから始めて，豊四季タイニーBASICを軽微な修正で動かせるところまで確認しました．
- クロックは18MHzで動きました．遅い方は2MHzでも動きました．
最初に作った基板です．とりあえず動きました。
- DCJ11 Microprocessor User's Guide, DEC, EK-DCJ11-UG-PRE(Preliminary)
- Index of /pdf/dec/pdp11/j11
- Index of /pdf/dec/pdp11/1173
- PDP-11/HACK, Brent Hilpert
- My PDP-11 Projects, Peter Schranz
- PDP11 on a breadboard A.K.A. J11 Hack, Len Bayles
- S100 Bus PDP-11 CPU Board, John Monahan
- PDP-11(エミュ）上でCで"Hello, World!", hifistar
- PDP-11のgccクロスコンパイル環境の構築メモ, hifistar
- SimH (History Simulator)
- Paper Tape Archive
- DEC PDP-11 Paper Tape Images
- PDP-11 Paper Tape BASIC
- Learning PDP-11 Paper Tape BASICとboot loaderについてとても詳しく解説されています
- 2024/4/25: 初版公開
- 2024/4/25: README修正(BOM追加)
- 2024/5/5: 基板rev.1.1の写真追加．project更新．
- 2024/5/5: README.md修正(開発環境関連の情報を追加)
- 2024/5/5: samplesにasciiart を追加
- 2024/5/22: PC-11(紙テープリーダ/パンチャ)エミュレータを実装
- 2024/6/19: SDHCの初期化部分にバグがあったので修正
- 2024/6/21: tapebasicのtop.vにバグがあったので修正
- 2024/6/21: baremetalとtapebasicを別フォルダに分離．READMEも分離．
- 2024/6/24: unix-v1用の開発中HDLを公開(かなり不安定です)
- 2024/6/28: tapebasicのtapeimage.datの作成方法を修正