Автор: KOE Email: KingOJEvil@yandex.ru

Проект "PENTAGON" 2.666 задумывался как дальнейшее развитие и модификация версии 2.2. После выемки ряда черновиков из архива удалось выяснить, что точная дата начала работ над проектом 27 июня 2007 года. На начальном этапе работы преследовались две основных цели: во-первых - в максимальной степени исключить устаревшую и снятую с производства элементную базу, во-вторых -сделать архитектуру новой платы максимально гибкой. При этом важными задачами являлись как сохранение аппаратно-программной совместимости с платами версии 2.2 "снизу-вверх", так и полная совместимость с классическим российским клоном ZX-Spectrum - Pentagon-128k.

Выбор элементной базы для нового проекта производился по критериям использования наиболее распространенных и одновременно наиболее современных элементов. Важным этапом стал выбор ПЛИС - уже на начальном этапе планировалось использовать помимо реального процессора Z80 его логический аналог на vhdl. Была выбрана ПЛИС фирмы Altera EP2C8Q208 (Cyclone-II, на тот момент одна из наиболее "продвинутых" серий). Её логическая ёмкость позволяла разместить не только vhdl-код Z80 и всю сопутствующую логику, но и код музыкального процессора и впоследствии эмулятора Спектрумовского контроллера дисковода КР1818ВГ93. Кроме того, было решено все же оставить реальный Z80 для успокоения "фанатиков", однако впоследствии стало ясно, что необходимость в нем отсутствует практически полностью, а трудности с закупками устаревших компонентов с течением времени только увеличиваются.

Для работы с периферией был выбран микроконтроллер семейства ARM7 производства фирмы NXP (тогда еще Philips). В качестве видеоконтрольного устройства уже на первом этапе планировалось использование только VGA-монитора, без поддержки обычных телевизоров. Хоть изначально решение казалось смелым и не всеми было однозначно воспринято, а для его реализации в технике пришлось приложить некоторое количество усилий, по прошествии времени стало ясно, что решение было исключительно правильным.

На этапе воплощения проекта в жизнь выяснилось, что конструкцию в задуманном виде невозможно реализовать на привычных для спектрумостроения двухслойных печатных платах, в первую очередь из-за сложной топологии соединений шин реального Z80 (с уровнями 5-вольтовой КМОП-логики), ПЛИС (с 3.3-вольтовой КМОП-логикой) и шины ZX-BUS. Опыты показали, что исключение хотя бы одного элемента (т.е. реального Z80 или шины) позволили бы реализовать топологию на 2-х слоях. Однако желание сделать полноценную архитектуру пересилило и первый вариант конструкции, получивший номер версии 2.666, делался на 4-х слойной плате. Кстати, изначально номер версии был 2.665, т.к. я предполагал, что реализовать конструкцию задуманной сложности с первого раза не получится, а номер версии 2.666 хотелось зарезервировать для оконечного варианта. Однако, к моему великому изумлению, первый вариант конструкции и стал оконечным, без единого (!!!) исправления схемы и без единой порезанной дорожки (!!!) на плате (мастерство, все-таки, не пропьешь, как гласит народная мудрость, кроме того, многократно оплачивать из своего кармана производство 4-слойных плат на тот момент (разводка платы была закончена в начале 2008 г.) являлось дорогим удовольствием (тогда на произведствах многослойных плат не делали дешевые прототипы, а стоимость любого заказа автоматически равнялась стоимости технологической заготовки, $200 ... 250 в зависимости от сложности), что дополнительно стимулировало делать все предельно внимательно). Для справки, все предыдущие версии (1.4, 2.2) приобретали окончательный вид лишь со второго раза.

Процесс разводки печатной платы был весьма интересным. Несмотря на то, что платы такой сложности не всегда успешно получается делать с помощью программ автоматической трассировки, я решился попробовать в порядке эксперимента. Автоматическому трассировщику

(изпользовался Specctra autorouter фирмы Cadence) было доверено делать трассировку основных сигнальных шин на внешних слоях по заданным правилам и алгоритмам трассировки. Наиболее ответственные узлы и шины питания на внутренних слоях были разведены вручную.

Рисунок 1:. Процесс автоматической трассировки соединений на плате Pentagon " ver. 2.666

Сам процесс трассировки занимал от нескольких десятков минут до нескольких часов, а результаты сильно зависели от задания начальных условий и правил трассировки. Было сделано более десятка промежуточных вариантов топологии, прежде чем, фактически методом проб и ошибок, было найдено правильное сочетание правил трассировки и получена окончательная топология соединений. Поскольку процесс оказался весьма долгим, трассировка делалась параллельно на двух одновременно работающих компьютерах с разными начальными условиями. Можно часами наблюдать, как горит огонь, как льется вода и как кто-то другой работает, в моем случае к известной фразе следует добавить "и как разводится плата очередного Спектрум-клона". Наблюдать за процессом было действительно интересно, я даже сделал фото на память (рис.1). После получения окончательной топологии с помощью автотрассировщика, рисунок платы дополнительно вычищался вручную, т.к. автотрассировщик все-таки обладает рядом недостатков.

Рисунок 2: Печатная плата Pentagon ver 2.666

После окончания разработки конструкции на производстве было заказано изготовление комплекта плат, объемом сразу в две технологические заготовки и с финишным покрытием контактных площадок

иммерсионным золотом (рискованный шаг, т.к. жалко было бы выбрасывать сразу весь комплект из-за возможных ошибок, но я все-же надеялся на положительный результат, в итоге надежды оправдались). Образец вышедшей из производства платы версии 2.666 показан на рис.2, а на рис.3 показан вид собранной платы.

В рамках этого проекта впервые в истории отечественного спектрумостроения на одной плате был собран полный комплект современных контроллеров периферии, от PS/2 клавиатуры и мыши до IDE и SD-карты. Также была заложена аппаратная возможность использования Ethernet, USB, однако их программная поддержка пока отсутствует.

Рисунок 3: Собранная плата "Pentagon " ver.2.666 (2008 г.)

Работа над проектом не остановилась в 2008 году, практически сразу же после появления первых работоспособных версий встроенного программного обеспечения (прошивок ПЛИС и FPGA) появилась идея создания облегченной версии конструкции на двухслойной печатной плате. В первую очередь это было связано с дороговизной четырехслойных плат, а также к тому моменту я на практике убедился в отсутствии необходимости в именно реальном процессоре Z80 (практика показала, что те, кому он жизненно необходим, все равно ничего кроме "расово правильных и православных" Пентагонов образца 1991 года на рассыпной логике не приемлют принципиально). Новая плата появилась в 2009 году и получила версию 2.666le. В отличие от предыдущей, вся топология прорисовывалась вручную. Как ни странно, вновь конструкция получила окончательный вариант с первого раза, без переделок и исправлений. Внешний вид платы показан на рис.4.

Вцелом схемотехника и архитектура платы 2.666le практически повторяет версию 2.666, за исключением отсутствия реального процессора Z80, изменений видео-ЦАПа и некоторой периферии.

Процесс разработки встроенного программного обеспечения (прошивок ПЛИС и контроллера периферии) довольно бурно начался еще в 2008 году. Полностью с нуля был написан основной vhdl-код, описывающий логическую часть

архитектуры системы и C-код контроллера

периферии. Была реализована часть функций, кроме расширенных видеорежимов и эмулятора КР1818ВГ93. Однако в 2010 -первой половине 2011 года из-за сильной занятости на работе и параллельной учебе в аспирантуре МЭИ работу над проектом пришлось сначала замедлить, потом и вовсе заморозить. Возобновление работ над проектом произошло лишь в конце лета 2011 года, после окончания аспирантуры и перехода на более спокойный режим работы. За последнее время было реализованы два дополнительных видеорежима (16 цветов на точку и "прозрачный текстовый режим", позволяющий выводить текстовую информацию на экран в формате до 32 строк по 80 символов прямо поверх Спектрум-экрана, несколько снизив его яркость). Кроме того, обычная реализация звукового чипа YM2149 заменена на Turbo Sound, переработана реализация CMOS-памяти с целью увеличения программной

совместимости, заработал двухканальный АЦП. Новые версии прошивок на данный момент (ноябрь 2011) не зарелижены, но в скором времени ожидается серьезное обновление. Таким образом, на данный момент первостепенной нерешенной задачей и планом на будущее развитие проекта является реализация аппаратного (или аппаратно-программного) эмулятора

КР1818ВГ93.

Рисунок 4: Печатная плата "Pentagon " ver.2.666le (2009 г.)

В заключении приведу основные технические характеристики плат версии 2.666le: