２０１８．７．７
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１６ビットマイコンボードの製作
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いつか使ってみるつもりで入手してそのまま置いてあった１６ビットＣＰＵのことを思い出しました。
ＡＭＤ社のＡＭ１８８です。
その名の通り、ＣＰＵコアは８０１８８互換の１６ビットＣＰＵです。
そのＡＭ１８８を使った１６ビットマイコンボードの製作記事です。
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［第５１回］



●ＡＭ１８８ＥＭのＣＬＯＣＫ

マイコン独立化セットでは８ｐｉｎのＲＴＣ（Ｒｅａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｃｌｏｃｋ）、ＤＳ１３０７を使って、ＺＢ３ＢＡＳＩＣにＤＡＴＥ＄、ＴＩＭＥ＄を実装しました。
ＮＤ８０Ｚ３．５、ＮＤ８０８０、ＭＹＣＰＵ８０、ＭＹＣＰＵ８０Ｂでは、独立化セット、新独立化セットに接続した場合に使えるオプション機能です。
ＮＤ８０ＫＬ／８６では本体ボード上にＤＳ１３０７を実装しますので、ＤＡＴＥ＄、ＴＩＭＥ＄は標準仕様になります。
このところ作成作業をしています８６版ＢＡＳＩＣはＺ８０版ＺＢ３ＢＡＳＩＣをもとにしていますがＤＡＴＥ＄、ＴＩＭＥ＄の部分は後回しにしてきましたので、まだ実際に組み込んではいませんでした。
８６版ＢＡＳＩＣの作成作業も終わりに近づいてきて、浮動小数点計算プログラムのデバッグも一通り完了して、ほぼ最終的なＲＯＭを作成する局面になりました。
それでこのあたりでＤＡＴＥ＄、ＴＩＭＥ＄を組み込むことにしました。

といっても基本的なプログラムはすでにＺ８０、８０８０用として作成済みですので、今まで行なってきたように、Ｚ８０版のプログラムを８０８６用に書き直せはよいだけなのですが、ただ一箇所、ＤＳ１３０７とデータの送受信をするところだけは、通信のクロックをソフトウェアで作り出しているために、その部分だけはＡＭ１８８用に作る必要があります。
そのクロックにはソフトウェアで５μｓのタイマーサブルーチンを作ってそれを利用します。

ＮＤ８０ＫＬ／８６用に実装を予定しているＡＭ１８８ＣＰＵはずっと昔に入手して使わないままになっていたＡＭＤのＡＭ１８８ＥＭ−４０ＫＣです。
ＣＰＵクロックは最高４０ＭＨｚですが、それはいくらなんでも高速すぎて、メモリが追いつきません。
コストの問題もあるので、ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２と同じ２０ＭＨｚでいくつもりです。
２０ＭＨｚを予定しているのには別の理由もあります。
とりあえずは販売を予定しているＮＤ８０ＫＬ／８６キットには昔に入手したＡＭ１８８ＥＭ−４０ＫＣを使うつもりです。
どれだけ売れるかはわかりませんが、いずれそのうち在庫がなくなってしまったら補充をしなければなりません。
ところがＫＬ５Ｃ８０Ａ１２と同様、ＡＭ１８８もすでに生産中止になっています。
インターネットで検索するとまだ入手は可能のようですが、ただ４０ＭＨｚはちょっと見当たらないようです。
多いのはＶＣＣ＝３．３Ｖのタイプなのですが、そちらは最高クロックが２５ＭＨｚなのです。
そういう理由もあって、ＡＭ１８８のクロックは２０ＭＨｚを予定しています。

ソフトウェアで５μｓを作るには命令を組み合わせてサブルーチンを作り、そのサブルーチンの実行時間が５μｓになるようにします。
今回のＤＳ１３０７用のクロックは５μｓ以上あればよいので、多少それより長い時間のサブルーチンになっても問題はありません。
組み合わせて使う命令の実行クロックはＡＭ１８８のマニュアルに記載されています。
その資料を参考にしてテストプログラムを作りました。
まずはテストをしてそれでよいかどうかを確認してみようと思ったからです。
テストをして確かめる簡単な方法は、そのクロックサブルーチンをコールしながらＮＤ８０ＫＬ／８６ボードに搭載している８２Ｃ５５からパルスを出力して、それをオシロスコープで観測するという方法です。
作成したテストプログラムを下に示します。

2018/7/1  7:226  86cktst.LST
[00001]                     ;;; clock test for am188
[00002]                     ;
[00003]                         ORG=8000
[00004]                     ;
[00005] 8000  B080              MOV AL,80
[00006] 8002  E683              OUT 83,AL
[00007] 8004  32C0          LOOP:XOR AL,AL;3
[00008] 8006  E680              OUT 80,AL;9  +1.5us
[00009] 8008  E80C00            CALL T5US;7us <8017>
[00010] 800B  FEC8              DEC AL;3
[00011] 800D  E680              OUT 80,AL;9  +0.6us
[00012] 800F  E80500            CALL T5US;7us <8017>
[00013] 8012  FEC0              INC AL;3
[00014] 8014  EBEE90            JMP LOOP;14 <8004>
[00015]                     ;
[00016]                     ;5us timer clock 20MHz
[00017] 8017  B106          T5US:MOV CL,06
[00018] 8019  FEC9          T5US2:DEC CL;3
[00019] 801B  75FC              JNZ T5US2;13,,,16*6=96 0.05*100=5us <8019>
[00020] 801D  C3                RET;20  CALL=19,,,0.05+140=7us
[00021]                     ;
[00022]                     ;END
LOOP         =8004  T5US         =8017  T5US2        =8019

後で気が付いたのですがアドレス８０１２のＩＮＣ　ＡＬは余計でした。
サブルーチンのループ部分は５μｓですが、それにＣＡＬＬとＲＥＴの実行時間を加えると７μｓになります。
ま、このくらいはあってもよろしいでしょう。
そのほかにＯＵＴ命令やＪＭＰ命令の実行時間もかかりますから、それらを含めた出力パルスの幅は計算ではＬが約７．６μｓでＨが約８．５μｓのはずです。

オシロスコープで出力波形を観測してみました。

あれえ？
おかしいじゃありませんか。
Ｌが約１６μｓ、Ｈは約１８μｓもあります。
倍の時間がかかっています。
ということはＣＰＵクロックが２０ＭＨｚではなくて１０ＭＨｚ？？？

いやいやいや、それはありえませんでしょう。
ＡＭ１８８ＥＭのＤａｔａｓｈｅｅｔです。

このドキュメントにはＰＲＥＬＩＭＩＮＡＲＹと明記されていますが、正規のＵｓｅｒ’ｓ　Ｍａｎｕａｌでもここに記載されているのと同じ内容のことが書かれていますから、ことＣＰＵクロックについては、この文書を参考にしても問題はないはずです。
で。
このドキュメントの左側中ほどを読みますと、
ｒｅｍｏｖｅ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ａ　２ｘ　ｃｌｏｃｋ　ｉｎｐｕｔ
とあります。
その下には、
（内蔵の）ＰＬＬによってＣＰＵクロックは入力クロックと同じにできる、と書いてあります。

こちらにはもっとはっきりと、露骨に明記してあります。


Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ（ＰＬＬ）のところを読むと、
（インテルの）８０Ｃ１８６／１８８はＣＰＵクロックの２倍の周波数の水晶が必要だが、内蔵のＰＬＬによってＡｍ１８８ＥＭは外付け水晶と同じ周波数の内部クロックを作り出す（ことが出来る）。
とあります。
本家よりも技術は上なんだぞと言わんばかりの解説文であります。

おかしいじゃないの。
そういうことならば、２０ＭＨｚの水晶を外付けしたのだから、ＣＰＵクロックも２０ＭＨｚにならなければならないはず。

ひょっとしたら外付けした２０ＭＨｚクリスタルとの相性とかなにかがあるのかも。
そこで秋月から４８ＭＨｚと３２ＭＨｚの水晶を取り寄せて、試してみました。
こんな感じでかなりいい加減なテストです。

ひょっとすると水晶周りのコンデンサも何か関係しているかも、と思ってコンデンサは外しました。
４８ＭＨｚですものね。
ま、浮遊容量だけでもそこそこ利くのではありませんか。

４８ＭＨｚ水晶でテストしてみた結果は。

Ｌが約６．８μｓでＨが約７．４μｓです。
この数字をもとに逆算するとＣＰＵクロックは２３ＭＨｚほど。
やっぱり１／２じゃありませんか。

せっかく入手しましたので３２ＭＨｚ水晶でも試してみました。

Ｌが１０μｓでＨが１０．２μｓほどです。
逆算するとＣＰＵクロックは約１６ＭＨｚほどです。
やっぱり１／２です。

こんな説明もあります。

間にはパワーセーブするための周波数分周回路もはさんでいますが、その回路はデフォルトではＯＦＦになっていることを確認済みです。
するとＰＬＬを通した内部クロックと同じ周波数のパルスがＣＬＫＯＵＴＡから出力される、ということになります。

それじゃあということで、４８ＭＨｚ水晶を実装した状態でＣＬＫＯＵＴＡを測定してみました。

４８ＭＨｚの１周期は約２１ｎｓですから、ＣＬＫＯＵＴＡからは４８ＭＨｚがちゃんと出力されていることになります。
これはもう全然辻褄が合いません。

ＡＭ１８８ＥＭのクロックには別の設定もあります。
リセット／パワーオン時にＣＬＫＤＩＶ２端子にＬを入力すると、内部ＰＬＬが無効になって、ＣＰＵクロックは外付け水晶の１／２になる、とのこと。
ひょっとしてそいつが利いているのかも。
４８ＭＨｚ水晶のままで、ＣＬＫＤＩＶ２端子をＬにしておいてリセットしたあと、上と同じテストをしてみました。
すると。

Ｌが約１３．５μｓ、Ｈは１５μｓほどになりました。
これは上でテストした４８ＭＨｚの周期の約２倍ですから、ＣＬＫＤＩＶ２端子はここではじめて利いていることになります。
つまりＣＬＫＤＩＶ２にＬを入力しない通常のリセットなら、本来ならＰＬＬが利いているはず、ということになります。
このときのＣＬＫＯＵＴＡ端子も測定してみました。

こちらの出力はかなり波形がひずんでいますが、周期は約４２μｓですから、４８ＭＨｚの１／２の２４ＭＨｚが出力されています。
うーん。
こういうことになると、なんだかよくわかりませんが、ＰＬＬはちゃんと働いていて（いや、まともには働いていない？）、ＣＰＵクロックは外付け水晶と同じ周波数になるのだけれど、それにもかかわらずＣＰＵはその１／２のクロックで動作する、ということになります。
なんだかなあ、という感じであります。
結局のところ、ＡＭ１８８ＥＭを２０ＭＨｚで動作させるためには、４０ＭＨｚのクリスタルが必要なようです。
なんだ、それじゃインテルの８０Ｃ１８８と同じじゃないか、ＡＭＤさんよ。
［２０１８．７．９訂正］
私のミスでした。
次回［第５２回］を参照願います。
［訂正ここまで］

仕方がありませんから、４０ＭＨｚ水晶を取り寄せることにいたしました。
え？
４８ＭＨｚ水晶でもいいじゃないか。
ですか？
でもねえ。
ＣＬＫＯＵＴＡからはちゃんと４８ＭＨｚが出力されていますでしょ。
ＡＭ１８８ＥＭ−４０の最高周波数は４０ＭＨｚですから、どういう理由かわかりませんけれど内部クロックが２４ＭＨｚだからといって、それでも４０ＭＨｚを越える水晶を外付けするというのは、ねえ。
ちょいと心配ですから、ここはやっぱり４０ＭＨｚ水晶ということにしておきましょう。

１６ビットマイコンボードの製作［第５１回］
２０１８．７．７ｕｐｌｏａｄ
２０１８．７．９訂正

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