復活！ＣＰ／Ｍ　ワンボードマイコンでＣＰ／Ｍを！
ＣＰ／ＭがＴＫ−８０互換のワンボードマイコンの上で復活します
ＮＤ８０Ｚ�VとＭＹＣＰＵ８０の上でＣＰ／Ｍが走ります！

［第２６７回］


●４０ＭＨｚ発振回路

前回からの続きです。
現在進行中のＥ−８０プロジェクトに使用するＣＰＵはＺｉｌｏｇのＺ８Ｓ１８０です。
Ｚ８Ｓ１８０は日立の６４１８０のセカンドソースです。
６４１８０はもうとうの昔に生産中止になっていますがＺｉｌｏｇはまだ生産を続けています。
６４１８０は８ＭＨｚだったのですがＥ−８０ボードに搭載するＺ８Ｓ１８０は２０ＭＨｚです。
Ｙ様との打ち合わせにより、Ｅ−８０ボードでは１０ＭＨｚ、４ＭＨｚ、２ＭＨｚで動作させる仕様になっています。
その後の予期せぬ仕様変更によって、派生的に５ＭＨｚが加わりました。

さてしかし。
最高速２０ＭＨｚのＣＰＵを１０ＭＨｚで動作させるというのはなんとももったいない気がいたします。
どうせなら２０ＭＨｚで動かしてみたいもの。
もっともＺ８Ｓ１８０（６４１８０も同じ）は動作周波数の倍のクロックを必要とします。
ということは２０ＭＨｚで動かすには４０ＭＨｚのクロックが必要です。
それはいかにもやばい。
恥ずかしながらそんな高い周波数は扱ったことがありませぬ。
これはちょっと、どころかそうとうにこわい。
せめて小さな基板ならばともかく、今回の基板はメイン基板だけでも３１０ｍｍ×１８０ｍｍもあります。
おまけに前回お見せしましたように追加配線でもうぐちゃぐちゃの状態です。
あの。
一口に４０ＭＨｚといいますけれど。
どのくらいのものだかおわかりになります？
なんとＨＬの１クロックがたったの２５ｎｓ！なのです。
ええ。
Ｈが１２．５ｎｓ、Ｌが１２．５ｎｓです。

だいいち４０ＭＨｚなどというクリスタルは入手できるのかどうか。
ネットで調べますとどうやら受信機用に使われているようですねえ。
しかし高い！
それに４０ＭＨｚのクリスタルなんてＨＣＭＯＳで発振できるかどうかわかりません。

さらに調べてみましたら、セラミック発振子に４０ＭＨｚがあることがわかりました。
これなら安い。
しかもどうやら７４ＨＣＵ０４でも発振できるらしい。
そこまでわかれば、やってみるしかないじゃありませんか。
誤動作するかもというのは承知の上であります。
やってみなけりゃわからない。
だめでもともとです。

さっそく入手して、やってしまいましたよ。

右下のジャノ目基板が４０ＭＨｚ発振回路です。

その部分の拡大写真です。

７４ＨＣＵ０４の左下に見える茶色の物体が４０ＭＨｚのセラミック発振子です。
ショートピンを使って４０ＭＨｚと２０ＭＨｚを切り換えています。

４０ＭＨｚを追加した回路図です。

一段とすごいことになってきました。
大丈夫でしょうかねえ。

案ずるより産むが易しです。
ちゃんと発振してくれましたよ。
なかなかきれいな波形じゃありませんか。

これは回路図の右上の７４ＨＣ００のｐｉｎ６からの出力信号です。
７４ＨＣ１５３と７４ＨＣ００を経由してもまだ４０ＭＨｚは健在でした。
信じられん！
もっともこれはデジタルというよりはもはやアナログに近い波形です。
わがＺ８Ｓ１８０君は動いてくれますでしょうか？

なんとか。
動いているようです。
動いたとなりますと。
その実行速度を測ってみたいと思うのが人情であります。

なにかてごろなものはないものか。
おお。確か、あれがありました。

; 80AE F5 T1MS:PUSH AF ;CK=11....11+7+10+10+10=48/6(8microsec) 80AF 3E5F LD A,5F ;=99 CK=7 80B1 E5 T1MS2:PUSH HL;DUMMY CLK=11----------------- 80B2 E5 PUSH HL;DUMMY CLK=11 | 80B3 E1 POP HL;DUMMY CLK=10 |CK=60/6(10microsec) 80B4 E1 POP HL;DUMMY CLK=10 | 80B5 00 NOP ;CLK=4 | 80B6 3D DEC A ;CK=4 |10x99=990microsec 80B7 C2B180 JP NZ,T1MS2 ;CK=10--- 80BA F1 POP AF ;CK=10 80BB C9 RET ;CK=10 + CALL CK=10 ;

これはＮＤ８０Ｚ�V（ＮＤ８０Ｚ３．５）組立キットの付属ＣＤＲＯＭに入っておりますサンプルプログラムＭＵＳＩＣ（電子オルゴールプログラム）の一部です。
ここにちょうど１ｍｓのサブルーチンがあります。
命令の実行速度を計算して１ｍｓ（正確には０．９９８ｍｓ）を作り出しています。
これはＺ８０（クロック６ＭＨｚ）での値です。
これと同じルーチンをコールして、そのたびに８２Ｃ５５からＨＬを交互に出力してそれをオシロで観測すればＺ８Ｓ１８０の実行速度が求められるはずです。

これが実行結果です。


ＣＰＵクロック２０ＭＨｚ（供給クロックは４０ＭＨｚ）のときの８２Ｃ５５からの出力波形です。
Ｅ−８０ボードに搭載するＲＡＭ６１Ｃ５１２８はアクセスタイム２５ｎｓです。
いまどきはこれでもそれほど高速ではありませんが、その昔のＲＡＭと比較すれば優に１０倍を超えています。
なので、メモリアクセス時はノンウェイトにしました。
８２Ｃ５５Ａ−２も高速ですがさすがにノンウェイトはやばいのでＩ／Ｏアクセスには１ウェイトを入れてあります。
さてその結果なのですが、上の写真にあります通り、６ＭＨｚのＺ８０では１ｍｓだったものが０．２６ｍｓになっています。
約４倍です。
Ｚ８Ｓ１８０（６４１８０）はＺ８０に比べて命令の実行クロック数がおおむね１クロック短縮されているとのことですが、確かに上の結果からはそのことが読み取れます。

さて。
最初は大丈夫かなあ、と少し心配だったのですけれど、その後も最高速２０ＭＨｚのままでいろいろデバッグをしておりますが、特に誤動作することなく、しっかりと安定して動作しております。
本来の仕様の倍の周波数で安定動作するということになれば、これはもう製品の信頼性のなによりの証明でありますので、当分このままの状態でデバッグを続けるつもりです。

いや。
これはＹ様と打ち合わせした仕様ではありませんけれど。
いっそのこと。
隠し機能としてこの４０ＭＨｚものっけてしまうというのも遊び心があって面白いかもしれません。
むむ。
そういうことにしてしまいましょう。

ワンボードマイコンでＣＰ／Ｍを！［第２６７回］
２０１２．１２．１３ｕｐｌｏａｄ

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