２０１３．２．１０
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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
ＮＤ８０ＺⅢとＭＹＣＰＵ８０の上でＣＰ／Ｍが走ります！

［第３１４回］


●Ｚ８Ｓ１８０のＩ／Ｏレジスタ

Ｚ８Ｓ１８０は内蔵しているタイマーやシリアルポートなどの動作モードの設定や、その他のいろいろなコントロールのために特殊なＩ／Ｏレジスタを内蔵しています。
Ｉ／Ｏレジスタはリセット後は、Ｉ／Ｏアドレスの００００Ｈ～００３ＦＨに置かれますが、００４０Ｈ～００７ＦＨ、００８０Ｈ～００ＢＦＨ、００Ｃ０Ｈ～００ＦＦＨに置くこともできます。

Ｚ８０のＩ／Ｏアドレスは００Ｈ～ＦＦＨの２５６バイトでしたが、Ｚ８Ｓ１８０ではＩ／Ｏアドレスもメモリアドレスと同じように００００Ｈ～ＦＦＦＦＨの６４ＫＢに拡張されています。
したがってＺ８０では問題にならなかった、Ｉ／Ｏアクセス時のアドレス上位Ａ８～Ａ１５にも注意を払う必要が出てきます。

といいましてもＣＰＵの外部に置く８２Ｃ５５などに対するアクセスについては、従来どおりアドレス下位８ビットのＡ０～Ａ７をデコードしている分には、Ｚ８０の場合とまったく同じように扱うことができますから、そのこと（Ｉ／Ｏアドレスが６４ＫＢに拡張されていること）を意識する必要は全くありません。

しかしＺ８Ｓ１８０に内蔵されているＩ／Ｏレジスタは内部で上位８ビットのＡ８～Ａ１５までを含めて完全デコードされていますから、Ｚ８０と同じＩ／Ｏアクセス方法ではアクセスできない場合がでてきます。
その具体的なアクセス方法については、後ほど説明いたします。

それでは、Ｚ８Ｓ１８０に内蔵されているＩ／Ｏレジスタについての説明に入りますが、Ｉ／Ｏレジスタの全てについて説明をするのはここでの目的ではありません。
メモリアクセスやＩ／Ｏアクセス時に挿入されるウェイトクロックをコントロールすることが目的です。
ですのでここでは、そのウェイトクロックの挿入をコントロールしているＩ／Ｏレジスタについて説明いたします。

●ＤＭＡ／ＷＡＩＴ　ＣＯＮＴＲＯＬ　ＲＥＧＩＳＴＥＲ

Ｉ／Ｏアドレス００３２Ｈにそのレジスタがあります。


［出典］Ｚｉｌｏｇ社　Ｚ８Ｓ１８０　Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ

ビット７、ビット６の２ビットで、メモリアクセス時のウェイトクロックの挿入数を指定します。
００のとき０個、０１のとき１個、１０のとき２個、１１のときは３個のウェイトクロックが挿入されます。
リセット後は１１がセットされますから、３個のウェイトクロックが挿入されます。

ビット５、 ビット４の２ビットで、Ｉ／Ｏアクセス時のウェイトクロックの挿入数を指定します。
００のとき１個、０１のとき２個、１０のとき３個、１１のときは４個のウェイトクロックが挿入されます。
リセット後は１１がセットされますから、４個のウェイトクロックが挿入されます。

ビット３～０はＤＭＡコントロールです。
リセット後は各ビットとも０になります。

●ＲＥＦＲＥＳＨ　ＣＯＮＴＲＯＬ　ＲＥＧＩＳＴＥＲ

Ｅ－８０（仮称）ミニコンではＤＲＡＭは扱いませんからリフレッシュは不要です。
リフレッシュをコントロールしているＩ／ＯレジスタはＩ／Ｏアドレス００３６Ｈにあります。



ビット７が１のときリフレッシュサイクルが実行されます。
ビット７が０のときリフレッシュは行なわれません。
リセット後はビット７＝１になります。

●Ｉ／Ｏレジスタへのアクセス方法

以上説明しましたことから、メモリアクセス時のウェイトを０にし、Ｉ／Ｏアクセス時のウェイトは最小の１クロックにするには、Ｉ／Ｏアドレス００３２Ｈに００Ｈを書き込みます。
またリフレッシュを禁止するにはＩ／Ｏアドレス００３６Ｈに００Ｈを書き込みます。

それでは、Ｉ／Ｏアドレス００ＸＸＨのＩ／Ｏレジスタに値を書き込むにはどうしたらよいかについて説明をいたします。
Ｉ／Ｏアドレスに何かを書き込む（出力する）ということになりますと、まずは普通のＯＵＴ命令　ＯＵＴ　（ｎ），Ａ　（マシン語コードＤ３ＸＸ）を使うことが考えられます。
この命令は８０８０のときからある命令ですが、Ｚ８０ではコードＤ３ＸＸのＯＵＴ命令は、上位アドレスＡ８～Ａ１５にＡレジスタの値が出力されます。

あれ？
今気がついたのですが、今回はＩ／Ｏアドレス００３２Ｈ、００３６Ｈにともに００Ｈを書き込めはよいのですから、それならちょうど普通のＯＵＴ命令を使って、
ＸＯＲ　Ａ
ＯＵＴ　（３２），Ａ
ＯＵＴ　（３６），Ａ
を実行すればよい、ですねえ。
むむ。
あとで試してみましょう。

これはたまたま００Ｈを書き込むときだけ使えるテクニックです。
００Ｈ以外を書き込むときには、この命令は使えません。

次にＺ８０で追加された命令ＯＵＴ（Ｃ），ｒを使うことを考えてみます。

［出典］Ｚｉｌｏｇ社　Ｚ８０１８５　Ｕｓｅｒ’ｓ　Ｍａｎｕａｌ

ＯＵＴ（Ｃ），ｒは、アドレス下位Ａ０～Ａ７にＣレジスタの値が出力され、上位Ａ８～Ａ１５にＢレジスタの値が出力されます。
ですから、この命令を使ってＩ／Ｏアドレス００３２Ｈと００３６Ｈに００Ｈを書き込むには下のようにプログラムします。
ＸＯＲ　Ａ
ＬＤ　ＢＣ，＄００３２
ＯＵＴ　（Ｃ），Ａ
ＬＤ　Ｃ，３６
ＯＵＴ　（Ｃ），Ａ

●ＯＵＴ０　（ｎ），ｒ

Ｚ８Ｓ１８０ではＺ８０にはなかったいくつかの命令が追加されています。
そのうちの　ＯＵＴ０　（ｎ），ｒ　という命令を使うとＩ／Ｏアドレスの００ＸＸＨに値を書き込むことができます。



この命令は、Ｉ／Ｏアドレスの上位８ビットＡ８～Ａ１５に常に００Ｈを出力します。
マシン語コードはＥＤで始まる３バイトです。
Ａレジスタの値を出力する場合には、第２バイトのコードは３９Ｈになります。
第３バイトはＩ／Ｏアドレスの下位８ビットの値です。

この命令はＮＤ８０ＺⅢ（ＮＤ８０Ｚ３．５）に付属のＺ８０アセンブラＺＡＳＭ．ＣＯＭにはありません。
ですからＤＢ命令を使って直接１６進数でコーディングします。

この命令を使ってＩ／Ｏアドレス００３２Ｈと００３６Ｈに００Ｈを書き込むには下のようにプログラムします。
ＸＯＲ　Ａ
ＤＢ　ＥＤ
ＤＢ　３９
ＤＢ　３２
ＤＢ　ＥＤ
ＤＢ　３９
ＤＢ　３６

●テストプログラム

［第３１２回］で使った１ｍｓｅｃのパルス出力プログラムの先頭に、リフレッシュ禁止とウェイト無しを設定した部分を付け加えました。

2013/2/8  10:10  e80time2.txt
END=802F
              ;;; music 09/10/9 10/10 10/12 10/15 
              ;;;
              ;;;MUSIC from MYCPU80 MUSIC
              ;10/6/4 6/5 6/15 for ND80Z3 CLK=6MHz
              ;7/20 9/24
              ;12/11/27 for E-80 clock?
              ;13/1/27
              ;2/6 time test
              ;
              	ORG $8000
              ;
8000 3E3F     LD A,3F; refresh off
8002 ED       	DB ED;OUT0 (36),A
8003 39       	DB 39;
8004 36       	DB 36;
8005 3E30     	LD A,30; memory wait off
8007 ED       	DB ED;OUT0 (32),A
8008 39       	DB 39;
8009 32       	DB 32;
800A 310000   START:LD SP,$0000
800D 3E88     	LD A,88;A=out,B=out,CH=in,CL=out
800F D3FB     	OUT (FB),A
8011 3E03     LOOP:LD A,03         ;sp out=H (pc1=H)
8013 D3FB     	OUT (FB),A
8015 CD2280   	CALL T1MS
8018 3E02     	LD A,02		;sp out=L (pc1=L)
801A D3FB     	OUT (FB),A
801C CD2280   	CALL T1MS
801F C31180   	JP LOOP
              ;
8022 F5       T1MS:PUSH AF		;CK=11....11+7+10+10+10=48/6(8microsec)
8023 3E5F     	LD A,5F		;=99  CK=7
8025 E5       T1MS2:PUSH HL;DUMMY CLK=11-----------------
8026 E5       	PUSH HL;DUMMY CLK=11               |
8027 E1       	POP HL;DUMMY CLK=10                |CK=60/6(10microsec)
8028 E1       	POP HL;DUMMY CLK=10                |
8029 00       	NOP ;CLK=4                         |
802A 3D       	DEC A		;CK=4        |10x99=990microsec
802B C22580   	JP NZ,T1MS2	;CK=10---
802E F1       	POP AF		;CK=10
802F C9       	RET		;CK=10 + CALL CK=10
              ;END
LOOP         =8011  START        =800A  T1MS         =8022  
T1MS2        =8025

このプログラムを作った時点ではＩ／Ｏレジスタについて詳しく調べていませんでしたので、リフレッシュ禁止のために３ＦＨをＩ／Ｏアドレスの００３６Ｈに書き込んでいます。
ここは上に書きましたように、おそらく００Ｈを書き込むということでもよいはずです。
またこのテストプログラムではＩ／Ｏアクセス時のウェイトは全体の動作にほとんど影響しませんから、Ｉ／Ｏアクセス時のウェイトについてはデフォルトと同じ４回のままにしています（ビット５、ビット４＝１１）。

●テストプログラムの実行結果です

上のプログラムをＣＰＵクロック１０ＭＨｚで実行してみました。


おお。
ＣＰＵクロック６ＭＨｚのＮＤ８０ＺⅢ（ＮＤ８０Ｚ３．５）で１ｍｓだったところがその半分の約０．５ｍｓになりました。
これは速い！

時間軸のスケールを０．１ｍｓにしてみました。


０．５４ｍｓです。
６ＭＨｚのＺ８０で１ｍｓに設計したところが０．５４ｍｓになったのですから、そこからＺ８０に換算したクロック周波数を計算してみますと
６／０．５４≒１１（ＭＨｚ）
になります。
メモリアクセスをノンウェイトにすると、ＣＰＵクロック１０ＭＨｚ時にはＺ８０換算で１１ＭＨｚのパフォーマンスが得られたことになります。
Ｚ８Ｓ１８０では、Ｚ８０で１マシンサイクルが４クロックの多くの命令を１クロック短縮して３クロックにしていますから、そのことがこのパフォーマンスになったと思われます。
むむ。
これなら、納得です。

続いて同じプログラムをＣＰＵクロックを２０ＭＨｚにして実行してみました。



ちょうど１／２の０．２７ｍｓになりました。
こちらもＺ８０に換算したクロック周波数を計算してみます。

６／０．２７≒２２（ＭＨｚ）

おお。
Ｚ８０に換算して２２ＭＨｚのパフォーマンスが得られました。
またまた、納得です。

今回はとりあえずメモリアクセス時のみノンウェイトにしてテストを行ないました。
その結果は非常に満足できるものでした。

次回はＣＰＵクロック２０ＭＨｚ時の８２Ｃ５５アクセスについて試してみることにいたします。

ワンボードマイコンでＣＰ／Ｍを！［第３１４回］
２０１３．２．１０ｕｐｌｏａｄ

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