ＰＩＣでＵＳＢを！（知識ゼロからのスタートです）
ＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０のＵＳＢ機能を１００％自前のソフトで制御する試みです。しかもアセンブラで！

当記事は２００９年１２月から「ＴＴＬでＣＰＵをつくろう！」というタイトルの もとにほとんど毎日連載をしてきたものを再編集したものです。

２０１１．７．１２ 前へ 次へ 目次へ戻る ホームページトップへ戻る

☆ＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０ ＰＩＣ１８Ｆ２５５０では大きすぎて、計画中のＴＫ８０互換マイコンボードＮＤ８０Ｚ�Vには組み込めそうにないことがわかりました。 ＵＳＢ機能内蔵のＰＩＣにはＰＩＣ１８Ｆ４５５０、ＰＩＣ１８Ｆ２５５０のほかに２０ｐｉｎのＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０があることはちょっと前から知っていました。しかしＵＳＢに関する部分がＰＩＣ１８Ｆ２５５０とはかなり異なっているようです。 案の定しっかり泥沼にはまってしまいました。

［第７４回］

●８ビットパラレルデータ伝送（ＴＫ８０モニタプログラム）

前回はＰＩＣ１８Ｆ２５５０とＺ８０ＣＰＵとの間での８ビットパラレルデータ伝送について説明をいたしました。
というか、過去記事へのリンクで逃げてしまいました。
今回はその部分のプログラムをお見せすることにいたします。

まずは、Ｚ８０版ＴＫ８０ボード（ＮＤ８０ＺＨ）の「ＴＫ８０」モニタプログラムです。
オリジナルのＴＫ８０モニタプログラムでは、ここのところは、カセットテープレコーダインターフェイスになっていました。
もちろんいまどきカセットテープではお話しになりませんから、Ｚ８０版ＴＫ８０ボード（ＮＤ８０ＺＨ）ではそれをＰＩＣ１６Ｆ８８を使ってＲＳ２３２Ｃインターフェイスにしています。

今回はそこのところを、さらに変更してＰＩＣ１６Ｆ８８の代わりにＰＩＣ１８Ｆ２５５０を使って、ＲＳ２３２Ｃだけではなくて、ＵＳＢ（ＨＩＤ）での送受信機能が使えるようにしました。
ＵＳＢ（ＨＩＤ）を使うと言っても、実際にその通信部分は全てＰＩＣ１８Ｆ２５５０がやってくれますから、Ｚ８０版ＴＫ８０ボード（今回の試作ボード）のモニタプログラムは、ＰＩＣ１８Ｆ２５５０との間で、８本のデータラインと４本の制御線を使ってデータをパラレルに送受信すればよく、その方法はＰＩＣ１６Ｆ８８でもＰＩＣ１８Ｆ２５５０でも全く同じです。

そのデータのやり取りの部分をまずＺ８０版ＴＫ８０ボード（試作版）の側のプログラムで見てみます。
プログラムサブルーチンの名前はＳＥＲＩＡＬになっていますが、シリアル送受信を行うのはＰＩＣ１８Ｆ２５５０ですから、ここのところのＰＩＣ１８Ｆ２５５０との間でのデータのやり取りはシリアルではなくてパラレルです。

; ;SERIAL OUTPUT ROUTINE ; 027C 4F SOUT:MOV C,A 027D DB98 SOUT2:IN 98 027F E602 ANI 02 0281 CA7D02 JZ SOUT2 0284 79 MOV A,C 0285 D394 OUT 94 0287 3EF9 MVI A,F9; I/Oaddress 94 "out" & STROBE ON 0289 D398 OUT 98 028B DB98 SOUT3:IN 98 028D E602 ANI 02 028F C28B02 JNZ SOUT3 0292 3EFB MVI A,FB; I/Oaddress 94 "out" & STROBE OFF 0294 D398 OUT 98 0296 C9 RET ; ;SERIAL INPUT ROUTINE ; ORG $02A0 ; 02A0 DB98 SIN:IN 98 02A2 0F RRC 02A3 DAA002 JC SIN 02A6 3EFE MVI A,FE;BUSY 02A8 D398 OUT 98 02AA DB94 IN 94 02AC 4F MOV C,A 02AD 3EFF MVI A,FF;READY 02AF D398 OUT 98 02B1 79 MOV A,C 02B2 C9 RET ;

８ビットのデータは８本のデータ線を使って一度に送信、または受信されます。
Ｚ８０版ＴＫ８０ボード（試作版）は、８ビットのデータをＩ／Ｏアドレス９４にＯＵＴ（ＰＩＣに送信）、またはＩ／Ｏアドレス９４からＩＮ（ＰＩＣから受信）します。
このとき送信、受信のそれぞれに、２組のＳＴＲＯＢＥ信号とＲＥＡＤＹ／ＢＵＳＹ信号を使います。

Ｚ８０ＣＰＵからＰＩＣへ送信する場合には、Ｚ８０側がＳＴＲＯＢＥ信号を出力します。これはＩ／Ｏアドレス９８のビット１を０にすることで行われます。
実はＺ８０版ＴＫ８０ボード（試作版）がデータをＰＩＣに出力するときは、このＳＴＲＯＢＥとは別にもう１本、Ｉ／Ｏアドレス９８のビット２も０にしなければなりません。
Ｉ／Ｏアドレス９８のビット２は、データ出力用レジスタ７４ＨＣ３７３（ＩＣ４）をアクティブにする信号として使われています（［第６９回］ＰＩＣ１８Ｆ２５５０回路図）。

ＰＩＣ１８Ｆ２５５０が受信可のときは（通常はこの状態です）、Ｉ／Ｏアドレス９８のビット１入力がＨ（１）になります。
ＳＴＲＯＢＥと同じＩ／Ｏアドレスですが、ＳＴＲＯＢＥはＯＵＴで、こちらはＩＮです。回路は別になっていますから、信号がぶつかることはありません。
このラインが１（ＲＥＡＤＹ）の時にＩ／Ｏアドレス９８にデータをＯＵＴしてから、ＳＴＲＯＢＥをＬ（０）にします。

ＰＩＣ１８Ｆ２５５０は、ＳＴＲＯＢＥラインを監視していて、このラインがＬになると、データを読み込んで、処理をする間、ＲＥＡＤＹ線をＬ（０）にします。ＢＵＳＹです。
Ｚ８０ＣＰＵ側は、ＰＩＣ１８Ｆ２５５０がＢＵＳＹを送ってきたことを確認してからＳＴＲＯＢＥをＯＦＦにします。
ＰＩＣ１８Ｆ２５５０はデータを読み込んだあと、ＳＴＲＯＢＥ信号がＯＦＦになったのを確認してからＲＥＡＤＹ出力にします。

以上はＺ８０ＣＰＵからＰＩＣ１８Ｆ２５５０へデータを送る（ＯＵＴＰＵＴ）プログラムの説明ですが、逆にＰＩＣ１８Ｆ２５５０からＺ８０ＣＰＵにデータが送られてくるとき（ＩＮＰＵＴ）も、考え方は全く同じです。
データの読み込みもＩ／Ｏアドレス９４からのＩＮで行われます。
このときにアドレス９４の出力（ＩＣ４、７４ＨＣ３７３）がアクティブになっていると、ＰＩＣ１８Ｆ２５５０からのデータ出力とぶつかってしまいますから、出力禁止にしておかなければなりません。Ｉ／Ｏアドレス９８のビット２出力をＨにしておきます。

ＰＩＣ１８Ｆ２５５０からのＳＴＲＯＢＥ信号は、Ｉ／Ｏアドレス９８のビット０からの入力で確認されます。
このラインがＬ（０）になったら、Ｉ／Ｏアドレス９４からデータを読み込みます。
ＲＥＡＤＹ／ＢＵＳＹ信号はＩ／Ｏアドレス９８のビット０出力です。
ＰＩＣ１８Ｆ２５５０からのデータ読み込み動作に入る前に、Ｉ／Ｏアドレス９８から’ＦＦ’を出力して、ＩＣ４の出力禁止とＲＥＡＤＹ出力にしてあります。

データを読み込むよりも前に、ＢＵＳＹ（アドレス９８のビット０＝０）を出力しているのは、Ａレジスタにデータを読み込まなくてはいけないからです。
とはいえ、結局ＲＥＡＤＹを出力するのにＡレジスタが必要になりますから、受信したデータは一時Ｃレジスタに退避させます。

●８ビットパラレルデータ伝送（ＰＩＣ１８Ｆ２５５０プログラム）

こちらはＰＩＣ１８Ｆ２５５０のプログラムです。
Ｚ８０のプログラムと同じことをやっているのですが、ＰＩＣ１８Ｆ２５５０のほうがはるかに短いプログラムで済んでいます。
ＰＩＣのアセンブラ（機械語の命令）はかなり評判が悪いようですが、こうやって比べてみると、Ｉ／Ｏ制御に適した命令機能をもっていることがわかります。

; ;data out to cpu ; dtoutsub btfss PORTA,1 goto dtoutsub movwf PORTB bcf PORTA,0 dtoutsub2 btfsc PORTA,1 goto dtoutsub2 bsf PORTA,0 return ; ;data in from CPU to READBF ; dtin movf PORTB,w bcf PORTA,2;set busy movwf INDF2 dtin3 btfss PORTA,3;if strobe off goto dtin3 bsf PORTA,2;set ready return ;

ＰＩＣ１８Ｆ２５５０の側は、パラレルデータの入力、出力にＰＯＲＴＢを使います。
ＰＩＣ１８Ｆ２５５０からＺ８０の側にパラレルデータを出力する（ｄａｔａ　ｏｕｔ）場合には、ＰＯＲＴＡのビット０をＳＴＲＯＢＥ出力に使います。
ｂｃｆ　ＰＯＲＴＡ，０でＳＴＲＯＢＥ　ｏｎ、ｂｓｆ　ＰＯＲＴＡ，０でＳＴＲＯＢＥ　ｏｆｆです。
ｂｃｆはビットクリア、ｂｓｆはビットセット命令です。
Ｚ８０からのＲＥＡＤＹ／ＢＵＳＹはＰＯＲＴＡのビット１に入力されます。
ｂｔｆｓｓは指定したビットがセットされていたら、次の命令（多くはｇｏｔｏが使われる）をスキップする命令です。
ｂｔｆｓｃはその逆に、指定したビットがクリアされていたら、次の命令をスキップする命令です。

movwf PORTBは、ｗレジスタの値をＰＯＲＴＢにｍｏｖｅする（ｗレジスタの値がＰＯＲＴＢから出力される）ために使われています。
ＰＩＣにはＯＵＴ命令、ＩＮ命令はありません。
Ｉ／Ｏポートもレジスタとして扱われます。
出力の向きに設定したポートレジスタに値をｍｏｖｅすることで出力が行われます。

逆に入力の向きに設定したポートレジスタからｗレジスタに値をｍｏｖｅすることで、ＩＮと同様の働きになります。
ｍｏｖｆ　ＰＯＲＴＢ，ｗは、ＰＯＲＴＢからｗレジスタに入力値を読み込むために使われています。
ＰＩＣ１８Ｆ２５５０がＺ８０からのデータを受け取る（ｄａｔａ　ｉｎ）場合には、ＰＯＲＴＡのビット２をＲＥＡＤＹ／ＢＵＳＹ出力に使います。
ＰＯＲＴＡのビット３には、Ｚ８０からのＳＴＲＯＢＥ信号が入力されます。

ｄａｔａ　ｉｎ　プログラムには、Ｚ８０ＣＰＵ側からのＳＴＲＯＢＥを確認するところがなくて、いきなりデータを読み込んでいますが、ＳＴＲＯＢＥを確認していないのではなくて、このサブルーチンをＣＡＬＬしている親プログラムで確認しています。

●４ビットパラレルデータ伝送（ＴＫ８０モニタプログラム）

さていよいよ８ビットデータ伝送を４ビット×２データ伝送に直しての動作テストです。
といってもそれほどむつかしいことではありません。
ただすこし面倒なだけです。
４ビットで送受信しますからデータのビット０〜ビット３だけを使います。ビット４〜７は使いません。

; ;SERIAL OUTPUT ROUTINE ; 027C 4F SOUT:MOV C,A 027D DB98 SOUT2:IN 98 027F E602 ANI 02 0281 CA7D02 JZ SOUT2 0284 CD2603 CALL SOUTSB 0287 3EF9 MVI A,F9; I/Oaddress 94 "out" & STROBE ON 0289 D398 OUT 98 028B DB98 SOUT3:IN 98 028D E602 ANI 02 028F C28B02 JNZ SOUT3 0292 3EFB MVI A,FB; I/Oaddress 94 "out" & STROBE OFF 0294 D398 OUT 98 0296 C9 RET ; ;SERIAL INPUT ROUTINE ; ORG $02A0 ; 02A0 DB98 SIN:IN 98 02A2 0F RRC 02A3 DAA002 JC SIN 02A6 3EFE MVI A,FE;BUSY 02A8 D398 OUT 98 02AA DB94 IN 94 02AC E60F ANI 0F 02AE 4F MOV C,A 02AF 3EFF MVI A,FF;READY 02B1 D398 OUT 98 02B3 DB98 SIN1:IN 98 02B5 0F RRC 02B6 DAB302 JC SIN1 02B9 3EFE MVI A,FE 02BB D398 OUT 98 02BD DB94 IN 94 02BF 07 RLC 02C0 07 RLC 02C1 07 RLC 02C2 07 RLC 02C3 E6F0 ANI F0 02C5 B1 ORA C 02C6 4F MOV C,A 02C7 3EFF MVI A,FF 02C9 D398 OUT 98 02CB 79 MOV A,C 02CC C9 RET ; ; 0326 79 SOUTSB:MOV A,C 0327 D394 OUT 94 0329 3EF9 MVI A,F9 032B D398 OUT 98 032D DB98 SOUTSB2:IN 98 032F E602 ANI 02 0331 C22D03 JNZ SOUTSB2 0334 3EFB MVI A,FB 0336 D398 OUT 98 0338 DB98 SOUTSB3:IN 98 033A E602 ANI 02 033C CA3803 JZ SOUTSB3 033F 79 MOV A,C 0340 0F RRC 0341 0F RRC 0342 0F RRC 0343 0F RRC 0344 D394 OUT 94 0346 C9 RET

８ビットデータを１回で送信していたところを、２回の繰り返しに変更します。
ＴＫ８０モニタプログラムをそのまま書き直すと、入力ルーチン（ＳＩＮ）の開始アドレスがオリジナルと違ってきてしまいますから、一部をサブルーチンにしています（ＳＯＵＴＳＢ）。

最初は下位４ビットを送ります。
送信する場合はそのまま出力するだけです。
次に上位４ビットを出力するために、ＲＲＣ命令（右ローテイト）を４回繰り返して上位４ビットのデータを下位４ビットに移動します。
そのようにしておいてから、データを出力します。

データを受信する場合は、８ビットで受け取ることになります（ただし上位４ビットは無意味です）から、受け取ったあと、上位４ビットを捨てるためにＡＮＩ　０Ｆを使って、上位４ビットを’０’にしてからワークレジスタに保存します。
次に上位４ビットのデータがやはり下位４ビットのデータとして送られてきますから、ＲＬＣ命令（左ローテイト）を４回使って、下位４ビットのデータを上位４ビットに移動します。
そのあとで、ＡＮＩ　Ｆ０で下位４ビットを’０’にしてから、先に受信した下位４ビットデータとＯＲ命令で合成して、もとの８ビットデータに戻します。

●４ビットパラレルデータ伝送（ＰＩＣ１８Ｆ２５５０プログラム）

今回８ビットパラレルデータ伝送を４ビットデータ伝送に変更する目的はＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０を使うためです。
しかしいきなりＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０のためのプログラムを書いてしまって、それでテストをする、というのは余りに乱暴です。
なにしろＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０はまだ使ったことがありません。
今回使ってみるのがはじめてですから、いきなりぶっつけ本番で試したりしたら、どんなトラップにはまってしまうかわかったものではありません。

おお。神よ。
なんと賢明な判断であったことか。
そのように慎重にことを運んでさえ、見事に底無し沼のトラップにはまってしまったのですから。

それはともかく、ＰＩＣ１８Ｆ２５５０では８ビットデータ伝送は動作を確認済みです。
ここはまず、回路もそのまま使うことにして、データ伝送部の上位４ビットも配線済みのまま、プログラムだけ上位４ビットを使わない、ということで動作テストを行いました。
そのようにすれば、プログラム変更の結果、うまく動作しなかった場合でも、もとの８ビットに戻して再確認などをすることもできます。

という考えから、まずはＰＩＣ１８Ｆ２５５０を使って４ビットデータ伝送のテストをしてみることにしました。

これがＰＩＣ１８Ｆ２５５０の４ビット出力および入力プログラムです。
考え方はＴＫ８０モニタプログラムの変更についての考え方と全く同じです。

; ;data out to CPU ; dtoutsub btfss PORTA,1 goto dtoutsub movwf datawk movwf PORTB;low 4bits out bcf PORTA,0 dtoutsub2 btfsc PORTA,1 goto dtoutsub2 bsf PORTA,0 dtoutsub3 btfss PORTA,1 goto dtoutsub3 rrncf datawk rrncf datawk rrncf datawk rrncf datawk,w movwf PORTB;high 4bits bcf PORTA,0 dtoutsub5 btfsc PORTA,1 goto dtoutsub5 bsf PORTA,0 return ; ;data in from CPU to READBF ; ; dtinsub movf PORTB,w andlw 0f movwf datawk bcf PORTA,2 dtinsub1 btfss PORTA,3 goto dtinsub1 bsf PORTA,2 dtinsub2 btfsc PORTA,3 goto dtinsub2 movf PORTB,w bcf PORTA,2 movwf datawkh4 rlncf datawkh4 rlncf datawkh4 rlncf datawkh4 rlncf datawkh4,w andlw 0f0 iorwf datawk,w dtinsub3 btfss PORTA,3 goto dtinsub3 bsf PORTA,2 return

このようにして、ＴＫ８０モニタプログラムとＰＩＣ１８Ｆ２５５０のプログラムの両方を４ビットデータ伝送に書き直して動作テストを行って、８ビットの場合と同じように動作することを確認いたしました。

すると、次はいよいよ、ＰＩＣ１８Ｆ２５５０のプログラムを、ＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０に移植しての動作テストです。
ＣＰＵをつくろう！第５０１回（２０１０．５．１７ｕｐｌｏａｄ）を再編集

ＰＩＣでＵＳＢを！［第７４回］
２０１１．７．１２ｕｐｌｏａｄ

前へ
次へ
目次へ戻る
ホームページトップへ戻る