COSMAC研究会

プロジェクト概要

COSMACの評価ボードであるCDP18S020の主要機能を製作し、その上でUT4という小さなモニタプログラムを動作することを目標とします。可能であれば、CDP18S020の主要機能を再現したいところです。

以下のドキュメントを参考にし、現在入手可能なパーツに置き換え、COSMAC評価ボード CDP18S020の主要部分を10cmｘ10cmの基板上に製作しています。合わせて、外部バスに拡張基板を接続し、評価ボードに実装されているLED表示やGPIO(CDP1852)を付加しました。

• Evaluation Kit Manual for the RCA CDP1802 COSMAC Microprocessor

UT4モニタ

以下の情報を参考にしています。このバイナリをEEPROM 28C256に書き込んで使用しています。

• RCA UT4 ROM

回路図

現時点の回路図（PDF）です。

CPU Board

• CPU Board Rev 0.1 (2019/9/23) ←プリント基板化したもの。PCB Errataを参照ください。
• CPU Board Rev 0.2 (2019/11/3) ←製作しました。
• CPU Board Rev 0.3 (2020/2/14) ←製作しました。
• CPU Board Rev 0.4 (2020/5/7) ←発注しました。

拡張ボード

• Extention Board Rev 0.1 (2019/10/10) ←プリント基板化したもの。バグ多数。PCB Errataを参照ください。
• Extention Board Rev 0.2 (2019/10/19) ←製作しました。LEDの種類によっては輝度が高い場合があります。
• Extention Board Rev 0.3 (2020/2/2) ←製作しました。

TVディスプレイボード（つくるシリーズ７掲載回路）

• TV DISPLAY Board Rev 0.2 (2020/1/3) →完成しました。

STG1861ディスプレイ＋16進キーボード

STG1861はSpare Time Gizmos' projects.で公開されているCDP1861 Pixie互換の回路です。
HEX KeyboardはCOSMAC VIPのマニュアルに掲載されている回路です。

• STG1861 display/Hex keyboard Rev 0.1 (2020/3/31) ←製作しました。
• STG1861 display/Hex keyboard Rev 0.2 (2020/4/30) ←製作しました。

COSMAC MBC専用 BUSボード

• COSMAC MBC BUS Rev. 0.1 (2020/6/6) ←失敗しました。
• COSMAC MBC BUS Rev. 0.2 (2020/6/21) ←製作しました。

部品表

• BOM (Googleスプレッドシート) 基板別にシートになっています。
  • STG1861 display/Hex keyboard Rev 0.2
  • CPU Board Rev 0.4
  • Extention Board Rev 0.3
  • TV DISPLAY Board Rev 0.2

メモリマップ

CPU Board Rev 0.1では以下のようにしました。

• 0000 - 1FFF 6264 RAM (U3) ... USER AREA 8KByte
• 2000 - 7FFF 6264 RAM (U3)のイメージ（使用不可）
• 8000 - 87FF 28C256 EEPROM (U2) ... UT4 MONITOR
• 8800 - 8BFF 28C256 EEPROM (U2)のイメージ（使用不可）
• 8C00 - 8FFF 6264 RAM (U4) ... UT4 REGISTER STORAGE（無くてもUT4は動きます）
• 9000 - FFFF 28C256 EEPROM(U2)と6264 RAM (U4)のイメージ（使用不可）

CPU Board Rev 0.2ではシンプルにしました。UT4 REGISTER STORAGEは省略しました。

• 0000 - 7FFF 62256 RAM (U3 or U5) ... USER AREA 32KByte
• 8000 - 81FF 28C256 EEPROM (U2) ... UT4 MONITOR
• 8200 - FFFF 28C256 EEPROM (U2) ... 未使用。今後アプリケーションを書き込む予定。

CPU Board Rev 0.2以降で、UT4の代わりにMCSMP20モニタとCOSMAC VIP OSをROMに焼いています。

• 0000 - 7FFF 62256 RAM (U3 or U5) ... USER AREA 32KByte
• 8000 - 28C256 EEPROM (U2) ... MCSMP20 MONITOR
• D000 - 28C256 EEPROM (U2) ... COSMAC VIP OS

操作方法

• RESET後にRUN U(Utirity)ボタンを押すと$8000のROMが$0000に一時的に配置され、UT4モニタが起動します。
• RESET後にRUN P(Program)ボタンを押すと$0000に配置されたアプリケーションが実行されます。
• S5をSTEPにして、RESET後にRUN Pを押すことで１ステップ実行されます。
• UT4モニタの使いかたはCDP18S020のマニュアルを参照してください。具体的な操作例はブログにあります。

プリント基板

CPUボード(Rev 0.3)

2020/2/14にRev 0.3基板を発注し、2020/2/28に納品されました。

※組み立て時にはS2, S3,S4のプッシュスイッチの取り付け向きに注意してください。導通状態になっているピンが1番ピンなので事前にテスターで確認してください。また、今回S5はトグルスイッチにしましたのでご注意ください。

拡張ボード(Rev 0.3)

2022/2/2に基板を発注し2022/2/13に納品されました。現時点では機能的には問題ありません。

TV DISPLAYボード(Rev 0.2)

2020/1/4に発注し1/9に納品されました。現時点では機能的には問題ありません。

STG1861ディスプレイ＋16進キーボード(Rev 0.2)

2020/4/30に発注しました。5/16に納品されました。

COSMAC MBC BUS Rev. 0.2

2020/6/21に発注しました。

ガーバーデータ

• COSMAC MBC CPUボード Rev 0.4 cdp18s020_cpu_rev04.zip (2020/05/07)
• COSMAC MBC 拡張ボード Rev 0.3 cdp18s020_ex_rev03.zip (2020/02/02)
• COSMAC MBC TVディスプレイボード Rev 0.2 cosmac_tv_rev0_2.zip (2020/1/3)

PCB Errata

プリント基板の修正情報です。

CPU Board

Rev. 0.1

1. S4「RUN P」の中点がどこにも繋がっていないパターンミスがありました。GNDに落としてください。（@yanataka様 ご報告ありがとうございました。）
2. シリアル入力を反転させる必要があります。余っているゲートで対応するには、U16の14番ピン、15番ピンをソケットに差し込まずに、写真のように浮かしてジャンパー線をはんだ付けしてください。15番ピンをJP2のEF4ピンに、14番ピンをJP2のセンターピンに接続してください。
3. バスがプルアップになっていますが、正しくはプルダウンです。次の基板で修正します。(2019/10/21追記）

Rev. 0.2

1. 特に問題は見つかっておりませんが、拡張コネクタを横向きに実装する基板スペースがないのではみ出します。はんだ付けの際は真横に取り付けるように注意してください。
2. @yanatoku 様から、sunrise-ev.com/1802.htmのMCSMP20.binの動作報告をいただきました。ただし、MCSMP20ではRXがEF3とのことなので、次版ではRev. 0.1のように、シリアル入力をEF4、EF3から選択できるようにします。(2019/11/24追記)

Rev. 0.3

1. 特に問題は見つかっておりません。

Extention Board

Rev. 0.1

1. U3のアドレスラッチの入力がDB0-DB7になっていました。正しくはA0-A7です。該当のICピンを浮かせてジャンパー線で修正してください。
2. U8のMODEがVccにつながっていました。入力ポートなのでGNDが正しいです。パターンカットとジャンパー線で修正してください。
3. U9のS8, S9は使用しません。次回の基板ではJ4のピン数を8Pに修正します。
4. CPUボードに接続するIDCコネクタの向きが逆でした。多少接続しずらいですが、次回の基板で修正します。

Rev. 0.2

1. LEDの種類によっては輝度が高いことがあります。LEDへの電源を切るためのジャンパーピン(JP1)に、1KΩ程度の抵抗を入れるとLEDの輝度が落とせます。本来であれば各LEDごとに抵抗を入れるべきなのでこれは次回の修正事項とします。
2. GPIOの入出力ピンのシルクがずれていて、よく見るとピン数とあっていません。次版でシルクを修正します。(2019/11/24追記)

Rev. 0.3

1. CPUバスの配置を左側に変更しましたが、その際に1番ピンの位置が1.27mm上側にずれていました。フラットケーブル接続では支障はありませんが、次回改版する機会があれば修正します。
2. LEDの種類によっては1KΩでもまだ明るすぎると感じるかもしれません。事前に輝度を確認の上抵抗値を決定してください。

STG1861ディスプレイ＋16進キーボード

Rev. 0.1

1. TV ON信号とTPB信号のANDをとってSTG1861に接続すべきでしたが、そのゲートを入れ忘れたため、2階建てはんだ付けでNANDゲートの4011を追加しました。（製作記事を参照）

Rev. 0.2

1. 特に問題は見つかっておりません。

COSMAC MBC BUSボード

Rev. 0.1

1. 基板の厚さを考慮しておらず基板取り付けに支障がありました。スロットを飛ばして利用可能です。

テスト中の基板

2019/10/6現在の実験中のCPUボードです。一部手直しのためジャンパー線をはんだ付けしています。

2019/10/20現在の実験中のCPUボードと拡張ボードRev. 0.1です。

2019/10/27現在の実験中のCPUボードと拡張ボード Rev. 0.2です。

2019/11/16に製作したCOSMAC Microboard Computerです。下側がCPUボード(Rev0.2)と上側が拡張ボード(Rev0.2)です。

アプリケーション

1. 文字列を表示するプログラム
   
   • アセンブラソース sample1.asm
   • アセンブルリスト sample1.lst
2. TINY BASIC
   • Evaluation Kit Manual for the RCA CDP1802 COSMAC Microprocessorに掲載されているダンプリストを入力して動作しました。
3. MCSMP20
   • The 1802 Membership Cardのモニタプログラム
4. COSMAC VIP Operating System
   • RCA COSMAC VIP CDP18S711 Instruction Manualに掲載されているもの。
5. COSMAC VIP CHIP-8 Interpreter
   • RCA COSMAC VIP CDP18S711 Instruction Manualに掲載されているもの。

テスターの皆様

3名のかたにテスターとしてご協力いただいています。ありがとうございます。

• @DAI_2040 様
• @Sabotenboy 様
• @yanatoku 様