FT245通信カードとRAMディスクカードの合体カードの製作

 FT245カードとRAMディスクカードを合体させてみました

以前、秋月電子のFT245モジュールが品切れだった時期があり、それならという事で代わりにFT245RLチップを使ったカードを試作してみたことがあります。

それについては4月2日のブログ「FT245高速通信カードの改造の試み」で紹介しましたが、その試作機は秋月のFT245モジュールの回路をそのままそっくりプリント基板に実装したものでした。しかし、USBから電源を取る必要はないなど、不要なパーツを省くことで回路を簡単化できそうでした。

製作してみると、スペースに結構余裕ができましたので、これならさらに回路を追加することができるのではないかということで、表面実装のSRAMを用いればRAMディスクの回路を入れることができるのではと思いつきました。

それまではFM-7の32PスロットにはFDCカード、FT245通信カードの２枚が刺さっていましたので、RAMディスクカードを使う際には自作の32Pスロット拡張基板を使用していました。しかしFT245通信カードと512KBのRAMディスクカードを一枚に合体させれば、FM-7本体だけで収まることになり使い勝手が向上します。

ということで製作したものが下画像のカードです。今までのFT245カードや512KB RAMディスクと同様、TTL ICには74LSを使用しています。

試作第１作（74LS使用）

回路はどちらも実績があるものですので、配置に多少手間を掛けただけで完成しました。回路的には74LSだけでなく74HCも使用できるので、バッテリバックアップ機能の向上を期待して、全てのTTL ICを74HCにしたものも製作してみました。

USBコネクタとしてminiとmicroの両方を実装したのはどちらの接続ケーブルも使用できるようにするためです。上部に見えるスライドスイッチはFM-7からWindowsへの転送時にTXEフラグを読むか読まないかを切り替えるものです。（ソフトでの対応が必要です。）

実装としては、USB microコネクタの取り付けに最も苦労しました。0.65mmピッチのFT245RLチップはそれほど大変ではありませんでしたが、それよりも1.27mmピッチのHM628512の方が大変でした。ハンダの乗りがチップによって異なるようです。

74HCでの製作品

裏面

ドライブソフトはFT245通信カード用、RAMディスクカード用のそれぞれがもちろん使用できますが、両カードの開発者の「思い付きハードでソフトに七転八倒」さんが統合したものを制作されています。

FPGAボードで6809を作ってNitros9を走らせてみました

安価なFPGAボードでOS-9互換と言われているNitros9を走らせてみました

「FPGAで6809を作ってOS9を動かす」というサイトを見て、同じFPGAボードを入手してNitros9を走らせようとしてみました。

 目的は２つありまして、一つはOS-9互換と言われていますが、本当なのかどうかを所有しているOS-9Level1（FM-7用）とLevel2（FM77AV40用）と比較して確認してみたいことと、もう一つは普段使用している自作の6809/6802DualボードでNitros9を走らせたいので、その前準備のためということです。

入手したFPGAボードは下画像のものです。ALTERAのCyclone IIのEP2C5が載っています。他に購入したのは3.3Vで動作するSRAMのみで、あとは全て手持ちの部品で済ませました。

購入したFPGAカード

ネットの情報に従って、裏面のR1, R2, R9, R10は取り外してあります。

その裏面

基板も使いまわしなので余計な穴が開いていたりします...

3.3Vの512KB SRAMが載っていますが、もう一個載せられるようにスペースを空けてあります。

製作したボード

まず最初の試みとして慣れているFLEX9を動作させる方が簡単かと思って、同じ著者の「FPGAで6809を作ってFLEXを動かすぞ」という記事の通りにインストールしてみることにしましたが、うまくいきませんでした。

コンパイルはエラー無く終了し、書き込みも一瞬で無事に終了します。コンフィグROMへの書き込みもできましたが、RAMでもROMでも動作しないのです。

FPGAに書き込んだ6809がまず動作してメッセージが表示され、続いてSDカードに書き込んだFLEX9が読み込まれて走るはずですが、画面には何も表示されません。SDカードを読みに行く気配がないので、それ以前のFPGAに書き込んだプログラムの動作がダメなようです。

一部Verilogで書かれているので、VHDLならともかくVerilogの細かいところは良く分かりません。

これはあかんということで、FLEX9ではなくOS-9の方も試みたのですが、やはり画面には何も表示されず、SDカードを読みにいく以前の段階に問題があるという状態でした。

ハードが悪いのかそれともソフトのせいか

何しろ回路が手配線なのでハードのミスがあるかもしれず、悪いのは回路なのかFPGAデータなのか、それともSDカードに書き込んだファイルなのかが全く分からず、途方に暮れるばかりでした。

そんな時に「Multicomp Cyclone II-CでCP/Mが動いた」という記事を見つけました。これも同じFPGAボードを使用しており、かつSDカードに書き込むイメージファイルも既に用意されていましたので、FPGA用のプログラムをそのままコンパイルして書き込み、さらに用意されているイメージファイルをSDカードにそのまま書き込むことで、あっさりとCP/Mが動作しました。

Z80書き込み中

CP/M3.0起動直後

CP/M3.0動作中

ハードには問題がなかった

この結果、ハードには問題がないことが確認できましたので、あとはFPGAに書き込むプログラムとSDカードに書き込むイメージファイルの作成という事に注力することができます。

FLEXとOS-9を走らせる記事は、こうすればできますよという手順を詳細に解説したというものではなく、分かっている人には分かるという書き方ですので、私のような素人には引っかかる個所が多すぎます。

ということで、あちこちを修正しながらコンパイルして実行することを繰り返しましたが、やはりSDカードを読みに行く前段階の、FPGAに書き込んだプログラムが動作しない状態から脱却できません...（VHDファイルのセット、コンパイル、実行の手順を数百回も繰り返したおかげで、操作手順だけは目を瞑っていても出来るぐらいになってしまいました...）

オリジナルのファイルで動作させることができた

結局、ブログ中のファイルを諦めて、元々のファイルから始めることにしてGithubにある「nealcrook/multicomp6809」をダウンロードし、その中のMicrocomputerPCBフォルダ中のMicrocomputer.vhdから作成することにしました。これについても色々と試行錯誤をしましたが、何とか6809を立ち上げることができました。

これはシリアル出力に設定してコンパイルした場合の出力画面です。まずCamelForthが立ち上がり、Enterー＞OK表示ー＞NITROS9入力でNitros9が立ち上がり、日付の入力の後、dir /d0でドライブ0の内容が表示されています。

シリアル出力の場合

こちらはビデオ出力に設定してコンパイルした場合で、PS/2キーボードから操作できます。

ビデオ出力の場合

なお、シリアル出力とビデオ出力の切り替えですが、VHDファイルの該当部分を有効・無効化するだけではダメで、シリアル出力に設定した場合はブログの著者による数か所の変更が必要なようです。（元のmulticomp6809中のVHDファイルと比較すると変更部が分かります。）

SDカードに書き込むデータファイルですが、ブログに書かれていますようにLinux環境で行いましたが、書かれていますようにbin\create_sd_imageをそのまま実行してもエラーで止まってしまいますので、実行行を一行ずつ手作業で修正しながら行いました。どうも、著者はLinuxかMac環境のようで（ファイルの改行コードが0x0D,0x0Aでなく0x0Aになっていた）、それもあって私のWindows環境では難しかったのかもしれません。

蛇足ですが、FPGAは便利なものですね。コンパイルに１分程度かかりますが、その手間をかけるだけで同じボードがZ80や6809に変身するのですから。また、ROMに書き込めば電源スイッチONで即起動しますし。

しかし、一ヶ月以上の試行錯誤の結果として何とか動作したので良かったのですが、つくづく自分の知識の無さを痛感しました。未だに理解しきれていない部分が多いですし、おまけに、何故かQuartus IIの13.0sp1をLinuxにインストールできない状態が続いています。

この後は

この後は、まず手持ちのOS-9L1, L2とどの位の互換性があるのかを確認してみたいと思います。その次には、いよいよ自作のボードマイコンへのNitros9の移植に挑戦したいです。

SDカードを6809のアセンブラで読み書きしてみる

SDカードを6809のアセンブラを用いてSPIモードで読み書きしてみました

 以前からSDカードに興味がありましたが、難しそうで手を出せずにいました。昨年ですがSPIモードでセンサを読み書きしてみたところ、I2Cよりもかなり簡単だという印象を持ちました。

「6821PIAからアセンブラによるSPI通信でセンサーを制御する（2021年11月3日）」

その経験からSPIモードでのSDカードの読み書きなら割と簡単にできるのではないかと試してみることにしました。

参考にしたのは、いつもお世話になっている中日電工の菱田さんのブログの「［新連載］マイコン独立大作戦「ＳＤカードインターフェースの製作」第1回～第32回」です。いつも貴重な情報をありがとうございます。

ということで、回路はブログ第8回の5V-3.3V変換部をそのまま使わせてもらい、元記事は82C55でコントロールしているのですが、私は6809/6802Dualマイコンに搭載している68B21を使用しました。

実験回路の画像と接続図を示します

画像左に立ててあるのが6809/6802Dualボードで68B21からフラットケーブルで実験回路に接続しています。

実験回路

ブロック図

68B21のポートAは出力モードのままで入力もできる便利な機能を持っているので、ポートAのみで入出力を行なっています。クロックSCKは1ビット出力のCA2を利用しています。このCA2によるクロックの周波数は私のプログラムではおよそ30.7KHzでした。

5V-3.3Vインターフェースはインバータひとつで構成しているために信号が反転してしまいますのでプログラムの方で考慮します。

秋月電子のSDカードモジュールは5V電源から3.3Vを生成するようになっていますので、インターフェース回路にその3.3Vも供給しています。

プログラム作成

プログラム作成ですが、Windows上で行いました。

Windows上のエディタ（私はEmEditorを使っています）でソースを作成し、それをWindows上で動作する自作の6809クロスアセンブラでアセンブルして、できたmotファイルを6809/6802DualボードのモニタのLコマンドで読み込んで実行します。

その手順を画像で紹介します。

エディタでプログラムリストを作成します。

エディタで作成中

できたプログラムをアセンブラに放り込んでアセンブルします。

アセンブル中

実行画面でLコマンドを用いてロードします。通常、このロードプログラムの画面は最初に起動するだけで操作する必要はありませんので閉じておきます。

ロードプログラム動作中

実行画面です。Lコマンドで読み込み、Gコマンドで実行します。

ロードして実行中

プログラムに修正の必要があれば、上記の手順を繰り返します。

実際にSDカードを読み書きできるようになるまでには結構はまってしまう個所もあり、中日電工さんのブログの他に、「えるむ by ChaN」さん、「SDカード」さんや「SDカードの操作」さんのブログなども参考にさせていただきました。ありがとうございます。

とりあえず完成したプログラムですが、SDカードとSDHCカードの両方が読み書きできるものとSDカードのみを読み書きするものの２本立てとしました。

目的としている6809/6802DualボードのFlex9に組み込むためには少しでも短いほうが良いので、SD専用とする予定ですが、折角ですのでSDHCカードも読み書きできることを確かめたという事です。

ここではSD、SDHCカード両用のプログラムのリストを紹介します。SDカード専用版との違いは初期化ルーチンとRead/Writeルーチンのセクタ番号の指定方法の違いのみで、特に初期化ルーチンはSD専用版に比べてかなり複雑です。

0001 * 0002 * SDHC-RW.TXT 0003 * 0004 * SD Read/Write on SBC 0005 * 0006 * 6821(PIA) Port A <--> SD 0007 * 0008 * SBC SD 0009 * CA2 2 --> 16 SCK 0010 * PA0 3 --> 15 CS 0011 * PA1 4 <-- 7 MISO 0012 * PA7 10 --> 20 MOSI 0013 * GND 31 -- 10 GND 0014 * VCC 33 -- 9 VCC 0015 * 0016 * cf. all data line is inverted 0017 * 0018 * PA output mode 0019 * CA2 1bit output 0020 * 0021 * READ/WRITE BUFFER $6600 - 67FF 0022 * 0023 * Original version '2022.06.11 0024 * Copyright by Y.Yamamoto 0025 * 0026 F800 MON EQU $F800 0027 F000 INCHA EQU $F000 0028 F002 OUTCHA EQU $F002 0029 FAA4 PSTRNG EQU $FAA4 0030 0031 6600 RWBUF EQU $6600 0032 0033 F0DC PADAT EQU $F0DC 0034 F0DD PACTL EQU PADAT+1 0035 0036 6000 ORG $6000 0037 0038 6000 20 07 START BRA MAIN 0039 6002 01 VN FCB 1 0040 6003 00 SCTN0 FCB 0 top adrs of sct 0041 6004 00 SCTN1 FCB 0 0042 6005 00 SCTN2 FCB 0 0043 6006 00 SCTN3 FCB 0 0044 6007 00 RESDAT FCB 0 response data 0045 6008 00 SDHC FCB 0 sd:0,sdhc:1 0046 0047 6009 MAIN EQU * 0048 *=====reset pia===== 0049 *portA:output 0050 6009 86 30 LDA #$30 0051 600B B7 F0DD STA PACTL select ddra, ca2:0 0052 600E 86 FF LDA #$FF 0053 6010 B7 F0DC STA PADAT set output mode 0054 6013 86 34 LDA #$34 0055 6015 B7 F0DD STA PACTL select peripheral,ca2:0 0056 0057 *for pia exist check 0058 6018 86 55 LDA #$55 test data 0059 601A B7 F0DC STA PADAT 0060 601D B6 F0DC LDA PADAT 0061 6020 81 55 CMPA #$55 0062 6022 27 09 BEQ INIT 0063 6024 8E 64A0 LDX #MERR 0064 6027 BD FAA4 JSR PSTRNG 0065 602A 7E F800 JMP MON 0066 0067 602D INIT EQU * 0068 602D 8D 3A BSR SDINIT 0069 0070 602F MENU EQU * 0071 602F BD 6384 JSR CRLF 0072 6032 8E 643F LDX #MSMENU 0073 6035 BD FAA4 JSR PSTRNG 0074 0075 6038 BD F000 JSR INCHA 0076 603B 81 31 CMPA #'1 0077 603D 26 05 BNE MEN2 0078 603F 17 0199 LBSR SDRD 0079 6042 20 EB BRA MENU 0080 6044 81 32 MEN2 CMPA #'2 0081 6046 26 05 BNE MEN3 0082 6048 17 0208 LBSR SDWRT 0083 604B 20 E2 BRA MENU 0084 604D 81 33 MEN3 CMPA #'3 0085 604F 26 05 BNE MEN4 0086 6051 17 0149 LBSR GETSD 0087 6054 20 D9 BRA MENU 0088 6056 81 34 MEN4 CMPA #'4 0089 6058 26 05 BNE MEN5 0090 605A 17 000C LBSR SDINIT 0091 605D 20 D0 BRA MENU 0092 605F 81 39 MEN5 CMPA #'9 0093 6061 26 CC BNE MENU 0094 6063 BD 6384 JSR CRLF 0095 6066 7E F800 JMP MON 0096 * 0097 0098 6069 SDINIT EQU * 0099 *---------- start ---------- 0100 * cs:1,di:1,sck>74ms 0101 6069 86 FF LDA #$FF mosi:b7=H,miso:b1=H(for PIA),cs:b0=H 0102 606B 43 COMA 0103 606C B7 F0DC STA PADAT 0104 606F C6 50 LDB #80 80times 0105 6071 17 02D5 ISTT LBSR SETCKL 0106 6074 17 02DB LBSR SETCKH 0107 6077 5A DECB 0108 6078 26 F7 BNE ISTT 0109 * 0110 *---------- cmd 0 ---------- 0111 607A SCMD0 0112 607A 17 02CC LBSR SETCKL 0113 607D C6 06 LDB #6 0114 607F 8E 6409 LDX #CMD0 0115 6082 A6 80 SC01 LDA ,X+ 0116 6084 43 COMA 0117 6085 17 0250 LBSR SNDDAT 0118 6088 5A DECB 0119 6089 26 F7 BNE SC01 0120 *get response 0121 608B 5F CLRB 0122 608C GR00 0123 608C 5A DECB 0124 608D 1027 0141 LBEQ SDERR 0125 6091 17 0260 LBSR GETDAT 0126 6094 B6 6007 LDA RESDAT 0127 6097 43 COMA 0128 6098 17 02C0 LBSR DSPBIN disp response 0129 609B 81 01 CMPA #$01 0130 609D 26 ED BNE GR00 0131 0132 609F BD 6384 JSR CRLF 0133 * 0134 *---------- cmd 8 ---------- 0135 60A2 SCMD8 0136 60A2 17 02A4 LBSR SETCKL 0137 60A5 C6 06 LDB #6 0138 60A7 8E 6421 LDX #CMD8 0139 60AA A6 80 SC80 LDA ,X+ 0140 60AC 43 COMA 0141 60AD 17 0228 LBSR SNDDAT 0142 60B0 5A DECB 0143 60B1 26 F7 BNE SC80 0144 *get response 0145 60B3 GR80 0146 60B3 17 023E LBSR GETDAT 0147 60B6 B6 6007 LDA RESDAT 0148 60B9 43 COMA 0149 60BA 17 029E LBSR DSPBIN disp response 0150 60BD 81 01 CMPA #$01 0151 60BF 26 F2 BNE GR80 0152 60C1 C6 04 GR81 LDB #4 0153 60C3 17 022E GR82 LBSR GETDAT 0154 60C6 B6 6007 LDA RESDAT 0155 60C9 43 COMA 0156 60CA 17 028E LBSR DSPBIN disp response 0157 60CD 5A DECB 0158 60CE 26 F3 BNE GR82 0159 0160 60D0 BD 6384 JSR CRLF 0161 * 0162 *---------- cmd 58 ---------- 0163 60D3 SCMD58 0164 60D3 17 0273 LBSR SETCKL 0165 60D6 C6 06 LDB #6 0166 60D8 8E 6427 LDX #CMD58 0167 60DB A6 80 SC581 LDA ,X+ 0168 60DD 43 COMA 0169 60DE 17 01F7 LBSR SNDDAT 0170 60E1 5A DECB 0171 60E2 26 F7 BNE SC581 0172 *get response 0173 60E4 GR580 0174 60E4 17 020D LBSR GETDAT 0175 60E7 B6 6007 LDA RESDAT 0176 60EA 43 COMA 0177 60EB 17 026D LBSR DSPBIN disp response 0178 60EE 81 01 CMPA #$01 0179 60F0 26 F2 BNE GR580 0180 60F2 C6 04 GR581 LDB #4 0181 60F4 17 01FD GR582 LBSR GETDAT 0182 60F7 B6 6007 LDA RESDAT 0183 60FA 43 COMA 0184 60FB 17 025D LBSR DSPBIN disp response 0185 60FE 5A DECB 0186 60FF 26 F3 BNE GR582 0187 0188 6101 RPT41 0189 *---------- cmd 55 ---------- 0190 6101 SCMD55 0191 6101 17 0245 LBSR SETCKL 0192 6104 C6 06 LDB #6 0193 6106 8E 642D LDX #CMD55 0194 6109 A6 80 SC551 LDA ,X+ 0195 610B 43 COMA 0196 610C 17 01C9 LBSR SNDDAT 0197 610F 5A DECB 0198 6110 26 F7 BNE SC551 0199 *get response 0200 * CLRB 0201 6112 GR550 0202 * DECB 0203 * BEQ SDERR 0204 6112 17 01DF LBSR GETDAT 0205 6115 B6 6007 LDA RESDAT 0206 6118 43 COMA 0207 6119 17 023F LBSR DSPBIN disp response 0208 611C 81 01 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#'0 0654 63F3 2B 11 BMI CVERR 0655 63F5 81 09 CMPA #9 0656 63F7 23 0A BLS CVBEND 0657 63F9 81 11 CMPA #$11 0658 63FB 25 09 BLO CVERR 0659 63FD 81 16 CMPA #$16 0660 63FF 22 05 BHI CVERR 0661 6401 80 07 SUBA #7 0662 6403 CVBEND 0663 6403 1C FE ANDCC #$FE reset C 0664 6405 39 RTS 0665 6406 1A 01 CVERR ORCC #$01 set C 0666 6408 39 RTS 0667 ************************************************** 0668 * 0669 *========== parameter ========== 0670 6409 40 CMD0 FCB $40,$00,$00,$00,$00,$95 '@ 0671 640F 41 CMD1 FCB $41,$00,$00,$00,$00,$FF 'A 0672 6415 51 CMD17 FCB $51,$00,$00,$00,$00,$FF 'Q 0673 641B 58 CMD24 FCB $58,$00,$00,$00,$00,$FF 'X 0674 6421 48 CMD8 FCB $48,$00,$00,$01,$AA,$87 'H 0675 6427 7A CMD58 FCB $7A,$00,$00,$00,$00,$FF 'z 0676 642D 77 CMD55 FCB $77,$00,$00,$00,$00,$FF 'w 0677 6433 69 ACMD41 FCB $69,$40,$FF,$80,$00,$FF 'i 0678 6439 49 CMD9 FCB $49,$00,$00,$00,$00,$FF 'I 0679 0680 * 0681 643F 31 MSMENU FCC /1:Read Sct, 2:Write Sct, 3:Get SD data, 4:SD Init, 9:End: / 0682 6479 04 FCB 4 0683 647A 53 MSSCT FCC /SctNo: / 0684 6481 04 FCB 4 0685 6482 57 MSWROK FCC /Write OK?: / 0686 648D 04 FCB 4 0687 648E 53 MSSD0 FCC /SD Card/ 0688 6495 04 FCB 4 0689 6496 53 MSSD1 FCC /SDHC Card/ 0690 649F 04 FCB 4 0691 64A0 53 MERR FCC /SD Initialize error!/,$0D,$0A 0692 64B6 04 FCB 4 0693 64B7 49 MSERR FCC /Input error!/,$0D,$0A 0694 64C5 04 FCB 4 0695 *************************************** 0696 64C6 FF INPBUF RMB 8 0697 0698 END START 0 error(s), 0 warning(s) is detected. Label address ACMD41 6433 ASC411 612B ASCMD41 6123 BI21 636F BI22 6375 BUSY 62CA CALCH1 6341 CALCHC 6338 CALCSD 632E CKRS 62BD CL1 63B5 CLEND 63C5 CLLOP 63C0 CLOP 6393 CMD0 6409 CMD1 640F CMD17 6415 CMD24 641B CMD55 642D CMD58 6427 CMD8 6421 CMD9 6439 CPY1 61EA CPY2 6272 CRLF 6384 CVBEND 6403 CVBIN 63F1 CVERR 6406 CVT1 63CE DSPBIN 635B DSPD1 621F DSPD2 623B DSPDAT 621D EEND 63F0 EREND0 63E8 EREND1 63EA GET8CH 638F GETD1 62F8 GETDAT 62F4 GETSD 619D GR00 608C GR2580 6160 GR2581 617F GR2582 6181 GR410 6134 GR550 6112 GR580 60E4 GR581 60F2 GR582 60F4 GR80 60B3 GR81 60C1 GR82 60C3 GR90 61B1 GR91 61C4 INCHA F000 INEND 63A1 INIT 602D INPBUF 64C6 INSCT 630E ISTT 6071 MAIN 6009 MEN2 6044 MEN3 604D MEN4 6056 MEN5 605F MENU 602F MERR 64A0 MON F800 MSERR 64B7 MSMENU 643F MSSCT 647A MSSD0 648E MSSD1 6496 MSWROK 6482 OKEND 61D8 OUTCHA F002 PACTL F0DD PADAT F0DC PSTRNG FAA4 RESDAT 6007 RPT41 6101 RWBUF 6600 SC01 6082 SC2581 6157 SC551 6109 SC581 60DB SC80 60AA SC91 61A5 SCMD0 607A SCMD258 614F SCMD55 6101 SCMD58 60D3 SCMD8 60A2 SCTN0 6003 SCTN1 6004 SCTN2 6005 SCTN3 6006 SD1 6199 SDERR 61D2 SDHC 6008 SDINIT 6069 SDR1 61F9 SDR2 6205 SDRD 61DB SDW1 6281 SDW2 628C SDWR1 6263 SDWRT 6253 SETCKH 6352 SETCKL 6349 SFLOP 63AE SFT1 6324 SNDD1 62DF SNDDAT 62D8 SNDDT1 62AD START 6000 VN 6002  

プログラムのメニュー部です。

1:Read Sct, 2:Write Sct, 3:Get SD data, 4:SD Init, 9:End:

メニューの１や２を選択するとセクタ番号を聞いてくるので、入力するとそのセクタの内容が読み込まれたり、そのセクタにバッファの内容が書き込まれます。

３でSDの情報を表示したりすることもできます。

モニタ中のサブルーチンとして INCHA, OUTCHA, PSTRNG を使用していますが、それ以外は特別なものはないので、6809機で6821さえあればSDカードが読み書きできることになります。