自作の6809SBCにOS-9を移植する試み（その３ とりあえずROM化に成功）

 とりあえずですがSBCでOS-9が動作しました

その２で報告しましたように、いくつかのモジュールを書き換えてみたり、並び順を変えたりしましたが、何をどうやっても動作しませんでした。

そこで、実際にFM-7上でOS-9Level1が動作している時のメモリ上のモジュールの状態を調べてみようと考えました。そのためにはメモリ内容をダンプするmdumpというコマンドが必要ですが、もちろん、標準コマンドにはありません。自作してもよいのですが、時間がかかりそうですので、既成のものがないかとネットも含めて探しましたが見つかりませんでした。

唯一見つけたのは、末尾に載せた参考文献１に掲載されているmdumpのソースリストです。しかし、これはかなり以前にソースを入力してアセンブルしてみたが、正常に動作しなかったというものです。今回はどうしてもこれが必要ということで、本気で取り組んでみました。本体の他に４つのルーチンが必要なのですが、その中のahexdだけが参考文献１には載っておらず、参考文献２の方に載っているのでそれを取り込んでアセンブルしました。結果、アセンブルはできたのですが、やはり正常に動作しません。ソースを調べたところ、一行抜けがあって2バイト分飛んでいます。参考文献にはmdumpの他にfdumpのソースもあるのですが、それも同様なルーチン中で同じ個所が飛んでいます。。。

参考文献の２冊

どんな処理を補うべきかを判断するのに丸３日（！）かかりましたが（当たり前ですが他の方の書かれたアセンブルリストを理解するのは本当に大変です...）、見つけました。それを補って無事に動作するmdump（とついでにfdumpも）を作成することができました。

作成したmdumpを使ってFM-7上のOS-9Level１のモジュールOS9p1の位置を確認したところ、何と元にしているROM化の記事中のアドレスと５バイトずれているではありませんか。記事ではOS9p1は$F3F3からとなっているのですが、実際には$F3EEから始まっているのです。（OS9p1は$87,$CDから始まり、サイズは$07F2バイト）

OS9p1の位置を確認

ということで、OS9p1を$F3EEからに配置し、OS9p1の直後に置くセカンドベクタと$FFF2からのベクタアドレスをすべて５バイト小さい値に変更して配置してみました。

なお、動作テストのために、前回までは10msのインターバルタイマとACIA用のクロックが生成されているかをオシロで確認していましたが、今回は、RWモジュール中にACIAの入出力ルーチンを書き込んでおいて、Windows機のTeraTermからのキー入力がそのままエコーバックするかどうかで確認できるようにしました。（ACIAの初期化ルーチンはSYSGO中に追加しました。）

結果ですが、希望通りキー入力がそのままエコーバックされてきましたので、とりあえずですが、ROM中に書き込んだOS-9のモジュールが正常に動作していることが確認できました。（三か月近くの苦労が報われました、、、）

なお、前回のその２でSCFをFM-8のものに差し替えたと書きましたが、FM-7のものに戻しても正常に動作しましたので、以降、FM-7のものを使うことにします。

これからすべきことなど

とりあえず、ACIAによる入出力ルーチンを直接書き込んで動作を確認したわけですが、OS-9の作法としては、SCFの下に来るべきACIAドライバルーチンを作成し、その下にACIA-1用とACIA-2用のデバイスディスクリプタを用意するという形になります。また、ディスクが無ければファイルの読み込み・書き出しもできないのでそのドライバも用意しなければなりません。

構想としては、以前、FM77AV40SXで常用しているLevel2でWindows機上に仮想ドライブを構築してそれをACIAを通して読み書きするというドライバを書いて使用していましたので、そのような形を考えています。そのためにACIAを２個用意してあるのでした。

ドライバ作成には時間がかかりそうですが、出来上がりましたら公開する予定です。とりあえず、ハードの方は完成ということで回路図を載せておきます。

動作確認ができたのは下記の8253を使用した回路です。

82C54バージョンの回路図

6809Pと6809EPの両方が使えるようにするためにクロック周りが複雑になっていますが、他には特に変わった部分はありません。8253ではなく8MHzをカウント可能な82C54を使用しています。そのカウンタ０をACIAのクロック生成に、カウンタ１をOS-9のインターバルタイマとして、カウンタ２をASSIST09モニタを使用する際のNMI割り込みに使用しています。

6840を使用した回路です。

63B40バージョンの回路図

回路図中のP-ROMのA14,A13に切り替えスイッチがついていますが、A14のスイッチが現在の基板からの変更点です。32KB以上のP-ROMを使用して、下図のようにOS-9システムとモニタプログラムを切り替えられるように考えています。OS-9システムは$4000～$7FFFの範囲の上位か下位のどちらかに入れ、モニタープログラムは$0000～$3FFFの範囲の上位と下位に自作モニターとASSIST09をそれぞれ入れる予定です。

P-ROM中のシステム配置

あとは、上記の回路図で基板を作り直し、I/O関係のモジュール（ACIAによる入出力ルーチンや仮想ドライブ用ルーチンなど）を作成すれば一応の完成となります。まだまだ時間がかかるかと思いますが、途中経過などをその都度報告をさせていただきます。

元にした記事　「追究特集　OS-9活用テクノロジー」（マイコンピュータNo.21）中の記事「OS-9のROM化」（P148～165）
参考文献１　「FM-7・８ OS-9Level１解析マニュアルⅠ（金井隆著）秀和システム社」
参考文献２　「OS-9/6809Level２解析マニュアル（金井隆著）秀和システム社」

自作の6809SBCにOS-9を移植する試み（その２ OS-9のモジュールを構成）

 OS-9Level1のモジュールのうち必要なものを構成しましたが...

移植しようとしているのはFM-7用のOS-9Level1です。

FM-7用のLevel1とFM77AV40用のLevel2を所有しているのですが、常用しているのはもちろんLevel2で、Level1はほとんど使用していないのでこれを移植しようと考えたわけです。

これが所有しているOS-9のLevel1とLevel2です。

OS-9L1とL2のシステムディスク

以前は、OS-9をディスクから読み込んで起動するものだと思い込んでいたので、起動プロセスのイメージがなかなかつかめなかったのですが、参考にした「OS-9をROM化する」によると、8KBのROM中にOS-9のカーネル（OS9P1,OS9P2）や必要なモジュールを書き込んでおいてOS9P1を起動するだけで、メモリ（ROM）中のモジュールを検索してシステムに登録してくれるとのことです。

OS-9の一般的な構造を下に示します。

OS-9の構造

今回のプリンタ・バッファのモジュール構成を下に示します。

モジュール構成

プリンタ・バッファとして必要なモジュールは下図のようにP-ROM中に配置されています。

モジュールの配置

必要なモジュールのうち、IOMAN,SCF,OS9P2,OS9P1は動作しているOS-9から取り出します。残りのうちのOS9P1より上のINITからIODRVまでの５つは今回用意されたもので、OS-9システムとして必ず必要なものです。OS9P1の下の５つはプリンタ・バッファとして必要なもので、今回はSBCとして最小限の動作を目標としているので不要と考えています。

この配置のうち、OS9P1の位置はFM-7でのOS9P1の配置と合わせてあり、それによって割り込みベクタの値を変えずに済むように考慮されていますので、これに倣うことにしましたが、何とこの配置に従って並べていくとOS9P1の位置が$F3F3よりも後ろになってしまうのです。その原因ですが、SCFのサイズが配置図中では$0438であるのに対して、現用のFM-7から取り出したSCFでは$0504と大きいのです。

手持ちのFM-7のOS-9Level1のバージョンは1.2でして、もしかしたら1.2以前のバージョンがあったのかもしれません。仕方がないので、モジュールを並べ替えてOS9P1の位置を合わせてROMに焼いて試してみましたがうまく行きません。

FM-8版OS-9を所有している知人にお願いしてモジュールのサイズを確認してもらったところ、FM-8版のSCFは$438バイトで記事中のものと一致しました。ということで、とりあえずこのSCFを使わせてもらうことにして上記の配置通りに並べてみました。結果ですが、やはり動作しませんでした。。。

そもそもこの記事はプリンタバッファの製作記ですので、I/Oとしてはパソコンから受け取ったデータをバッファに溜めておいてプリンタに書き出すという機能しかありません。製作したSBCは基本部分だけですのでI/Oがありません。動作しているかどうかは、CLOCKモジュールに書かれている10msのインターバルタイマが機能しているかどうかで判断しています。CLOCKモジュールが正常に動作していればカーネルまで正常に動作していると判断できます。

しかし、そのインターバルタイマが動作しているようにも見えるのですが、不安定なのです。電源を何度も入り切りしたり、リセットボタンを複数回押しているとタイマやACIAのクロックが現れたりするのです。その１に書きましたように、モニタが正常に動作することは確認済みですので、ハードに不具合はないはずです。

ということで、まだ動作しない原因は掴めていません。

その３に続きます。

自作の6809SBCにOS-9を移植する試み（その１ SBCの製作）

 OS-9を移植するための２種のSBCを作ってみましたがモニターを走らせるだけで一苦労

数年前から6809用OS-9をSBCで走らせたいと思っていましたが、考えているだけではちっとも進まないので、思い切って、まずハードの製作から始めました。

実は以前、OS-9と互換性があると言われているNitros9の資料中にSBC用のモニターのソースがありましたので、そのメモリマップに合わせて6809ボードを作成してみたのですが、残念ながらそのモニターは動作しませんでした。。。（ソースを読んでも良く分からない個所もあって、それ以上は先に進めずギブアップ。）

ということで、今回参考にしたのは「マイコンピュータ21（CQ出版社）」中の「OS-9のROM化ープリンタ・バッファを例としてー」という記事です。

この回路中の6809MPU、２個の6850ACIA、8253PIC、RAM、PROMの部分のみを取り出してSBCとしました。この構成ですと私が自作しているSBCとほとんど同じ構成ですので、ほぼI/Oマップの変更のみで作成できました。ただし、8253PICを使用したことがなかったので、使い慣れている6840PTMを使用するボードも作成しました。

下の画像が製作した２種のカードです。

左が68B40使用、右が82C54使用のもの

以前から作成してきた6802ボード、6809ボード、6802/6809デュアルボードを元にしていますので、6809と6809Eのどちらでも使用できます。OS-9Level1をROMに収めるために、ROM領域を$E100～$FFFFの8KB弱と拡げ、I/O領域を$E000～$E0FFに、RAM領域を$0000～$DFFFとなるように変更しました。
また、カウンタICとして今までは6840を使用していましたが、参考にした回路が8253を使用していましたので、8253を使用した回路も作成しました。左が6840使用の従来の回路に似た構成のもので、右が8253を使用したものですが、回路拡張のためのコネクタのスペースを確保するために128KBのRAMをSOCタイプに変更してあります。（なお、実際には6840は63B40を、6850は63B50を、8253は82C54を使用しています。）

（１）ハードの動作確認のために入れたモニターの不具合にハマる
まずハードが正常に動作するかを確認するためにROMにモニタープログラムを入れて走らせてみました。従来から使用してきている自作のモニターでは正常に動作しましたが、ASSIST09を入れてみたところ、なんとRコマンドに余計なものが表示されるという異常が生じました。

今まで普通に使用してきたASSIST09のI/Oのアドレスを変更してアセンブルし直しただけなのに不具合が生じるのは不思議で、ついにはソースを元の書籍「MC6809-MC6809Eマイクロプロセッサ プログラミング マニュアル」中のソースリストと比較することまでしてみましたが間違いはありません。

この原因を見つけるのに2週間ほど要しましたが、結局、使用している自作のクロスアセンブラのバグのために、FCB 'C,'C,0,9が$43,$43,$07,$09となってしまっていたのが原因でした。以前は正しく変換できていたのですが、'Cでも'C'でも変換できるように手直しをした際にバグが入り込んだようです。今はクロスアセンブラの修正をする時間がないので、とりあえずソースをFCB 'C,'C,00,9と変更して正しく変換されるようにしました。

結局、ハードは正常に動作していたのに、モニタの不具合で右往左往することになってしまいました...

（２）2種のカウンタICの使い方でハマる

また、２種のカウンタICの違いにも苦労させられました。

63B40を使用した今までのボードでは、通信用の63B50ACIAのクロック生成のためにシステムクロックの4倍値の8MHzを74HC161で13分周して615KHzを作り出すことで38400baudで通信していました。

74HC161による13分周回路

しかし、参考にした8253使用の回路では、ACIA用のクロックを8253で生成しているのです。同じように63B40でもクロックを生成できれば74HC161を省略できます。

ということで、82C54使用の回路では74HC161を実装せずに82C54のカウンタ０を使用してACIA用の615KHzを生成しています。（カウンタ１はOS-9用、２はASSIST09のTraceコマンド用）

ところが、63B40使用の回路では8MHzを13分周して615KHzを作り出すことができないのです。8253と比べて6840のプログラムは複雑なので、プログラムのミスかと思いあれこれと書き直してみるのですが、何をどうやってもうまく行きません。入力が2MHzだとプログラム通りの分周値が得られるのですが、8MHzだとダメです。挙句の果てには6840ユーザーマニュアル中のサンプルプログラム通りにプログラムしてみましたがやはりダメです。

どうなっているのだろうとネットで検索した結果、6840のカウンタはE入力と同期してカウントダウンしているので、Eよりも高い周波数の入力はカウントできないという書き込みを見つけました。

ということで、結局、63B40使用のボードではACIA用のクロックは従来のボードと同様74HC161で生成することになりました。

さらに、２種のカウンタICのプログラムの違いですが、8253ではコントロールワード中でカウンタ0,1,2の選択と動作モード等の設定が同時にできるので簡単に設定ができ、カウントデータのロードで下位バイトを先に、上位バイトを後に書き込むという順序を守るという注意点があるぐらいなのに対して、6840の方は２つのコントロールレジスタで３つのカウンタを制御しているために、カウンタ１と３ではまずカウンタを選択してからコントロールワードを書き込むという順序になること、そして、コントロールレジスタ１のビット０がソフトウエアリセットになっているので、０にしないと全てのカウンタが止まったままになること、さらにコントロールレジスタ２のビット０がカウンタ１と３の選択を兼ねているために、選択をする際にはカウンタ２のコントロールワードが書き換わらないようにしなければならないことなどがあるので、３つのカウンタの設定順序にも注意が必要です。

迂闊なことに、今までは３つあるカウンタの内の１つしか使用したことがなかったので、これらのことに気づくまでに何と数週間を必要としました。。。

以上のような苦労をした挙句、何とかボードが正常に動作することが確認できましたので、次はいよいよOS-9の移植ですが、実はまだ成功していません。分からないことが多すぎるためですが、現状をその２に書きます。