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。