SFD-700 mkII Benutzerhandbuch

Der SFD-700 mkII ist eine Floppy-Disk-Schnittstellenkarte fuer die Sharp MZ-Serie von Heim- und Geschaeftscomputern. Sie ermoeglicht den Anschluss von Standard-3,5"- oder 5,25"-Floppy-Disk-Laufwerken an Maschinen, die nie mit eingebauter Floppy-Unterstuetzung konzipiert wurden - oder die eine proprietaere und inzwischen schwer zu findende Erweiterungskarte benoetigten. Im Gegensatz zum originalen K&P SFD-700 von 1985, der nur im MZ-700 (und nur innerhalb der MZ-1U06-Erweiterungseinheit) funktionierte, ist der mkII ein voellig neues Design, das sieben verschiedene Sharp MZ-Hostmaschinen von einer einzigen Platine aus unterstuetzt, mittels eines Drei-Bit-MODE-Jumpers. Dieses Handbuch behandelt alles, was zum Aufbau, zur Installation und zur Verwendung des SFD-700 mkII in Ihrem Sharp MZ-Computer benoetigt wird. Fuer detaillierte Hardware- und Logikdetails siehe den Technischen Leitfaden. Fuer Informationen zur Modifikation der CPLD-Logik oder ROM-Firmware siehe das Entwicklerhandbuch.

Hardware

• Eine SFD-700 mkII v1.2-Platine - sechs Reserveplatinen sind beim Autor erhaeltlich (nur Portokosten); Kontakt ueber die Website. Gerber-Dateien befinden sich im Verzeichnis releases/ des Repositorys zur Eigenfertigung.
• Alle im Stuecklistenverzeichnis aufgefuehrten Bauteile (die interaktive KiCAD-BOM ist in kicad/v1.0/bom/ibom.html enthalten).
• Ein Altera USB-Blaster (oder Klon) JTAG-Programmer zum Programmieren des CPLD nach der Montage.
• Ein oder zwei 3,5"-PC-kompatible Floppy-Disk-Laufwerke (DD oder HD). 5,25"-Laufwerke werden ebenfalls unterstuetzt.
• Ein 34-poliges IDC-Floppy-Flachbandkabel. Bei Verwendung von zwei Laufwerken muss das Kabel drei Anschluesse haben (PC-Stil mit Drehung zwischen Laufwerk B- und A-Anschluss).
• Ein Floppy-Stromkabel-Verteiler (4-Pin-Molex- oder Berg/Mini-Stecker je nach Laufwerkstyp).
• Ein Erweiterungsstecker fuer Ihre spezifische Host-Maschine - siehe Host-Anschluesse unten.

Software (zum Erstellen aus dem Quellcode)

• Quartus II 13.0.1 SP1 Web Edition - erforderlich zum Kompilieren der CPLD-VHDL-Quelle. Diese spezifische Version wird benoetigt, da spaetere Versionen die Unterstuetzung fuer MAX7000S-Bausteine eingestellt haben. Verfuegbar im Intel FPGA Software Archive.
• Logical Devices CUPL v4.0 (optional, nur fuer v1.0/v1.1-GAL-Dateien) - kann unter DOSBox ausgefuehrt werden.

Werkzeuge

• Loetkolben mit feiner Spitze, Loetzinn und Flussmittel.
• PLCC-84-Sockel (erforderlich - der EPM7128SLC84 ist ein oberflaechenmontiertes PLCC-Bauteil und sollte in einem Sockel eingesetzt werden, um die Neuprogrammierung zu ermoeglichen).
• Antistatik-Matte und Handgelenkband - CMOS-Bausteine sind empfindlich gegen statische Aufladung.

Die SFD-700 mkII v1.2-Platine traegt die folgenden Hauptkomponenten. Das Verstaendnis ihrer Positionen vor der Montage macht den Aufbauprozess unkompliziert.

Der Drei-Bit-MODE-Jumper (J1) teilt dem CPLD mit, in welcher Sharp MZ-Hostmaschine die Karte eingebaut ist. Der Wert wird vom CPLD bei jedem System-Reset gespeichert - er wird einmal beim Einschalten gelesen und intern gespeichert. Sie muessen den Jumper vor dem Einschalten des Host-Computers einstellen. Das Aendern des Jumpers bei eingeschaltetem Geraet hat keine Auswirkung bis zum naechsten Reset. Der Jumper ist ein 3-Positionen-Binaer-Header. Das Kurzschliessen einer Jumperposition traegt 1 zum MODE-Wert bei; das Offenlassen traegt 0 bei. Die vollstaendige Wahrheitstabelle ist:

MZ-80A / MZ-1200 (MODE 0)
Der MZ-80A betreibt seine Z80-CPU mit 2 MHz, was zu langsam ist, um zuverlaessig das DRQ-(Data Request)-Flag des WD1773 abzufragen und jedes Byte abzuholen, bevor das naechste eintrifft. Das CPLD handhabt dies automatisch in MODE 0, indem es das DRQ-Signal direkt auf Flash-ROM-Adressbit A10 leitet. Doppelte Kopien der Leseroutine werden in jedem 1-KB-Segment des Boot-ROMs gespeichert - der DRQ-Status waehlt den korrekten Pfad direkt in der Hardware und umgeht die Software-Polling-Schleife vollstaendig. Sie muessen hierfuer nichts konfigurieren; es ist automatisch. MZ-700 / MZ-1500 (MODEs 1 und 4)
Diese Maschinen verfuegen ueber einen Speicherverwaltungscontroller, der ihren internen DRAM und CGROM in den oberen Adressraum (D000h-FFFFh) ein- und ausblenden kann. Das CPLD ueberwacht die Speicherverwaltungs-I/O-Ports (0xE0-0xE6) und aktiviert oder deaktiviert automatisch das Flash-ROM und RAM des SFD-700, um alles konsistent mit dem Paging-Status des Hosts zu halten. MZ-80B, MZ-800, MZ-2000, MZ-2200 (MODEs 2, 3, 5, 6)
Diese Maschinen enthalten Floppy-Disk-Bootstrap-Firmware in ihren eingebauten IPL-ROMs, sodass das Flash-ROM des SFD-700 nicht in den Adressraum abgebildet wird. Das CPLD uebernimmt weiterhin die I/O-Dekodierung, FDC-Steuerung und die vom WD1773 erforderliche Datenbus-Invertierung. Der eigene IPL-Code der Maschine kommuniziert direkt mit dem WD1773 ueber die I/O-Port-Dekodierlogik des CPLD.

Jede Sharp MZ-Maschine stellt ihren Erweiterungsbus ueber einen anderen Anschluss bereit. Nachfolgend eine Zusammenfassung der Anschlussmethode fuer jeden unterstuetzten Host.

MZ-700-Hinweis: Der originale K&P SFD-700 war ausschliesslich fuer den Einsatz innerhalb der MZ-1U06-Erweiterungseinheit konzipiert, die externe Paging-Logik bereitstellte. Der SFD-700 mkII enthaelt seine eigene Paging-Logik im CPLD und funktioniert sowohl innerhalb des MZ-1U06 als auch in jedem benutzerdefinierten Erweiterungsadapter - dies ist eine der wichtigsten Verbesserungen gegenueber dem K&P-Original.

Sicherheit zuerst: Schalten Sie den Host-Computer immer aus und trennen Sie ihn vom Stromnetz, bevor Sie eine Erweiterungskarte ein- oder ausbauen. Die Sharp MZ-Maschinen laufen mit 5V; das Ein- oder Aussetzen von Karten im eingeschalteten Zustand kann sowohl die Karte als auch den Host beschaedigen. Allgemeines Installationsverfahren:

1. Stellen Sie den MODE-Jumper (J1) am SFD-700 mkII fuer Ihre Host-Maschine ein, bevor Sie die Karte einbauen.
2. Schalten Sie den Host-Computer aus und trennen Sie ihn vom Netz.
3. Setzen Sie den SFD-700 mkII in den entsprechenden Erweiterungsslot oder Adapter fuer Ihre Maschine ein. Stellen Sie sicher, dass alle Kantenanschluss-Pins festen Kontakt haben.
4. Verbinden Sie das 34-polige Floppy-Flachbandkabel von J3 am SFD-700 mkII mit Ihrem/Ihren Floppy-Laufwerk(en). Siehe Anschluss von Floppy-Laufwerken unten.
5. Verbinden Sie die Floppy-Laufwerksstromversorgung vom internen Netzteil des Hosts oder einem externen Netzteil.
6. Schalten Sie den Host-Computer ein.

Der SFD-700 mkII unterstuetzt bis zu vier Laufwerke (A bis D). In der Praxis ist eine Konfiguration mit einem oder zwei Laufwerken am haeufigsten. Standard-3,5"-PC-kompatible Double-Density-(DD)- oder High-Density-(HD)-Laufwerke funktionieren ebenso wie 5,25"-Geraete.

Die Laufwerksauswahl wird durch Schreiben auf I/O-Port 0xDC gesteuert. Die unteren drei Bits kodieren das aktive Laufwerk:

Bit 7 desselben Bytes steuert den Spindelmotor - schreiben Sie 1, um den Motor zu starten, 0, um ihn zu stoppen. Der Motor muss laufen (und der Laufwerkskopf muss eingeschwungen sein), bevor Lese- oder Schreibbefehle an den WD1773 ausgegeben werden. Kabel-Hinweis: Standard-PC-Floppy-Kabel haben eine Drehung zwischen den B- und A-Anschluessen. Bei Verwendung eines Kabels mit Drehung reagiert das physisch am Endanschluss (nach der Drehung) angeschlossene Laufwerk als Laufwerk A; der mittlere Anschluss ist Laufwerk B. Beide Laufwerke sollten ihren DS-(Drive Select)-Jumper auf DS1 (Drive 1) eingestellt haben, wenn ein Kabel mit Drehung verwendet wird. Bei Verwendung eines geraden (ohne Drehung) Kabels stellen Sie die Drive-Select-Jumper einzeln ein (DS0 fuer Laufwerk A, DS1 fuer Laufwerk B). Terminierung: Nur das letzte Laufwerk am Kabel sollte seinen Terminierungswiderstandspack eingesetzt haben. Bei den meisten modernen 3,5"-Laufwerken ist der Terminator eingebaut und kann nicht entfernt werden - dies ist fuer Einzellaufwerkskonfigurationen in Ordnung. Bei Zwei-Laufwerks-Konfigurationen mit aelteren 5,25"-Laufwerken entfernen Sie den Terminator von Laufwerk A (dem mittleren Anschluss) und lassen ihn nur an Laufwerk B (Kabelende) eingesetzt.

Nach Installation und Laufwerksanschluss schalten Sie den Host-Computer ein. Das erwartete Verhalten haengt von der Host-Maschine ab: MZ-80A / MZ-1200: Die Maschine startet normal von ihrem eingebauten Monitor-ROM. Um von einer Floppy-Disk zu booten, geben Sie F am Monitor-Prompt ein. Das AFI-ROM des SFD-700 mkII uebernimmt die Kontrolle, dreht Laufwerk A hoch und versucht, den Bootsektor zu laden. MZ-700: Ebenfalls normal booten und F am Monitor-Prompt eingeben, um einen Floppy-Boot einzuleiten. Wenn das ROM Filing System (RFS) in das Flash-ROM des SFD-700 mkII programmiert wurde, enthaelt das Anmelde-Banner "+ RFS" und der vollstaendige RFS-Befehlssatz ist am * -Prompt verfuegbar - siehe den Abschnitt ROM Filing System unten. MZ-80B, MZ-800, MZ-2000, MZ-2200: Diese Maschinen booten automatisch von Floppy, wenn eine bootfaehige Diskette in Laufwerk A eingelegt ist und der IPL der Maschine das Laufwerk erkennt. Beim MZ-80B und MZ-800 initialisiert die eingebaute Monitor-Firmware den WD1773 direkt ueber die I/O-Ports des SFD-700. MZ-1500: Erfordert den EXT700-Adapter oder Aequivalent. Folgen Sie dem MZ-700-Bootverfahren, sobald der Adapter angeschlossen ist. Wenn die Maschine nicht auf Floppy-Befehle reagiert, ueberpruefen Sie die MODE-Jumper-Einstellung, verifizieren Sie die Orientierung des Flachbandkabels (Pin 1 des Kabels, ueblicherweise durch einen roten Streifen gekennzeichnet, muss mit Pin 1 von J3 am SFD-700 mkII uebereinstimmen) und stellen Sie sicher, dass das Laufwerk Strom hat.

Das ROM Filing System (RFS) ist eine Software-Suite, die im Flash-ROM des SFD-700 mkII gespeichert ist und den Monitor der Host-Maschine mit einem umfassenden Satz erweiterter Befehle erweitert. RFS wurde vom tranZPUter-Projekt portiert und fuer die SFD-700 mkII-Hardware angepasst. Beim Booten wird das vertraute SA-1510-Monitor-Anmeldebanner mit "+ RFS" ergaenzt, wenn das Filing System erfolgreich initialisiert wurde, und der Standard-* -Prompt erscheint. Alle originalen SA-1510-Befehle bleiben neben den unten aufgefuehrten RFS-Erweiterungen verfuegbar.

Das 512-KB-Flash-ROM ist in 4-KB-Seiten unterteilt. Das CPLD stellt zwei unabhaengig gepaged 4-KB-Fenster bereit:

• FXXX-Fenster (F000h-FFFFh): Seite 0 enthaelt das MZ-80A-AFI-Boot-ROM. Seite 1 enthaelt das MZ-700-AFI-Boot-ROM. Hoehere Seiten enthalten RFS-Module. Die aktive Seite wird durch Schreiben auf I/O-Port 0x61 ausgewaehlt.
• EXXX-Fenster (E300h-EFFFh): Seiten hier enthalten zusaetzlichen RFS-Code und Daten. Die aktive Seite wird durch Schreiben auf I/O-Port 0x60 ausgewaehlt. Nur 3,75 KB jeder 4-KB-Seite sind nutzbar (E000h-E2FFh ist fuer speicherabgebildete I/O des MZ-700/MZ-1500 reserviert).

Der vollstaendige Satz der RFS-Monitor-Befehle, die auf dem SFD-700 mkII verfuegbar sind, ist unten aufgefuehrt.

Zwei Begleit-Tools werden im RFS-Repository zur Erstellung und Verwaltung von Floppy-Disk-Images bereitgestellt, die mit dem SFD-700 mkII kompatibel sind:

• MZFDTool (tools/MZFD/MZFDTool) - erstellt und verwaltet rohe Floppy-Disk-Images fuer den MZ-700-FDC. Unterstuetzt Formatierung leerer Images, Verzeichnisanzeige, Hinzufuegen und Extrahieren von MZF-Dateien sowie Setzen eines Bootprogramms. Verwendung: MZFDTool format|dir|add|extract|boot [-o disk.img]. Standard-Imagedateiname: MZ700.img.
• MZQDTool (tools/MZQD/MZQDTool) - erstellt und verwaltet Quick Disk (QD) Images. Unterstuetzt Formatierung, Verzeichnisanzeige und Hinzufuegen von MZF-Dateien. Verwendung: MZQDTool format|dir|add [-o disk.qd]. Standard-Imagedateiname: MZ700.qd.

• MODE-Jumper pruefen - ueberpruefen Sie, ob J1 korrekt fuer Ihre Host-Maschine eingestellt ist. Ein falscher MODE fuehrt dazu, dass das CPLD den falschen I/O-Adressbereich dekodiert oder das Boot-ROM nicht abbildet.
• Kartensitz pruefen - entfernen Sie den SFD-700 mkII und setzen Sie ihn erneut ein, wobei Sie sicherstellen, dass alle Kantenanschluss-Pins festen Kontakt haben.
• CPLD-Programmierung pruefen - wenn das CPLD nicht programmiert wurde (z.B. frisch vom Hersteller), funktioniert die Karte nicht. Programmieren Sie das CPLD mit dem Quartus Programmer oder einem USB-Blaster ueber den JTAG-Header J2. Siehe Technischer Leitfaden - CPLD-Programmierung.
• Flash-ROM-Programmierung verifizieren - das Flash-ROM muss den AFI-Boot-Code fuer Ihre Maschine enthalten. Programmieren Sie mit einem Standard-EPROM/Flash-Programmer mit der entsprechenden Binaerdatei aus dem Verzeichnis ROM/ des Repositorys.

• Stromversorgung pruefen - stellen Sie sicher, dass das Floppy-Laufwerk 5V und 12V (fuer 5,25"-Laufwerke) erhaelt. 3,5"-Laufwerke benoetigen in der Regel nur 5V.
• Flachbandkabel-Orientierung pruefen - der rote Streifen am Flachbandkabel (Pin 1) muss mit Pin 1 von J3 am SFD-700 mkII und mit Pin 1 des Laufwerksanschlusses uebereinstimmen.
• Laufwerksauswahl-Schreibzugriff pruefen - die Firmware muss den korrekten Wert auf Port 0xDC schreiben, wobei das Motor-Bit (Bit 7) auf 1 gesetzt ist, gefolgt von einer Wartezeit fuer das Hochdrehen des Motors, bevor WD1773-Befehle ausgegeben werden.
• Terminierung pruefen - falsche Terminierung kann Signalreflexion verursachen, die das Laufwerk am Reagieren hindert. Nur das letzte Laufwerk am Kabel sollte terminiert sein.

• Dichteeinstelling pruefen - schreiben Sie den korrekten Wert auf Port 0xDE. Bit 0 Low = Doppeldichte (MFM), Bit 0 High = Einzeldichte (FM). Die meisten modernen 3,5"-Laufwerke und CP/M-Disketten verwenden Doppeldichte.
• Diskettenformat pruefen - der WD1773 ist ein Standard-MFM/FM-Controller. Disketten, die mit inkompatibler Geometrie formatiert wurden (falsche Spuranzahl, Sektorgroesse oder Interleave), erzeugen Fehler. Verwenden Sie das RFS-Formatierungstool, um Disketten speziell fuer den SFD-700 mkII vorzubereiten.
• Andere Diskette versuchen - Floppy-Medien degradieren mit der Zeit. Anhaltende Lesefehler auf mehreren Disketten koennen auf einen verschmutzten oder dejustierten Laufwerkskopf hinweisen; reinigen Sie mit einer Kopfreinigungsdiskette.
• MZ-80A Datenratenproblem - wenn Sie in MODE 0 (MZ-80A) arbeiten und sporadische Fehler sehen, bestaetigen Sie, dass das CPLD mit dem neuesten Bitstream programmiert ist. Die DRQ-zu-ROM-A10-Leitung, die die 2-MHz-CPU-Geschwindigkeitsbeschraenkung handhabt, muss korrekt funktionieren.

• Dies ist erwartetes Verhalten. Wenn MZ-700-Software auf I/O-Port 0xE1 schreibt (DRAM auf D000h-FFFFh abbilden) oder 0xE5 (gesamten oberen Speicher sperren), deaktiviert das CPLD korrekt ROM und RAM des SFD-700 mkII. Das Schreiben auf 0xE3, 0xE4 oder 0xE6 aktiviert sie wieder. So funktioniert das MZ-700-Speicherverwaltungssystem, und das CPLD verfolgt es transparent.
• Wenn das ROM dauerhaft verschwindet und nicht wiederhergestellt werden kann, pruefen Sie, ob das CPLD das Z80_RESETn-Signal korrekt empfaengt - ein Reset loescht beide Paging-Statusbits und stellt die Standard-ROM-Zuordnung wieder her.