tranZPUter FusionX Guia Tecnica

Descripcion general

El tranZPUter^FusionX esta construido alrededor de dos dispositivos de silicio principales: un System-On-Module (SOM) SigmaStar SSD202 con nucleos duales Cortex-A7 a 1,2 GHz, y un CPLD Altera MAX7000AE (EPM7512) que proporciona una interfaz de bus Z80 precisa al ciclo hacia la maquina host. La division fundamental de responsabilidades es clara: el CPLD posee el bus Z80 y asegura un comportamiento electrico y de temporizacion correcto hacia el host, mientras que el SOM maneja todo el trabajo de emulacion dentro de un modulo del kernel Linux dedicado ejecutandose en un nucleo de CPU aislado. Los dos dispositivos se comunican a traves de un enlace SPI de 50 MHz (SOM → CPLD, ruta de escritura/control) y un bus GPIO directo (CPLD → SOM, ruta de lectura/captura de direccion). Esta arquitectura ofrece un rendimiento equivalente Z80 de hasta ~500 MHz — muy por encima de cualquier Z80 real — mientras presenta una interfaz Z80 perfectamente ortodoxa a la maquina host.

Arquitectura de hardware

Diagrama de bloques

┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                         tranZPUter FusionX Board                       │
│                                                                        │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────┐                  │
│  │             SigmaStar SSD202 SOM (Infinity2M)    │                  │
│  │  ┌─────────┐  ┌─────────┐   128MB DRAM          │                  │
│  │  │ CPU0    │  │ CPU1    │   256MB NAND Flash      │                  │
│  │  │ Linux   │  │ Z80 Emu │   Integrated WiFi       │                  │
│  │  │ 1.2GHz  │  │ 1.2GHz  │   (SSW101B 2.4GHz)     │                  │
│  │  └─────────┘  └─────────┘                        │                  │
│  └──────────────┬────────────────┬──────────────────┘                  │
│  ┌──────────────▼────────────────▼──────────────────┐                  │
│  │         Altera MAX7000AE CPLD (EPM7512)           │                  │
│  └───────────────┬───────────────────────────────────┘                  │
│  ┌───────────────▼───────────────┐  ┌─────────────────────────┐            │
│  │  Z80 DIP-40 host socket       │  │  Video/Audio outputs     │            │
│  └───────────────────────────────┘  └─────────────────────────┘            │
│  [ USB-serial CH340E ]──USB──►[ Linux console /dev/ttyUSB0 ]          │
└────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Componentes clave

Componente	Referencia	Especificacion
SSD202 SOM	SigmaStar SSD202 (Infinity2M)	Doble Cortex-A7 a 1,2 GHz, 128 MB DRAM, 256 MB NAND, WiFi integrado
CPLD	Altera EPM7512AETC144-10	MAX7000AE, 512 macroceldas, TQFP 144 pines, entradas tolerantes a 5V
DAC de video	GM7123 (3,3V)	DAC RGB de 30 bits (equivalente ADV7123); 10 bits por canal de color
DAC de contraste	TLC5602C	DAC de 8 bits; maneja senal de contraste 4V-5V para CRT monocromatico Sharp MZ
DAC de audio	TLC5602C	DAC de 8 bits; salida estereo 48 kHz
Convertidor USB-serial	CH340E	115200 baudios 8N1; expone la consola Linux como /dev/ttyUSB0

Rol del CPLD

Traduccion de tension — El GPIO del SOM opera a 3,3V; el bus host Z80 opera a 5V. El CPLD MAX7000AE tiene entradas tolerantes a 5V y maneja salidas a niveles LVTTL.

Temporizacion de bus Z80 precisa al ciclo — El CPLD implementa FSMs completas del bus Z80 para cada tipo de ciclo Z80, cronometradas por el oscilador de 50 MHz.

Interfaz SOM — Canal SPI de 50 MHz para ruta de escritura y ruta GPIO directa para ruta de lectura.

Conmutacion de video y audio — Controla multiplexores analogicos en las placas hija.

Gestion de reset — Extiende y sincroniza la senal RESET.

Variantes CPLD

Variante	Maquina objetivo	Diferencias clave
MZ80A	Sharp MZ-80A	Temporizacion de pantalla 40/80 columnas; mapa de memoria MZ-80A; paginacion RFS
MZ700	Sharp MZ-700	Conmutacion de bancos de los 32 KB inferiores; decodificacion de video y puerto de teclado MZ-700
MZ2000	Sharp MZ-2000	Conmutacion de bancos de memoria extendida; senales de modo de video adicionales
PCW8256	Amstrad PCW-8256	Paginacion de memoria (4 bancos de 16 KB); mapa de puertos I/O PCW

Arquitectura de software

Diseno de doble nucleo

Nucleo	Asignacion de SO	Responsabilidades
CPU0	Linux (planificacion normal)	Todos los procesos Linux, hilos del kernel, IRQ de hardware, gestion de memoria, I/O de archivos, pila de red, subsistema USB, consola serial, daemon arbitro sharpbiter, daemon k64fcpu
CPU1	Aislado (taskset / isolcpus)	Solo hilo del kernel de emulacion Z80 (z80drv)

Modulos del kernel

z80drv.ko — Nucleo de emulacion Z80 — Bucle de despacho principal, enrutamiento de cada ciclo al manejador de hardware virtual apropiado.

ttymzdrv.ko — Driver TTY de teclado/pantalla MZ — Mapea la matriz de teclado Sharp MZ a eventos de teclado Linux estandar, expone /dev/ttymz0.

Modulos de hardware virtual

Modulo	Archivo fuente	Objetivo	Funcion
MZ-80A	z80vhw_mz80a.c	Sharp MZ-80A	Mapa de memoria, matriz de teclado, I/O de pantalla
MZ-700	z80vhw_mz700.c	Sharp MZ-700	Conmutacion de bancos, emulacion de video/teclado
MZ-2000	z80vhw_mz2000.c	Sharp MZ-2000	Conmutacion de bancos de memoria extendida, control de modo de video
PCW-8256	z80vhw_pcw.c	Amstrad PCW-8256	Paginacion de memoria, I/O PCW estandar
ROM FS	z80vhw_rfs.c	MZ-80A (40/80 col.)	4 paginas ROM conmutables; carga de archivos MZF desde tarjeta SD
TZPU SW	z80vhw_tzpu.c	Modo tranZPUter SW	Stub de coprocesador virtual K64F para comportamiento TZFS

Configuracion y compilacion automatizadas (recomendado)

Toda la cadena de herramientas del FusionX — Java y el ensamblador GLASS para las ROMs, el compilador cruzado Linaro ARM para los modulos del kernel y la imagen Linux, y Quartus II 13.0.1 para el CPLD — puede instalarse y ejecutarse automaticamente mediante el script de configuracion incluido para su plataforma, en lugar de instalar cada herramienta a mano. Cada script es autonomo: copie el unico archivo correspondiente a su plataforma y ejecutelo. Instala los requisitos previos, clona el repositorio con sus submodulos (por defecto ~/FusionX), descarga el paquete de contenido de SharpSoft (TZFS_Files.zip, ~110 MB), prepara la cadena de herramientas y ofrece ejecutar la primera compilacion. Las secciones manuales de compilacion del CPLD y del firmware que siguen documentan las herramientas subyacentes para usuarios avanzados y recompilaciones parciales.

# Linux / macOS
chmod +x setup_FusionX.sh
./setup_FusionX.sh

# Windows 10/11 (nativo, sin WSL2)
Set-ExecutionPolicy -Scope Process -ExecutionPolicy Bypass
.\setup_FusionX_windows_native.ps1

La compilacion la dirige build.sh, que selecciona una cadena de herramientas nativa, una imagen Docker o una distribucion WSL1 por componente segun el host (Linux: todo nativo; macOS: todo Docker; Windows: ROMs/CPLD nativos + WSL1 para las partes solo de Linux). Ejecutelo sin argumentos para compilar todo, o pase un indicador para un solo componente (--asm, --tzfs, --cpm, --drivers, --spi, --cpld, --image):

./build.sh                 # todos los componentes
./build.sh --cpld          # solo los flujos de bits del CPLD
./build.sh --help          # listar todas las opciones

Las secciones siguientes cubren en detalle las compilaciones manuales del CPLD y del firmware.

Compilacion y programacion del CPLD

quartus_sh --flow compile tzpuFusionX_MZ80A
quartus_pgm -c "USB-Blaster" -m JTAG -o "p;tzpuFusionX_MZ80A.pof@1"

Compilacion del firmware Linux

cd software/linux/
./Build_FusionX.sh -f nand -p ssd202 -o 2D06 -m 256

Depuracion

Consola serial — El convertidor USB-serial CH340E expone la consola Linux en /dev/ttyUSB0 a 115200 baudios, 8N1.

JTAG — El cabezal JTAG de 10 pines se conecta a un Altera USB-Blaster para programacion y verificacion del CPLD.

Registro de depuracion del modulo del kernel — El modulo del kernel z80drv incluye una definicion de depuracion en tiempo de compilacion, DEBUG_PIO.

Quartus SignalTap II — Proporciona analisis logico en sistema del CPLD sin requerir equipos de prueba externos.

Sitios de referencia

Recurso	URL
Pagina del proyecto tranZPUter FusionX	eaw.app/tranzputer-fusionx
Manual de usuario	eaw.app/tranzputer-fusionx-usermanual
Guia del desarrollador	eaw.app/tranzputer-fusionx-technicalguide

Aviso regulatorio inalambrico

Este dispositivo incorpora un transceptor inalambrico SSW101B 2,4 GHz IEEE 802.11 b/g/n (integrado en el SOM SigmaStar SSD202), lo que lo convierte en un emisor intencional bajo las regulaciones de radiofrecuencia a nivel mundial.

Responsabilidad del constructor
Es responsabilidad exclusiva del constructor asegurar que cualquier dispositivo construido a partir de estos disenos cumpla con todas las regulaciones de radiofrecuencia aplicables en su jurisdiccion.