picoZ80 Guida Tecnica

picoZ80 Guida Tecnica

Architettura Hardware

Schema a Blocchi del Sistema

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                         picoZ80 PCB                                     │
│                                                                         │
│  ┌────────────────────────────┐      ┌──────────────────────────────┐  │
│  │         RP2350B            │      │           ESP32-S3           │  │
│  │  (Cortex-M33, dual core)   │      │                              │  │
│  │                            │      │  ┌──────┐  ┌──────────────┐ │  │
│  │  Core 0: USB, file I/O,    │◄────►│  │  SD  │  │  Web Server  │ │  │
│  │          ESP32 relay       │ FSPI │  │ Card │  │  (Bootstrap) │ │  │
│  │  Core 1: Z80 bus hot loop  │ UART │  └──────┘  └──────────────┘ │  │
│  │                            │      │                              │  │
│  │  PIO 0,1,2: bus interface  │      │  WiFi ─── 802.11 b/g/n AP   │  │
│  │                            │      │           or Client mode     │  │
│  │  16MB SPI Flash            │      └──────────────────────────────┘  │
│  │  8MB PSRAM (SPI)           │                                         │
│  └────────────────────────────┘                                         │
│                │                                                         │
│       ┌────────┴────────┐                                               │
│       │ Z80 Bus Interface│                                               │
│       │ (40-pin DIP out) │                                               │
│       └────────┬────────┘                                               │
│                │ 5V bus (A0–A15, D0–D7, MREQ, IORQ, RD, WR...)         │
└────────────────┼────────────────────────────────────────────────────────┘
                 │
         ┌───────┴───────┐
         │  Host Z80     │
         │  DIP-40 socket│
         │  (legacy      │
         │   computer)   │
         └───────────────┘

Componenti Principali

Assegnazione GPIO RP2350B

Architettura Firmware

Layout della Memoria Flash

Responsabilita' Dual-Core

Interfaccia Bus PIO

Tabella Programmi PIO

Convenzioni Segnali IRQ PIO

Generazione Wait State

Architettura PIO — Come Vengono Ricreati i Cicli Bus

// z80_cycle SM (PIO 0 SM 2) — the orchestrator
//
// .program z80_cycle
// .side_set 2 opt
// public start_cycle:
//     wait 0 irq 6             ; Pause if BUSACK is active (bus relinquished).
//     irq set 0                ; Signal "ready for new cycle".
//     wait 0 irq 0             ; Wait until C code clears IRQ 0 (address loaded).
//     wait 1 gpio Z80_PIN_CLK  ; Sync to T1 rising edge of host clock.
// cycle_exec:
//     out exec, 16             ; ← Pull next instruction from TX FIFO and execute it.
//     jmp cycle_exec           ; Loop: keep executing injected instructions.
//
// The C code pushes a sequence of encoded PIO instructions into the FIFO.
// Each instruction controls one step of the bus cycle (assert /MREQ, wait for
// clock edge, read data bus, etc.). The sequence ends with a JMP back to
// start_cycle, which restarts the orchestrator for the next bus transaction.

                  Core 1 (C code)               PIO State Machines
                  ─────────────                 ──────────────────
    1. Resolve address                          z80_cycle: IRQ 0 set
       from memory map                           (waiting for work)
                  │
    2. Push addr → TX FIFO ──────────────────→ z80_addr: receives addr
       Clear IRQ 0                               outputs A0–A15 on pins
                  │
    3. Push cycle instructions ──────────────→ z80_cycle: out exec, 16
       (e.g. mem_read sequence)                   executes: set /MREQ low
       into cycle SM TX FIFO                      executes: set /RD low
                  │                               executes: wait CLK edges
    4. Wait for RX FIFO ←────────────────────  z80_data: samples D0–D7
       (data byte from bus)                       pushes to RX FIFO
                  │
    5. Read data from                          z80_cycle: JMP start_cycle
       RX FIFO                                    (ready for next cycle)
                  │
    6. Dispatch to PSRAM
       or driver handler

Host CLK:  ──┐  ┌──┐  ┌──┐  ┌──┐  ┌──
             │  │  │  │  │  │  │  │
             └──┘  └──┘  └──┘  └──┘
              T1    T2    T3    T4

A0–A15:    ══╤═══ PC address ══════╤═══ Refresh addr ══╗
             │                     │                    ║
/M1:       ──┘                     └────────────────────╜── (low during T1–T2, high T3–T4)
/MREQ:     ────┘              ┌────┘              ┌──── (low T1↓–T3↑, then T3↓–T4↓ for refresh)
/RD:       ────┘              ┌─────────────────────── (low T1↓–T3↑)
/RFSH:     ────────────────────┘                   ┌── (low T3↑–T4↓)
D0–D7:     ═══════════════╤═══╗                        (sampled at T3↑)
                          │   ║
                       opcode read

Memory Read:
Host CLK:  ──┐  ┌──┐  ┌──┐  ┌──
             │  │  │  │  │  │
             └──┘  └──┘  └──┘
              T1    T2    T3

A0–A15:    ══╤═══ address ═══════╗
/MREQ:     ────┘              ┌──── (low T1↓–T3↓)
/RD:       ────┘              ┌──── (low T1↓–T3↓)
D0–D7:     ═══════════════╤═══╗     (sampled at T3↓)


Memory Write:
Host CLK:  ──┐  ┌──┐  ┌──┐  ┌──
             │  │  │  │  │  │
             └──┘  └──┘  └──┘
              T1    T2    T3

A0–A15:    ══╤═══ address ═══════╗
D0–D7:     ══════╤═══ data ═════╗   (driven from T2 onwards)
/MREQ:     ────┘              ┌──── (low T1↓–T3↓)
/WR:       ──────────┘        ┌──── (low T2↓–T3↓)

I/O Read:
Host CLK:  ──┐  ┌──┐  ┌──┐  ┌──┐  ┌──
             │  │  │  │  │  │  │  │
             └──┘  └──┘  └──┘  └──┘
              T1    T2    Tw    T3

A0–A15:    ══╤═══ port address ══════════╗
/IORQ:     ──────┘                    ┌──── (low T2↑–T3↓)
/RD:       ──────┘                    ┌──── (low T2↑–T3↓)
D0–D7:     ═══════════════════════╤═══╗     (sampled at T3↓)

Modello di Memoria

Livello 1 — Tabella di Dispatch SRAM dell'RP2350

Livello 2 — PSRAM Esterna

Livello 3 — Flash SPI da 16MB

Tipi di Blocchi Memoria

Riferimento Configurazione

{
  "esp32": {
    "core":  { ... },
    "wifi":  { ... }
  },
  "rp2350": {
    "core":  { ... },
    "z80":   [ { "memory": [...], "io": [...], "drivers": [...] } ]
  }
}

esp32.core

esp32.wifi

rp2350.core

z80[].memory — Voci della Mappa di Memoria

z80[].io — Voci della Mappa Porte I/O

z80[].drivers — Istanze dei Driver

"drivers": [
  {
    "enable": 1,
    "name":   "MZ700",
    "type":   "PHYSICAL",
    "if": [
      {
        "enable": 1,
        "name":   "main",
        "type":   "PHYSICAL",
        "rom": [
          {
            "enable":   1,
            "file":     "/MZ700/mz700.rom",
            "loadaddr": [
              {
                "enable":   1,
                "position": 0,
                "addr":     "0x0000",
                "bank":     0,
                "size":     "0x1000",
                "tcycwait": 0,
                "tcycsync": 0
              }
            ]
          }
        ],
        "addrmap": [
          { "enable":1, "srcaddr":"0x0000", "size":"0x1000",
            "dstaddr":"0x0000" }
        ],
        "iomap": [
          { "enable":1, "srcaddr":"0xE0", "size":"0x08",
            "dstaddr":"0xE0", "16bit":0 }
        ],
        "param": [
          { "enable":1, "file":"/config/mz700.cfg" }
        ]
      }
    ]
  },
  {
    "enable": 1,
    "name":   "MZ-1E05",
    "type":   "PHYSICAL",
    "if": [
      {
        "enable": 1,
        "name":   "fdc0",
        "type":   "PHYSICAL",
        "rom":    [],
        "addrmap": [],
        "iomap": [
          { "enable":1, "srcaddr":"0xD8", "size":"0x04",
            "dstaddr":"0xD8", "16bit":0 }
        ],
        "param": [
          { "enable":1, "file":"/DSK/MZ700/disk0.dsk" }
        ]
      }
    ]
  }
]

Porte base delle interfacce riposizionabili. Affinche’ le schede indipendenti dalla macchina possano essere utilizzate su schede personalizzate / sperimentali (vedi OpenZ80), diversi driver di interfaccia leggono la loro porta I/O base dal dstaddr della relativa voce iomap (con srcaddr impostato sulla porta autentica della scheda), utilizzando come predefinita la loro porta originale quando non e’ presente alcuna voce iomap. Le schede riposizionabili e le porte base predefinite sono MZ-1R12 (0xF8/3), MZ-1R18 (0xEA/2), MZ-1R23 (0xB8/2), MZ-1R37 (0xAC/2), PIO-3034 (0x00/4), MZ-8BIO3 / MZ-1E24 (0xB0/4), MZ-1E05 (0xD8/7) e Celestite (0x60/16). Le chiavi JSON sono in minuscolo (srcaddr / dstaddr) e i loro valori vengono interpretati come numeri. Il campo Base I/O Port nella pagina di configurazione GUI scrive automaticamente la voce iomap corretta.

rom[].loadaddr[] — Indirizzi di Caricamento ROM

Compatibilita' Persona–Interfaccia

Driver Integrati

Framework Dispositivi Virtuali

Firme delle Funzioni Handler

/* Memory read handler */
uint8_t mem_read_handler(uint16_t addr, void *ctx);

/* Memory write handler */
void mem_write_handler(uint16_t addr, uint8_t data, void *ctx);

/* I/O read handler */
uint8_t io_read_handler(uint8_t port, void *ctx);

/* I/O write handler */
void io_write_handler(uint8_t port, uint8_t data, void *ctx);

Scrivere un Nuovo Driver

ICE (Shell di Debug)

Canali Seriali USB CDC

Architettura

Riferimento Comandi

Coprocessore ESP32

Modalita' di Rete

Interfaccia Scheda SD

Web Server

Protocollo di Comando RP2350 ↔ ESP32

Comandi IPC di Rete

Watchdog e Diagnostica di Avvio

Tracciamento del Progresso di Avvio

Log Persistente PSRAM (plogf)

Diagnostica dei Fault

Cancellazione della Configurazione Flash

Debug SWD — RP2350

Configurazione OpenOCD

sudo cp /usr/local/share/openocd/scripts/target/rp2350.cfg \
        /usr/local/share/openocd/scripts/target/rp2350_tzpu.cfg

# Before:
    #target smp $_TARGETNAME_0 $_TARGETNAME_1

# After:
    target smp $_TARGETNAME_0 $_TARGETNAME_1

openocd -f interface/cmsis-dap.cfg -f target/rp2350_tzpu.cfg -c "adapter speed 5000"

Configurazione GDB

set history save on
set history filename ~/.gdb_history
set history size 65536
add-auto-load-safe-path /path/to/project/build/bin/model/BaseZ80/.gdbinit
add-auto-load-safe-path /path/to/project/build/bin/model/Bootloader/.gdbinit

# Terminal 1 — Core 0 (port 3333)
cd build/bin/model/Bootloader
cp ../../../../.gdbinit.bootloader.3333 .gdbinit
gdb-multiarch Bootloader.elf

# Terminal 2 — Core 1 (port 3334)
cd build/bin/model/Bootloader
cp ../../../../.gdbinit.bootloader.3334 .gdbinit
gdb-multiarch Bootloader.elf

# Terminal 1 — Core 0 (port 3333)
cd build/bin/model/BaseZ80
cp ../../../../.gdbinit.3333 .gdbinit
gdb-multiarch BaseZ80_0x10020000.elf

# Terminal 2 — Core 1 (port 3334)
cd build/bin/model/BaseZ80
cp ../../../../.gdbinit.3334 .gdbinit
gdb-multiarch BaseZ80_0x10020000.elf

# Memory dump (from GDB prompt) — hex + ASCII:
(gdb) xac 0x20000000 64

Debug USB dell'ESP32

# Start OpenOCD for ESP32-S3
openocd -f board/esp32s3-builtin.cfg

# In a second terminal — launch Xtensa GDB
xtensa-esp32s3-elf-gdb esp32/build/main.elf
(gdb) target extended-remote :3333

Sistema di Compilazione

Target di Compilazione CMake

Flag di Compilazione CMake Principali

Comandi di Compilazione

# First time: clone and build the SDK
./get_and_build_sdk.sh

# Standard release build (RP2350 only)
./build_tzpuPico.sh

# Debug build
./build_tzpuPico.sh DEBUG

# Full build: RP2350 + ESP32 (ESP32 built via Docker)
./build_tzpuPico.sh ALL

# ESP32 only, using the Docker idf54 alias
cd projects/tzpuPico/esp32
idf54 build

Selezione della Modalita' di Rete ESP32

cd esp32/
cp sdkconfig.mode_ncm_only sdkconfig    # NCM only (FCC/RED safe)
# or: cp sdkconfig.mode_wifi_only sdkconfig
# or: cp sdkconfig.mode_wifi_and_ncm sdkconfig
idf.py build
idf.py flash

Siti di Riferimento

Avviso Normativo sulle Telecomunicazioni Wireless