pico6502 テクニカルガイド

English

注記： pico6502 プロジェクトは初期開発段階にあります。ハードウェア、PIO バスインターフェース、メモリモデル、ビルドシステムは完全に実装されて動作しています。マシンペルソナドライバーは初期段階にあります。このガイドは現時点のテクニカルアーキテクチャを説明します。

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概要

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ハードウェアアーキテクチャ

ブロック図

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                            pico6502 Board (v2.2)                        │
│                                                                         │
│  ┌───────────────┐   PIO 0: A0–A15, D0–D7      ┌───────────────────┐   │
│  │               │◄──────────────────────────►│  DIP-40 Interface │   │
│  │   RP2350B     │   PIO 1: cycle/ctrl/irq     │   (6502 socket)   │   │
│  │  (300 MHz)    │◄──────────────────────────►│  A0–A15, D0–D7   │   │
│  │               │   PIO 2: PHI1/PHI2 clock ──►│  PHI0/RNW/SYNC   │   │
│  │  Core 0       │                             │  IRQ/NMI/RDY/SO  │   │
│  │  (USB/IO/ESP) │                             └───────────────────┘   │
│  │               │◄──QSPI──►[ 8MB PSRAM ]                             │
│  │  Core 1       │◄──SPI───►[ 16MB Flash ]                             │
│  │  (6502 loop)  │                                                     │
│  │               │◄──FSPI──►┌───────────┐                              │
│  │               │◄──UART──►│   ESP32   │◄──SPI──►[ SD Card ]         │
│  └───────────────┘          │  (WiFi)   │──────────[ Web Server ]     │
│                             └───────────┘                              │
│  [ USB Hub ]──USB──►[ RP2350 USB Bridge ]                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

主要コンポーネント

コンポーネント	部品	仕様
メインプロセッサー	RP2350B	デュアル Cortex-M33、最大 300 MHz、512KB SRAM、48 GPIO
PSRAM	SPI PSRAM	8MB、QSPI インターフェース、最大 133 MHz
フラッシュ	SPI NOR Flash	16MB、XIP（実行時実行）
コプロセッサー	ESP32-S3	WiFi、SD カード、ウェブサーバー、RP2350 への 460.8kbaud UART
SD カード	FAT32	ROM イメージ、ディスクイメージ、config.json、ウェブファイル
バスインターフェース	抵抗ネットワーク	5V ↔ 3.3V レベル変換用直列抵抗
電源	TLV62590BV	同期バック、5V（VCC ピン）→ 3.3V、全基板電源
USB	オンボードハブ	ファームウェア書き込み用 RP2350 USB マスストレージブリッジ

GPIO 割り当て

GPIO	信号	方向	備考
0–15	A0–A15	出力	6502 アドレスバス — PIO 0 m6502_addr が駆動
16–23	D0–D7	双方向	6502 データバス — PIO 0 m6502_data が駆動/サンプリング
24	PHI0	入力	PIO 2 への外部クロック入力
25	PHI1	出力	フェーズ 1 クロック出力 — PIO 2 が生成
26	PHI2	出力	フェーズ 2 クロック出力 — PIO 2 が生成
27	RNW	入力	リード/ノットライト — PIO 1 がサンプリング
28	SYNC	出力	オペコードフェッチインジケーター — PIO 1 が駆動
29	IRQ	入力	マスク可能割り込み（アクティブロウ）— PIO 1 が監視
30	NMI	入力	ノンマスカブル割り込み（アクティブロウ）— PIO 1 が監視
31	RDY	入力	レディ信号 — PIO 1 がサンプリング
32	SO	入力	セットオーバーフロー — PIO 1 が監視
33	RESET	双方向	システムリセット（アクティブロウ）
34–39	Flash	—	SPI NOR フラッシュ（XIP）
40–45	PSRAM	—	QSPI PSRAM
46–47	ESP32 FSPI	—	ESP32 への SCLK、CS
48–49	ESP32 UART	—	ESP32 への TX/RX 460.8kbaud

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ファームウェアアーキテクチャ

フラッシュメモリレイアウト

パーティション	アドレス範囲	サイズ	内容
ブートローダー	0x10000000–0x1001FFFF	128KB	USB ブリッジ、ファームウェア更新、パーティションセレクター
アプリスロット 1	0x10020000–0x1051FFFF	5MB	メイン 6502 ファームウェア（パーティション 1）
アプリスロット 2	0x10520000–0x10A1FFFF	5MB	メイン 6502 ファームウェア（パーティション 2）
アプリ設定 1	0x10A20000–0x10C9FFFF	2.5MB	ROM イメージ + 最小化された設定 JSON（スロット 1）
アプリ設定 2	0x10CA0000–0x10F1FFFF	2.5MB	ROM イメージ + 最小化された設定 JSON（スロット 2）
汎用設定	0x10F20000–0x10FFEFFF	892KB	コア設定、スクラッチスペース
パーティションテーブル	0x10FFF000–0x11000000	4KB	アクティブスロット、チェックサム、メタデータ

デュアルコア設計

コア	担当
コア 0	USB マスストレージブリッジ；ファームウェアパーティション管理；ESP32 へのファイル I/O リレー；ESP32 UART コマンドディスパッチ；コア間キューサービス
コア 1	6502 バスエミュレーションホットループ — すべてのバスサイクルで PIO FIFO をサービス、メモリマップに対してアドレスを解決、PSRAM / PHYSICAL / FUNC ハンドラーにディスパッチ、ドライバーポールコールバックを呼び出し

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PIO バスインターフェース

PIO プログラム

PIO ブロック	プログラム	ステートマシン	機能
PIO 0	m6502_addr	SM 0	16 ビットアドレス A0–A15 を出力；IRQ 0（サイクル開始）を通知
PIO 0	m6502_data	SM 1	D0–D7 を駆動またはサンプリング；IRQ 1（データフェーズ）を通知；RNW 経由でトライステート制御
PIO 1	m6502_cycle	SM 0	トップレベルバスサイクルシーケンサー；IRQ 7 = 実行ループ終了
PIO 1	m6502_fetch	SM 1	オペコードフェッチサイクル（SYNC アサート、PHI2 ハイ、RNW=1）
PIO 1	m6502_read	SM 1	メモリリードサイクル
PIO 1	m6502_write	SM 2	メモリライトサイクル
PIO 1	m6502_irq	SM 2	IRQ ピンを監視；アサート時に PIO IRQ 5 を通知
PIO 1	m6502_nmi	SM 3	NMI ピンを監視；アサート時に PIO IRQ 4 を通知
PIO 1	m6502_so	SM 3	SO（セットオーバーフロー）ピンを監視；PIO IRQ 6 を通知
PIO 2	m6502_clock_6502	SM 0	外部 PHI0 入力から PHI1/PHI2 二相クロックを生成

IRQ 信号の規約

PIO IRQ フラグ	信号	トリガー元	消費元
IRQ 0	サイクル開始	m6502_addr — PHI1 でアドレス有効	コア 1 ディスパッチループ
IRQ 1	データフェーズ	m6502_data — データバスアクティブ	コア 1 ディスパッチループ
IRQ 4	NMI	m6502_nmi — NMI ピンロウ	コア 1 NMI ハンドラー
IRQ 5	IRQ	m6502_irq — IRQ ピンロウ	コア 1 IRQ ハンドラー
IRQ 6	SO	m6502_so — SO ピンハイ	コア 1 SO ハンドラー
IRQ 7	ループ終了	ソフトウェアリクエスト	m6502_cycle — 実行ループ終了

PHI1/PHI2 クロック生成

ウェイトステートと RDY

PIO アーキテクチャ — 6502 バスサイクルの再現方法

二相クロック生成

PHI0（入力）:  ──┐        ┌──┐        ┌──
                 │        │  │        │
                 └────────┘  └────────┘

PHI1（出力）:    ┌──────┐              ┌──────┐
                  │      │              │      │
               ───┘      └──────────────┘      └───

PHI2（出力）: ───┐              ┌──────┐              ┌──
                  │              │      │              │
                  └──────────────┘      └──────────────┘
                  ↑              ↑      ↑
                  │              │      │
            PHI0 立ち下がり  PHI0 立ち上がり  PHI0 立ち下がり
            → 短いギャップ   → 短いギャップ   → 短いギャップ
            → PHI1 立ち上がり → PHI1 立ち下がり
                             → PHI2 立ち上がり

out exec, 32 メカニズム

// m6502_cycle SM プログラム（PIO 1 SM 0）：
//
// start_cycle:
//     wait 0 gpio CLK2      ; PHI2 立ち下がりエッジに同期（新サイクル開始）
//     irq set 0             ; 「新しいサイクル準備完了」を通知
//     wait 0 irq 0          ; C コードがアドレスをロードして IRQ 0 をクリアするまで待機
// cycle_exec:
//     out exec, 32           ; FIFO から 32 ビット命令を取得し実行
//     jmp cycle_exec         ; 繰り返し
// cycle_end:
//     irq set 7              ; 実行ループ終了フラグ
// cycle_exec2:
//     out exec, 32           ; インジェクトされた命令の実行を継続
//     jmp cycle_exec2        ; JMP start_cycle が実行されるまでループ

6502 バスサイクルタイプ

オペコードフェッチ（m6502_fetch）:
PHI1:      ┌──────┐              ┌──
           │      │              │
        ───┘      └──────────────┘
PHI2:   ───┐              ┌──────┐
           │              │      │
           └──────────────┘      └───
A0–A15: ══╤═══ PC アドレス ═════════╗   (PHI1 立ち上がりで有効)
R/W̄:    ──┤── ハイ（リード）────────╢
SYNC:   ──┤── ハイ（フェッチ）──────╢   (SYNC ハイ = オペコードフェッチ)
D0–D7:  ══════════════════╤════════╗   (PHI2 立ち下がりでサンプリング)
                       オペコード


メモリリード（m6502_read）:
           フェッチと同じタイミング、ただし SYNC = ロー。


メモリライト（m6502_write）:
PHI1:      ┌──────┐              ┌──
           │      │              │
        ───┘      └──────────────┘
PHI2:   ───┐              ┌──────┐
           │              │      │
           └──────────────┘      └───
A0–A15: ══╤═══ アドレス ════════════╗   (PHI1 立ち上がりで有効)
R/W̄:    ──┤── ロー（ライト）────────╢   (R/W̄ ロー = ライト)
SYNC:   ──┤── ロー ────────────────╢
D0–D7:  ══════════════╤═══ データ ══╗   (PHI2 ハイ中に駆動)

信号監視ステートマシン

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メモリモデル

ティア 1 — RP2350 SRAM（高速ディスパッチテーブル）

// 32ビット membankPtr エンコード
// ビット 31–24: MEMBANK_TYPE_xxx 定数
// ビット 23–16: PSRAM バンク番号（0–63）
// ビット 15–0:  ブロックベースアドレス >> 9（16ビットアドレスの上位 7 ビット）
#define MEMBANK_ENCODE(type, bank, base) (((type) << 24) | ((bank) << 16) | ((base) >> 9))

ティア 2 — PSRAM（8MB）

typedef struct {
    uint8_t      RAM[MAX_MEMORY_BANKS * MEMORY_PAGE_SIZE]; // 64バンク × 64KB = 4MB RAM/ROM領域
    MemoryFunc   memPtr[MEMORY_PAGE_SIZE];                  // 64K バイト単位リードリダイレクト（PTR タイプ）
    MemoryFunc   memioPtr[MEMORY_PAGE_SIZE];                // 64K メモリマップハンドラー配列（FUNC タイプ）
    // 注: ioPtr[] なし — 6502 には独立した I/O 空間がない
} t_6502PSRAM;

ティア 3 — フラッシュ（16MB）

メモリブロックタイプ

定数	値	動作
MEMBANK_TYPE_PHYSICAL	0	実際のホストハードウェアへのパススルー — RP2350 がバスを解放
MEMBANK_TYPE_PHYSICAL_VRAM	1	設定可能なウェイトステートを持つホストビデオ RAM
MEMBANK_TYPE_RAM	2	読み書き — PSRAM バンクが裏付け
MEMBANK_TYPE_ROM	3	読み取り専用 — PSRAM バンクが裏付け；書き込みは無視
MEMBANK_TYPE_VRAM	4	ウェイトステート付き PSRAM ビデオ RAM ミラー
MEMBANK_TYPE_FUNC	5	仮想デバイス — すべてのアクセスで memioPtr[addr] ハンドラーを呼び出し
MEMBANK_TYPE_PTR	6	バイト単位リダイレクト — リード時に memPtr[addr] ハンドラーを使用

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設定リファレンス

esp32.core

キー	タイプ	説明
device	文字列	CPU デバイスタイプ。pico6502 では "6502" でなければなりません。
mode	整数	デフォルト起動モード：0 = クライアント（ステーション）、1 = アクセスポイント。

esp32.wifi

キー	タイプ	説明
override	0/1	1 = このブロックのすべての WiFi 設定を適用；0 = NVS の設定を使用。
wifimode	文字列	"ap" または "client"。
ssid	文字列	作成する（AP）または参加する（クライアント）ネットワーク名。
password	文字列	WiFi パスフレーズ。
ip	文字列	固定 IP アドレス。
netmask	文字列	サブネットマスク。
gateway	文字列	デフォルトゲートウェイ。
dhcp	0/1	クライアントモードのみ。1 = DHCP、0 = 固定 IP。
webfs	文字列	SD カード上のウェブファイルシステムのルートディレクトリ（デフォルト "webfs"）。
persist	0/1	1 = 起動のたびに解決された設定を NVS に書き戻す。

rp2350.core

キー	タイプ	説明
cpufreq	整数	RP2350 システムクロック（Hz）（例：300000000）。
psramfreq	整数	PSRAM SPI クロック（Hz）（例：133000000）。
voltage	浮動小数点	RP2350 コア電圧（例：1.10）。

rp2350.6502.memory[ ]

キー	タイプ	説明
enable	0/1	このエントリーがアクティブかどうか。
addr	16 進文字列	6502 アドレス空間内の開始アドレス（例："0xE000"）。
size	16 進文字列	領域サイズ（バイト）（例："0x2000"）。
type	文字列	PHYSICAL、PHYSICAL_VRAM、RAM、ROM、FUNC、または PTR。
bank	整数	RAM/ROM タイプの PSRAM バンク番号（0–63）。
tcycwait	整数	この領域に挿入するウェイトステート（RDY ストレッチング）。
task	文字列	FUNC タイプのブロック用の名前付きタスク/ドライバーハンドラー。
file	文字列	起動時に読み込む ROM イメージの SD カードパス（ROM タイプ）。

rp2350.6502.drivers[ ]

キー	タイプ	説明
enable	0/1	このドライバーエントリーがアクティブかどうか。
name	文字列	ドライバー名 — virtualFuncMap[] と大文字小文字を区別せずに照合。
rom[]	配列	起動時に読み込む ROM イメージ。各エントリー：enable、file、loadaddr[]。

rom[] エントリー：

キー	タイプ	説明
enable	0/1	この ROM イメージを読み込むかどうか。
file	文字列	ROM バイナリへの SD カードパス。
loadaddr[]	配列	1 つ以上のロードアドレス記述子：enable、position、addr、bank、size。

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仮想デバイスフレームワーク

ハンドラーシグネチャー

// メモリ/ペリフェラルハンドラー — memioPtr[addr] にインストール
// MEMBANK_TYPE_FUNC ブロックへのすべてのアクセスで呼び出される
typedef uint8_t (*MemoryFunc)(M6502CPU *cpu, bool read, uint16_t addr, uint8_t data);

// ドライバー初期化関数 — virtualFuncMap[] に登録
// 2 回呼び出される：pass=0（検証）、pass=1（設定）
typedef int (*VirtualFunc)(M6502CPU *cpu, t_drvConfig *drvConfig, int pass);

ペリフェラルドライバーの作成

1. MemoryFunc シグネチャーを持つハンドラー関数を作成します。ハンドラーは 6502 リードサイクル（RNW=1）に対して read=true、ライトサイクル（RNW=0）に対して read=false を受け取ります。
2. VirtualFunc シグネチャーを持つ初期化関数を作成します。設定パス（pass=1）では、ペリフェラルが占有する各アドレスの cpu->_6502PSRAM->memioPtr[addr] にハンドラーをインストールします。
3. M6502CPU.c の virtualFuncMap[] テーブルにドライバー名と初期化関数を登録します。
4. config.json の memory 配列にアドレス範囲の FUNC タイプエントリーを追加します。
5. 一致する "name" フィールドを持つドライバーエントリーを config.json に追加します。

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ESP32 コプロセッサー

SD カード

ウェブサーバー

コマンドプロトコル

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SWD デバッグ — RP2350

• メインファームウェアの ELF は build/bin/model/BaseM6502/BaseM6502_0x10020000.elf です（BaseZ80 ではありません）。
• ~/.gdbinit の add-auto-load-safe-path エントリーは BaseM6502 を参照しなければなりません。

OpenOCD セットアップ

sudo cp rp2350_tzpu.cfg /usr/local/share/openocd/scripts/target/
openocd -f interface/cmsis-dap.cfg -f target/rp2350_tzpu.cfg -c "adapter speed 5000"

GDB 設定

set history save on
set history filename ~/.gdb_history
set history size 65536
add-auto-load-safe-path build/bin/model/BaseM6502/.gdbinit:build/bin/model/Bootloader/.gdbinit

# ブートローダー — コア 0
cd build/bin/model/Bootloader
cp ../../../../.gdbinit.bootloader.3333 .gdbinit
gdb-multiarch Bootloader.elf


# ブートローダー — コア 1（別ターミナル）
cd build/bin/model/Bootloader
cp ../../../../.gdbinit.bootloader.3334 .gdbinit
gdb-multiarch Bootloader.elf

# メインファームウェア — コア 0
cd build/bin/model/BaseM6502
cp ../../../../.gdbinit.3333 .gdbinit
gdb-multiarch BaseM6502_0x10020000.elf


# メインファームウェア — コア 1（別ターミナル）
cd build/bin/model/BaseM6502
cp ../../../../.gdbinit.3334 .gdbinit
gdb-multiarch BaseM6502_0x10020000.elf

ESP32 — USB デバッグ

openocd -f board/esp32s3-builtin.cfg

 xtensa-esp32s3-elf-gdb esp32/build/main.elf
(gdb) target extended-remote :3333

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ビルドシステム

ビルドターゲット

ターゲット	出力	説明
BaseM6502	BaseM6502_0x10020000.uf2	メイン 6502 ファームウェア — スロット 1 ロードアドレス
BaseM6502	BaseM6502_0x10520000.uf2	メイン 6502 ファームウェア — スロット 2 ロードアドレス
Bootloader	Bootloader.uf2	共有ブートローダー（picoZ80 と同一）
ESP32	main.bin	ESP32 ファームウェア（picoZ80 と共有）

ビルドコマンド

# セットアップ（初回のみ）— プロジェクトルートから
export PICO_PATH=/path/to/pico-sdk
./get_and_build_sdk.sh


# 標準リリースビルド
./build_tzpuPico.sh


# デバッグビルド
./build_tzpuPico.sh DEBUG


# ESP32 ファームウェアを含む完全ビルド
./build_tzpuPico.sh ALL


# ESP32 のみ（Docker idf54 エイリアスを使用）
cd projects/tzpuPico/esp32
idf54 build


# USB マスストレージ（BOOTSEL モード）で RP2350 を書き込む
cp build/bin/model/Bootloader/Bootloader.uf2 /media/$USER/RPI-RP2/
cp build/bin/model/BaseM6502/BaseM6502_0x10020000.uf2 /media/$USER/RPI-RP2/


# ESP32 の初回書き込み（esptool を使用）
esptool.py --chip esp32s3 --port /dev/ttyUSB0 --baud 460800 \
  write_flash 0x0   esp32/build/bootloader/bootloader.bin \
             0x8000 esp32/build/partition_table/partition-table.bin \
             0x10000 esp32/build/main.bin

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参考サイト

リソース	リンク
pico6502 プロジェクトページ	/pico6502/
pico6502 ユーザーマニュアル	/pico6502-usermanual/
pico6502 デベロッパーズガイド	/pico6502-developersguide/
picoZ80 テクニカルガイド	/picoz80-technicalguide/
picoZ80 プロジェクトページ	/picoz80/
RP2350 データシート	datasheets.raspberrypi.com
Pico SDK マルチコア API	raspberrypi.github.io/pico-sdk-doxygen
MOS 6502 データシート	archive.org
esptool ドキュメント	docs.espressif.com
cJSON ライブラリ	github.com/DaveGamble/cJSON

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無線規制に関する注意事項