A2PDP11 （5）パワーアップ構成レジスタ

2024年8月4日 15:03

初期化シーケンスを進めるために、パワーアップ構成レジスタ（Power-Up Configuration Resister）を設定します。

BOOT ADDRESS：Power-Up モード 3 の時の、起動アドレスの上位７ビット
　　　　　　　　　<15:9> を指定します。起動アドレスの下位ビット 9 ビット　　　　　　　　　<8:0> は 0 になります。
FPA HERE：　　　外付けの浮動小数点演算プロセッサが接続されているとき、
　　　　　　　　　1 をセットします。
UNUSED：　　　未使用。
HALT OPTION：　HALT 命令の動作を指定します。
　　　　　　　　　1 = トラップ 4 を実行
　　　　　　　　　0 = コンソール ODT に入る
POWER UP MODE：起動モードを指定します。
　　　　　　　　　0 (00) = トラップ 24 を実行
　　　　　　　　　1 (01)= コンソール ODT に入る
　　　　　　　　　2 (10) = 17 773 000 から実行
　　　　　　　　　3 (11) = ユーザ指定の BOOT ADDRESS から実行
POK (Power OK)：電源が正常な時、1 をセットします。

top.sv を修正します。
DAL を上位 6 ビット dal_hi と、下位 16 ビット dal_lo に分け、下位ビットを入出力ポートに変更します。
BUFCTL に従い、入出力を切り替えます。
ALE の立ち下がりで、AIO を調べ、GP READ (4'b1110) または GP WRITE (4'b0101) なら、GP CODE を保存します。
GP CODE が、8'o000 または 8'o002 の時、パワーアップ構成レジスタに設定する値を DAL に出力します。

// DCJ11 TangNano interface
// TEST2 2024.07.28 Bus read, nanja.info
// TSET3 2024.08.03 Start-Up config, nanja.info
// 
`default_nettype none

module top ( 
    input wire [3:0] aio,
    input wire [1:0] bs,
    input wire [5:0] dal_hi,    // DAL<21:16>
    inout wire [15:0] dal_lo,   // DAL<15:0>
    input wire proc_n,
    input wire bufctl_n,
    input wire ale_n,
    input wire strb_n,
    input wire sctl_n,
    input wire map_n,
    input wire abort_n,
    input wire clk,
    input wire mclk,
    output wire dir
);

logic sclk;
Gowin_rPLL u_rpll(
    .clkout(sclk),  //output clkout  72MHz
    .clkin(clk)     //input clkin    27MHz
);

// AIO CODE
parameter NIO           = 4'b1111;
parameter GP_READ       = 4'b1110;
parameter INTERRUPT_ACK = 4'b1101;
parameter INST_READ     = 4'b1100;
parameter READ_NBUSLOCK = 4'b1011;
parameter READ_BUSLOCK  = 4'b1010;
parameter DATA_READ     = 4'b0111;
parameter DEMAND_READ   = 4'b0110;
parameter GP_WRITE      = 4'b0101;
parameter BYTE_WRITE    = 4'b0011;
parameter WORD_WRITE    = 4'b0001;

// GP CODE
parameter POWER_UP0     = 8'o000;
parameter POWER_UP2     = 8'o002;

assign dir = ~bufctl_n;

logic [15:0] dal_out;
assign dal_lo = bufctl_n ? 16'bz: dal_out;

always_ff@(negedge bufctl_n) begin
    if ((gp_code == POWER_UP0) || (gp_code == POWER_UP2)) begin
        dal_out <= 16'b1000001_0_0000_0_11_1;
                // BOOT_ADDRESS, FPE, UNUSED, HALT, MODE, POK
    end else begin
        dal_out <= 0;
    end
end

logic [7:0] gp_code;
always_ff@(negedge ale_n) begin
    if ((aio == GP_READ) || (aio == GP_WRITE)) begin
        gp_code <= dal_lo[7:0];
    end else begin
        gp_code <= 8'b11111111;
    end
end

logic [3:0] t;
logic stretch;
always_ff@(posedge clk) begin
    if (strb_n) begin
        t <= 1;
    end else begin
        if (sctl_n == 0) begin
            t <= 4;
        end else begin
            t <= t + 1'b1;
        end
    end
end

endmodule

`default_nettype wire

初期化シーケンスのフローチャート前半を再掲します。

パワーアップ構成レジスタを、MODE = 3、BOOT ADDRESS = 101 とした時の動作を観察してみます。

下図の、黄色マーカー部分が GP CODE 002 です。白マーカー部分で、DAL がパワーアップ構成レジスタ値を示しています。
最下位ビットの POK が 1 なので、赤マーカー部キャッシュ制御レジスタ CCR の設定に進みます。DAL が CCR レジスタのアドレス 17777746、AIO がバスワード書き込み 0001、BS がシステムレジスタ 01 となっています。書き込みデータはオレンジマーカー部の DAL 000400 です。ビット 8 のフラッシュキャッシュビットを 1 に設定することを示します。

次に、メモリーシステムエラーレジスタ MSER のクリアに進みます。下図、赤マーカー部で、DAL が MSER のアドレス 17777744、AIO がバスワード書き込み 0001、BS がシステムレジスタ 01 を示しています。書き込みデータは白マーカー部の 000000 です。

次に、CPU エラーレジスタに 177766 を書き込みます。NIO なので、バスからはわかりません。
次に、CPU エラーレジスタの値を読み出します。下図の、赤マーカー部で、DAL が CPU エラーレジスタのアドレス 17777766、AIO がデータリード 1001、BS が内部レジスタ 11 となっています。
次に、CPU エラーレジスタに 0 を書き込みます。NIO なので、バスからはわかりません。

初期化シーケンスの後半部分に移ります。

先ほど読み出した、CPU エラーレジスタの値が、書き込んだ 177766 と一致するか調べます。NIO なので、バスからはわかりません。一致すると GP CODE 220 が生成されます。
下図の、赤マーカー部が、GP CODE 220 の生成を示します。AIO が汎用書き込み 0101、DAL<7:0> が 220 となっています。GP WRITE 220 は、マイクロ診断テスト 1 が成功したことを示します。
次に、アドレス 00000000 を読み出します。下図、白マーカー部で、AIO がデータ読み出し 1001、BS が 00 メモリ、DAL が 00000000 となっているのがわかります。この時、NXM (Non-existent memory) アボートが起きなければ、アドレス 17777700 の読み出しに進みます。
下図の、オレンジマーカー部で、AIO がデータ読み出し 1001、BS が外部 I/O 10、DAL が 1777700 となっているのがわかります。通常は、このアドレスに外部 I/O に割り当てることはありませんので、NXM アボートが発生します。今回は、アボート処理を実装していないので、GP CODE 224 (マイクロ診断テスト 2 成功) の生成はスキップされます。

次に、RCSR (レシーバ制御および状態レジスタ) の読み出しに進みます。下図の白マー株で、AIO がデータ読み出し 1001、BS が外部 I/O 10、DAL が RCSR のアドレス 17777560 となっているのがわかります。

次に、NXM アボートのテストに進みます。アボートが発生しなければ、GP CODE 230 (マイクロ診断テスト 3 成功) を生成します。下図の赤マーカー部で、AIO が汎用ワード書き込み 0101、DAL<7:0> が 230 になっているのがわかります。
次に、パワーアップオプション（MODE）により、処理が分岐します。今回は、MODE = 3、BOOT ADDRESS = 101 を指定したので、PC に 101000 がセットされます。 PS は 340 となります。下図、白マーカー部で、AIO が命令読み出し 1000、BS がメモリ 00、DAL が 101000 となっているのがわかります。読み出した命令コード 000000 は、HALT 命令を示します。オレンジマーカー部は、AIO 1100 で、命令の先読みを表します。DAL 次のアドレス 101002 を示しています。

参考文献

DCJ11 Microprocessor User's Guide, 8.3 POWER-UP AND INITIALIZATION, 1983

DEC Semiconductor Databook, Initialization, pp 1-277, 1986

DEC Semiconductor Databook V1, Initialization, pp. 1-283, 1987

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参考文献

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