最強のOS-9マシン復活プロジェクト ～バスブリッジ回路の検討～

 FM-11のシステムバスとFM16βのシステムバスの呼称

FM-11のシステムバスは、仕様書において「メインバス」や「本体拡張バス」などと表記されており、正式名称は不明です。 ここでは簡単のためとFM16βのバスと区別しやすいように「FM-100バス」と呼ぶことにします。

FM16βのバスは「FM130バス」もしくは「FM-130バス」と呼ばれています。ここではFM-11のバスの呼称に合わせて「FM-130バス」と呼ぶことにします。 

 二つのバスの比較

FM-100バスとFM-130バスを比較すると一目瞭然ですが、FM-130バスはFM-100バスを拡張したものです。主な変更点(拡張点)は以下の通りです。

1. アドレスバスを20bitから24bitに拡張して最大メモリ容量を16MBとした
2. データバスを16bitに拡張して16bit CPUに対応した 
3. バイト単位でアドレスが連続して割り当てられている8ビットのI/Oデバイスが16bit CPUでも動作できるように、データバスのバイトスワップ機能を追加した(I/OはFM-11の上位互換)
4. CPU切り替え関係の信号の変更 

上記3.の「バイトスワップ機能」ですが、「スワップ機能」というよりは「ステアリング機能」と呼ぶのがふさわしいかもしれません。

FM-100バスの信号は、CPU切り替えに関するものを除くとほとんどそのままFM-130バスで使用されています。バスのタイミングを制御する信号も*EBやRWBです。

バスブリッジ回路の検討

 以上より、バスブリッジ回路(CPU切り替え機能を除く)に必要なのはFM-100バスから追加された必須の信号の生成です。以下の三種類があります。

1. アドレスバスの上位4bit
2. バイトスワップ機能を制御する信号*UBSと*LBS
3. メモリアクセスの信号*MEMRと*MEMW 

アドレスバスの上位ビットは値を0に固定すればよいでしょう。

バイトスワップ回路の制御は、AB0とNOT AB0をそれぞれ*UBSと*LBSに接続すれば良さそうです。

メモリアクセス信号は*EとRWBから生成します。 

不足しているI/Oポートの追加

FM16βのI/OポートはほぼFM-11の上位互換です。また、ディスプレイサブシステムについても同様です。 

不足するI/Oポートですが、FM16βのブートデバイスはFM-11と異なり、DIPスイッチで設定されるわけではありません。よって、FM-11のIPL ROMが正常に動作するためにはDIPスイッチの値を読み出すポートと等価なI/Oを追加する必要があります。

追加するI/Oポートですが、DIPスイッチを実装せずに固定値を返すことにします。FM-11 AD2+のIPL ROMを使う前提ですが、接続されているブートデバイスを全部"1"に、ドライブ番号を"0"にします。こうすることでブートデバイスを大容量のものから順番にサーチしてくれます。(実際の信号は負論理です。)

なお、ドライブ0以外からブートする需要はないと判断しました。 

最強のOS-9マシン復活プロジェクト ～始動～

 プロジェクトの概要

富士通FM16βのFM-130バスとFM-11のFM-100バスのブリッジ回路＋若干のI/Oポートを作成し、FM16βでFM-11の6809CPUカードとForksの68000CPUカードを動作させます。

ソフトウェアはFM-11用OS-9/6809 Level2とFM16β用OS-9/68000が使用できます。

OS-9/6809は無変更で起動しますが、OS-9/68000は専用のIPLが必要です。このIPLでCPUを6809から68000に切り替えることで二つのOSのデュアルブートを実現します。

開発計画

以下のようなフェーズに分けて開発する予定です。 

フェーズ０

原理試作として、バスブリッジと6809用のブートデバイス情報を返すI/Oポートのみを実装します。CPUを切り替える回路は省略します。これにより、6809CPUカードが単体で動作します。ユニバーサル基板で作る予定です。

フェーズ１

FM-100バスについては仕様書が手元にあるのですが、FM-130バスの仕様書は書庫のどこかに埋もれているか、あるいは処分してしまったかなので、手元にはありません。まずは、仕様書を発掘するか、記憶のかなたから情報を引き出すか、あるいは実験してみないとCPU切り替え回路が設計できません。 

設計ができたらCPUを切り替える回路を追加して、 デュアルブートできるようにします。

プロジェクト名に「復活」と入っている理由

1986年頃だったと思いますが、「最強のOS-9マシン」は実現に成功していました。

当時は学生で資金や開発ツールなどに制約があり、ユニバーサル基板にTTL ICとラッピングワイヤーを用いたハンダ付けで実装しました。なお、資料が残っていないので回路図はおぼろげな記憶の中にしか存在しません。

今回の復活プロジェクトは、PLDを用いて部品点数を削減し、近代的な(?)実装にするつもりです。余力があれば当時は夢にも思わなかったPCB化を試みるかもしれません。