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BIOSDesignSpec-ja.md

File metadata and controls

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Raw

CP/M BIOS Design Specification

Overview

  • 62KB BIOS
  • Z80ニーモニックで記述
  • Mode2 割り込みを使用
  • CON: をサポート。 LST:, PUN:, RDR: は未サポート。
  • DISK I/O
    • 5 ドライブ (A: to E:) をサポート
    • Blocking and Deblocking をサポート

Boot Sequence

AVRファームウェアは電源ONおよびリセット時に以下を実行する。

  1. DIPSW-1がON、かつmicroSD CardがマウントできたらCP/Mモードで起動する。
  2. EEPROMの0番地からEntryAddressとLengthをリードする。 (1)
  3. SRAMの0x0000番地にJP EntryAddress命令を書き込む。 (2)
  4. EEPROM内のBIOSをEntryAddressにLength分コピーする。 (3)
  5. Z80をリセットし、CP/Mを起動。
  6. TinyMonitorを起動。

Z80はCP/Mを以下のように起動する。

  1. 0番地のJP命令によりBIOSが起動される。
  2. CCP+BDOSをEntryAddressにロードするために、BIOS BOOTルーチンがAVRにDISK READを要求する。
    AVRは CCP+BDOS を microSD Card上のディスクイメージファイルのTrack 0相当から読み出し、SRAMにコピーする。
  3. BIOS BOOTルーチンがCCPを起動する。

BOOT and WBOOT

BOOTとWBOOTの違いは以下。

BOOT

  • パワーオン時のみ呼ばれる。
  • Z80の割り込み設定、Emulated I/O deviceの初期化
  • ドライブをA:に設定
  • CCP+3番地にジャンプ

WBOOT

  • ドライブは直前まで使用していたものをセット。
  • CCPの先頭にジャンプ

DISK I/O

BDOSが指定する論理トラックと論理セクタを、絶対セクタ番号に変換して扱っている。絶対セクタの定義は以下。 TRKとSECは、それぞれSETTRK、SETSECのBIOSコールで事前にセットされるものとする。 SPTはDPB(Disk Parameter Block)で定義される値である。詳細はBIOSのソースとこちらを参照。

  • 論理トラック番号 : TRK
  • 論理セクタ番号 : SCT
  • 論理トラックあたりのセクタ数 : SPT
  • 絶対セクタ番号 : AS = TRK * SPT + SCT

AVRとのデータ共有用に、SRAM上に512bytesのバッファ(DMABUF)を確保しており、READ,WRITEのBIOSコールで排他使用する。CP/Mの論理セクタ長は128byteなので、4セクタ分、すなわちBlocking Factor=4のBlocking/Deblockingをサポートする。

READ

READ要求を受けると、指定されたセクタがDMABUFに存在するかチェックする。 存在する場合は、そのセクタをDMA_ADRSにコピーする。 存在しない場合は、AVRに512bytesのリードを要求する。先頭128byte(1セクタ分)をDMA_ADRSにコピーする。残りの3セクタ分は先読みキャッシュとして保存しておく。

WRITE

AVRのEmulated DISK I/Oは、任意のアドレスとデータ長を指定して、ディスクイメージファイルにWRITEすることができる。しかしmicroSD Cardは、512byteのセクタ境界から512byte単位でライトする必要があるため、境界が一致しなかったり、データ長が512の倍数にならない場合はRead/Modify/Writeが必要になる。 これは顕著なライト速度の低下を招くため、BIOSはなるべく512bytes境界から512bytesを書き込むように、バッファとバッファフラッシュ(AVRへのライト要求)のタイミングを管理する。

WRITE要求を受けると、以下で定義されるIDXの位置にデータがコピーされる。

  • 格納されるバッファの位置 : IDX = AS % 4 
          +----------+
IDX=0 | 128bytes |
      +----------+
IDX=1 | 128bytes |
      +----------+
IDX=2 | 128bytes |
      +----------+
IDX=3 | 128bytes |
      +----------+

これがバッファフラッシュ後の初回のWRITE要求であれば、あわせてIDXとイメージファイルの書き込み先アドレスを記憶しておく。これは次のバッファフラッシュ時に使用される。

WRITE要求元は、Cレジスタに以下のDeblocking Codeをセットする。

  • C = 0: deferred write
  • C = 1: nondeferred write
  • C = 2: deferred write to the first sector of a new data block

もしも以下のいずれか、または両方条件を満たす場合はバッファフラッシュを行う。

  • C = 1
  • IDX = 3 それ以外は、キャッシュされているセクタ数(0-3)をインクリメントし、リターンする。

バッファフラッシュ時は、記憶しているIDXからキャッシュされているセクタ数x128byte分を、イメージファイルの書き込み先アドレスにライトする。

SELDSK

Emulated DISK I/Oは、アクセスするディスクイメージを指定されたドライブのものに切り替える。

SETTRK

論理トラック番号をCURRENT_TRACK_NOに保存するだけ。次回のREAD/WRITEで使用される。

SETSEC

論理セクタ番号をCURRENT_SECTOR_NOに保存するだけ。次回のREAD/WRITEで使用される。

SERDMA

データの転送アドレスをDMA_ADRSに保存するだけ。次回のREAD/WRITEで使用される。

SECTRN

microSD Cardではインターリーブが不要なため、未サポート。