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# Z80ATmega128 Board Setup Guide
Z80Atmega128 Boardにファームウェアを焼き込み、CP/M2.2を単体動作させるまでの手順を以下に示す。
## 基板実装図
| No.| | |
|:--:|-------------------|--------------------------------------------|
|(1) | DC Jack |+5V 外部電源(ACアダプタ用) |
|(2) | DC Terminal |+5V 外部電源ターミナル |
|(3) | DC Select |(1)/(2)切替用ジャンパーピン |
|(4) | POWER SW |外部電源SW |
|(5) | POWER LED |+5V通電時に点灯 |
|(6) | RESET |システムリセット |
|(7) | DIP SW |[詳細](#dip-sw) |
|(8) | Disable Z80 |Z80強制停止用ジャンパーピン<br>/BUSREQ=Lにする|
|(9) | /HALT BUSACK LED |Z80 /HALT=L, /BUSACK=H で点灯 |
|(10)| LED 1 / 2 / 3 |[詳細](#led) |
|(11)| UART1 for Z80 |Z80用USB-Cシリアルインターフェース |
|(12)| UART0 for AVR |AVR用USB-Cシリアルインターフェース |
|(13)| microSD Card slot |microSDカードスロット |
|(14)| SD Access LED |microSDカードアクセス時に点灯 |
|(15)| AVR ISP Connector |AVRISP mkII接続用コネクタ |
### 電源
- 300mA以上の電流供給能力が必要。
- 5.5V以上の電圧は印加しないこと。過電圧保護は行なっていない。
- DCジャック、外部電源ターミナル、UART用USB-Cから給電できる。
### DIP SW
| # | 機能 | ON | OFF |
|:---:|------------------|----------|----------|
| 1 | CP/M mode | Enable | Disable |
| 2 | UART baud rate | 19200 | 9600 |
| 3 | SD Write Protect | ReadOnly | Writable |
| 4 | SRAM Wait | 1 wait | 2 wait |
- SW 1: CP/M BIOSがAVRのEEPROMに書き込まれている場合、ONにすることでCP/Mが起動する。
- SW 2: 接続する端末の通信速度にあわせる。
- SW 4: 外部SRAM(HM62256)のアクセスタイムが100nsよりも速い場合、ONにすることで1ウェイト動作になる。
### LED
| # | 色 | 状態 |
|:---:|----|-------------------------------------------|
| 1 | 青 | microSDが未挿入、またはマウント失敗時に点灯 |
| 2 | 黄 | microSDがライトプロテクト状態で点灯 |
| 3 | 赤 | AVRのハートビート表示(2Hzで点滅) |
### 注意
- PCB Rev1.00 配線にバグがあるため、ハード改修の必要がある。
- [表面](./Hardware/PCB/PCB1.0-FP-Errata.pdf) : パターンカット7箇所
- [裏面](./Hardware/PCB/PCB1.0-BP-Errata.pdf) : パターンカット1箇所、パッチ配線6箇所
- PCB Rev2.00 U18, U19のUARTのシルクが間違っている。
## 1. 事前準備
- Windowsに[Microchip Studio](https://www.microchip.com/en-us/tools-resources/develop/microchip-studio)をインストールする。
- Ver7.0.2594で動作確認
- [AVRISP mkII](https://www.microchip.com/en-us/development-tool/ATAVRISP2)を使えるようにしておく。
- 純正品は製造中止なので、互換品でもかまわない。
- ATmega128のFUSE設定とファームウェアの書き込みに使用する。
- シリアルインターフェースで送受信ができる端末(できれば2チャンネル分)を使えるようにしておく。
- プロトコル: 9600 or 19200 baud, 8bit / non parity / 1stop bitの調歩同期通信
- XMODEM: 128byte check sum 送信が行えること。
- 端末ソフト: [TeraTerm](https://ttssh2.osdn.jp/index.html.en) (Windows)など
- 通信速度はDIP SWの設定に合わせておく。
## 2. ファームウェアの書き込み
Z80ATmega128 Boardにファームウェアを焼き込み、モニタプログラムを動作させるまでの手順を説明する。
### 2-1. AVRファームウェアのビルド
1. WindowsでMicrochip Studioを起動。
2. `File > Open > Project/Solution...` で、`avr/avr.atsln` を選択。
3. `Build > Build Solution` を実行。
4. エラーがないことを確認する。
### 2-2. ATmega128へのファームウェアの書き込み
1. Z80ATmega128 BoardのAVR ISPコネクタにAVRISP mkIIを接続し、電源を入れる。
2. Microchip Studioを起動。
3. `Tools > Device Programming`を選択。
4. 以下のように値をセットし`Apply`を実行。
| 設定 | 値 |
|-----------|------------|
| Tool | AVRISPmkII |
| Device | ATmega128 |
| Interface | ISP |
5. Deivce signatureの確認
`Read` を実行し、値が `0x1E9702` になればOK。
エラーになる場合は `Interface setting` を選択し、`ISP Clock` を変更してみる。
6. FUSEの設定
以下のようにセットする。(設定値の詳細は[こちら](Hardware/Design.md#fuse-bits))
7. ファームウェアの書き込み
`Program` を実行。
### 2-3. 動作確認
1. DIP SW 1はOFFにし、CP/M起動を行ないようにする。
2. microSD Cardはまだセットしない。
3. AVR用シリアルインターフェースを端末ソフトに接続。
4. 電源ONまたはリセットボタン押下で、プロンプトが表示されることを確認。
```text
ATmega128 Tiny Monitor
>
```
5. メモリテスト
```text
>test
2000-2500
write sum=7d80
read sum=7d80
XMEM OK!
```
6. これでZ80ATmega128 Boardの動作確認が完了。
## 3. CP/Mの設定
Z80ATmega128 BoardでCP/M-80を動作させるための手順を説明する。
なお、ライセンスの関係で本リポジトリにはCP/Mのソースもバイナリも置いていない。ここでは、[The Unofficial CP/M Web site](http://www.cpm.z80.de/)にある、[CP/M 2.2 BINARY](http://www.cpm.z80.de/download/cpm22-b.zip)を使用してCP/Mのディスクイメージを作成する。
### 3-1. ビルド環境の構築
BIOSのアセンブル、およびCP/Mのディスクイメージの作成はLinux環境で行う。
WindowsはWSL、macOSはVS Code + Dev Containerの環境がおすすめ。
#### Linux, WSL (Ubuntu22.04)の場合
1. 必要なツールのインストール
```bash
sudo apt-get install -y wget git make unzip gcc
```
2. Z80のクロスアセンブラ(asxxxx)のインストール
```bash
cd z80/toolchain
make
```
3. cpmtoolsのインストール
```bash
sudo apt-get install -y cpmtools
```
#### VS Code + Dev Containerの場合
**ツールのインストール**
- [Docker Desktop](https://www.docker.com/products/docker-desktop/)
- [VS Code](https://azure.microsoft.com/ja-jp/products/visual-studio-code/)
- `Dev Containers`プラグイン
**起動方法**
1. `Z80ATmega128/`でVS Codeを起動する
2. コマンドパレットを開き、`Dev Containers: Reopen in Container`でコンテナを起動する
3. VS Codeでターミナルを起動する。
- `/z80`がマウントされているので、そこで作業を行う。
- ファイルが見えない場合は、`Dev Containers: Rebuild Without Cache and Reopen in Container`でコンテナイメージをすると解消する場合がある。
### 3-2. CP/MディスクイメージとmicroSD Cardの作成
1. CP/Mディスクイメージの生成 (VSCode + Dev Container環境の場合)
`z80/cpm22/image` で `DISK00.IMG` を生成する。これがCP/Mのディスクイメージのバイナリファイル。
```bash
vscode@Z80ATmega128:/z80/cpm22/image$ make
mkdir -p ./tmp
wget -P ./tmp http://www.cpm.z80.de/download/cpm22-b.zip
--2023-10-10 16:04:18-- http://www.cpm.z80.de/download/cpm22-b.zip
Resolving www.cpm.z80.de (www.cpm.z80.de)... 92.205.48.95, 2a00:1169:103:9b30::
Connecting to www.cpm.z80.de (www.cpm.z80.de)|92.205.48.95|:80... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 42510 (42K) [application/zip]
Saving to: ‘./tmp/cpm22-b.zip’
cpm22-b.zip 100%[============================================>] 41.51K 124KB/s in 0.3s
2023-10-10 16:04:20 (124 KB/s) - ‘./tmp/cpm22-b.zip’ saved [42510/42510]
unzip -o -d ./tmp ./tmp/cpm22-b.zip
Archive: ./tmp/cpm22-b.zip
inflating: ./tmp/CPM.SYS
inflating: ./tmp/DDT.COM
inflating: ./tmp/PIP.COM
inflating: ./tmp/SUBMIT.COM
inflating: ./tmp/XSUB.COM
inflating: ./tmp/ED.COM
inflating: ./tmp/ASM.COM
inflating: ./tmp/LOAD.COM
inflating: ./tmp/STAT.COM
inflating: ./tmp/DUMP.COM
inflating: ./tmp/DUMP.ASM
inflating: ./tmp/BIOS.ASM
inflating: ./tmp/DEBLOCK.ASM
inflating: ./tmp/DISKDEF.LIB
inflating: ./tmp/DSKMAINT.COM
inflating: ./tmp/READ.ME
rm -f ./tmp/cpm22-b.zip
mkfs.cpm -f sdcard -b ./tmp/CPM.SYS DISK00.IMG
dd if=/dev/zero of=DISK00.IMG bs=8192 count=1021 oflag=append conv=notrunc
1021+0 records in
1021+0 records out
8364032 bytes (8.4 MB, 8.0 MiB) copied, 0.139112 s, 60.1 MB/s
cpmcp -f sdcard DISK00.IMG ./tmp/*.* 0:
cpmls -f sdcard DISK00.IMG
0:
asm.com
bios.asm
cpm.sys
ddt.com
deblock.asm
diskdef.lib
dskmaint.com
dump.asm
dump.com
ed.com
load.com
pip.com
read.me
stat.com
submit.com
xsub.com
echo `wc -c < DISK00.IMG`
8429568
```
2. microSD Cardの作成
- **FAT32**でフォーマットする。
- ルートディレクトリに `DISK00.IMG` をコピーする。これはシステムディスクで必ず存在する必要がある。
- `00`はドライブA:に相当する。`4`(ドライブE:)まで指定可能。
- 例えば `DISK00.IMG` を `DISK01.IMG` としてコピーし追加すれば、B:ドライブが見えるようになる。
### 3-3. CP/M自動起動のための設定
microSD CardからCP/Mが起動できるようにするための設定を行う。
1. BIOSのビルド (VSCode + Dev Container環境の場合)
`z80/cpm22/bios` で `bios.ihx` を生成する。これはIntel HEX formatのファイル。
```bash
vscode@Z80ATmega128:/z80/cpm22/bios$ make bios.ihx
asz80 -l -o bios.asm
aslink -i bios.ihx bios.rel
ASlink >> -i
ASlink >> bios.ihx
ASlink >> bios.rel
```
2. EEPROMへのBIOSの書き込み
1. AVR用のシリアルインターフェースを端末に接続。
2. AVR Tiny Monitorの`xload`コマンドで、Intel HEXフォーマットのBIOSをSRAM上にバイナリ展開する。AVR用端末からXMODEMで `bios.ihx` を送信する。62K CP/M用BIOSなので、バイナリは0xf200から配置される。
```text
>xload
Start XMODEM within 90s...
Received 2816 bytes.
```
3. EEPROMにダウンロードしたBIOSイメージをATmega128のEEPROMの0番地に転送する。終了するまで少し時間がかかる。先頭4バイトにはBIOSの先頭アドレス(0xf200)と長さ(0x00b0)が書き込まれる。
```text
>esave2 0 $f200 2816
>
```
### 3-4. 動作確認
1. AVR, Z80用のシリアルインターフェースを端末に接続。
2. CP/Mイメージファイルを書き込んだmicroSD Cardをスロットに挿入する。
3. DIP SW 1をON(CP/M起動モード), DIP SW 3をOFFにして、リセットボタンを押す。
4. AVR側のシリアル端末には以下のプロンプトが表示される。
EEPROMに書き込まれたBIOSがSRAM上にコピーされ、BIOSがmicroSD Cardの予約トラックに書き込まれているCCP+BDOSを読み込んで、CP/Mを起動する。
```text
=== CP/M mode ===
BIOS: 0xf200 - 0xfcff
ATmega128 Tiny Monitor
>
```
Z80側のシリアル端末に以下が表示されれば成功。
```text
62K CP/M-80 Ver2.2 on Z80ATmega128
BIOS Copyright (C) 2023 by 46nori
A>
```