Náhrada desky ZX Spectrum s CPLD místo ULA – Sizif-512

Různých klonů počítačů Sinclair ZX Spectrum je v poslední době poměrně velké množství. Některé z nich se dají namontovat do původní skříňky, některé jsou malinké, jiné naopak velké. Některé používají originální ULA (Sparrow Lite, Just Speccy 128k), některé řeší ULA náhradou z diskrétních komponentů (Harlequin, Harlequin 128k), další klony mají kompletně všechno syntetizované v FPGA (ZX Uno, ZX Uno VGA 2M, ZX Spectrum Next),  a některé jsou někde mezi tím, obvykle mají reálný procesor Z80 a pomocí CPLD nebo FPGA řeší obvodovou logiku (V6Z80P, ZX Evolution, Karabas-128) a je toho ještě mnohem více, než jsem teď ve stručnosti vyjmenoval. Do poslední kategorie klonů s reálným procesorem Z80 a CPLD patří i poměrně nový klon Sizif-512. Nejdříve jsem se do něj ani nechtěl pouštět, ale pak mi přišel tak nějak ideální, že jsem se do toho dal.

Co vlastně je Sizif-512? Jedná se o klon Speccy, který snadno namontujete do původní skříňky ZX Spectrum 48k. Z pohledu běžného uživatele máte k dispozici 512 kB RAM a časování Pentagonu, ZX Spectrum 48k nebo 128k. Kromě toho můžete přetaktovat CPU na 7 nebo 14 MHz. Dostatečně velká ROM (512 kB) umožňuje snadné přepínání mezi Speccy 48k, OpenSE, 128k a +3e divMMC ROM. Kromě toho si můžete dvěma jumpery navolit další ROM, jako je třeba diagnostická ROM, ZX80/ZX81 ROM a nebo prohodit ROM za nějakou úplně jinou (ROM je v DIL patici, takže není problém ji kdykoli vyměnit nebo přeprogramovat). Jako úložiště, a pro snadné spouštění programů, využijete integrované divMMC s microSD kartou. Zvuk zajišťuje klasické AY-3-8910 s možností softwarového přepínání na ACB nebo ABC stereo či mono. Kromě fyzického AY je v CPLD emulovaný i Covox (Pentagon nebo 4-kanálový SoundDrive). Syntetizovaná ULA má implementované i funkce ULAplus. Video je ve formě RGB i kompozitního signálu, společně s audiem, na 9-pinovém miniDIN konektoru. Joystick připojíte na integrovaný Kempston port. Přepínání výše uvedených featurek zajišťuje MAGIC button. Tlačítko samostatně funguje jako NMI a v kombinaci s klávesami na klávesnici pak zajišťuje přepínání funkcí za chodu, takže můžete koukat třeba, jak vypadá demo na jednotlivých konfiguracích (strojích). Vlevo je Pentagon, uprostřed ZX Spectrum 48k a vpravo ZX Spectrum 128k.

Celý projekt je Open Source, takže objednat desky byla jednoduchá záležitost. I přesto, že je na Sizif-512 sběrnicový konektor neobjednával jsem je se zlatem, protože nečekám, že bych do konektoru zapojoval mnoho periferií. Když se totiž na desku podíváte, uvidíte, že hned vedle klasického Z80 leží AY-3-8910 a vlevo dole si můžete všimnout microSD karty. Takže o hudbu a zdroj dat je postaráno. Joystick port je také hned vedle kombinovaného kompozitního a RGB výstupu, takže moc těch periférií, které je potřeba připojit už není. Vlastní deska je poměrně malá, ve skřínce ZX Spectrum 48k zabere asi polovinu.

Kromě již zmíněného CPU a AY, je na desce RAM a flash ROM, oboje o kapacitě 512 kB. Tyto 4 obvody jsou v klasických DIL pouzdrech, což je super a dává to pocit reálného retro hardwaru. V SMD provedení najdete na desce PAL enkodér AD724, analogový multiplexer 4053 pro přepínání stereo audia, spínaný zdroj 5V, lineární 3.3V a oddělovače SN74CB3T3245, které zajišťují převod napěťových úrovní mezi 3,3 a 5V. Vstup z kazeťáku řeší komparátor LM311 také v DIL. Většina pasivních součástek je klasických THT, což se mi třeba u odporů, které jsou z prostorových důvodů na výšku, moc nelíbí. Osazovat odpory vertikálně je drbka, možná jsem měl na ty THT plošky připájet klasické SMD opory, bylo by to jednodušší. Obdobně je to s diodami. Některé odpory a jedna oporová síť jsou naplánované na osazování ze zadní strany desky, já jsem raději vyštípal některé příčky z patic a tyto součástky osadil shora, abych nezvyšoval výšku desky.

Nezmínil jsem se zatím o poslední a největší SMD součástce – CPLD. Autor použil CPLD ze starší série Altera (Intel) MAX II, konkrétně EPM1270T144C5N, které má 144 vývodové TQFP pouzdro. Vývodů je tak k dispozici dost, jen cena CPLD není zrovna přátelská a dohromady s cenou AD724 (pokud ho kupujete od renomovaných prodejců) docela zvyšuje cenu celé konstrukce. Novější a výkonnější MAX 10 FGPGA by vyšlo asi na polovinu.

Po naprogramování CPLD a ROM mi počítač sice běžel na první zapojení, ale často se resetoval. Chvíli jsem zkoumal zapojení a narazil jsem na GitHub na Errata, že se v této revizi nemá zapojovat odpor R5. Je to 10k pulldown na signálu /RSTCPU. Abych se přiznal, vůbec nechápu smysl, proč tam je a jeho odstranění rozhodně pomohlo. Od té doby chodí počítač naprosto stabilně ve všech režimech i frekvencích.

Díky možnosti přepínání funkcí za chodu je práce s počítačem velmi příjemná. Bez velkého zdržování můžete koukat na dema pro ZX Spectrum nebo Pantagon, ULAplus, používat TR-DOS, všechno chodí hezky svižně.

Celkově bych řekl, že jsem mile překvapen a přesto, že jsem na tuhle mašinku původně koukal trochu s despektem jako na “jen další klon”, jsem rád, že ji mám a čeká ji samostatná žlutá skříňka, kterou si zaslouží. Bude to totiž chtít nějaké to vrtání a do originálního Speccy case vrtat a pilovat nebudu.

Kdo byste chtěl desku rev.C1, tak ještě nějakou mám. Autor připravuje rev.D, která by měla navíc obsahovat konektory pro připojení ZX Bus (hodně rozšířené v Rusku), podpora +3DOS floppy řadiče, podpora 3/6 tlačítkového ovladače Sega, PS/2, Bluetooth, vylepšený vstup z kazeťáku, možnost přidání interního rozšíření RAM, General Sound, Turbosound FM a další.