メガロムコントローラーの秘密
メガロムコントローラーはメモリマッパコントローラーとして使えるという噂あり。
メガロムコントローラーもメモリマッパも64kBより大きいメモリを一定の大きさのバンクに分割し、命令によってCPUから見えるバンクを切り替える機能を持っています。しかし、メガロムコントローラーはメモリマップドI/Oという特定のアドレスにデータを書き込むことによってメモリのバンクを切り替えるのに対し、一方でメモリマッパではI/Oポートを使ってバンクを切り替えます。メガロムコントローラーはメガロムゲームでよく使われていますが、メモリマッパは専用のコントローラは存在せず、ロジック回路を組み合わせて作るか、MSX本体のシステムLSIに機能が含まれているのが一般的です。
そこでメガロムコントローラーをメモリマッパコントローラーとして利用しようと考えた方がおられたようです。実際に考案したのは似非職人工房のつじかわさんですが、kalさんのサイトで回路図が公開されていました（が、閉鎖されてしまいました・・・）。
これだけではよく分からないので、解析をしてみると・・・。
HC138はメガロムコントローラー（LZ93A13）がアクティブになるための信号（/SLTSL）
を作っています。
メモリマッパではI/Oポートの16進表記でFC〜FFh（2進表記で1111 1100〜1111 1111b）
に値を書き込むことで対応するページのバンクを切り替えます。
FCh：ページ０（0000-3FFFh：00** **** **** ****b）
FDh：ページ１（4000-7FFFh：01** **** **** ****b）
FEh：ページ２（8000-BFFFh：10** **** **** ****b）
FFh：ページ３（C000-FFFFh：11** **** **** ****b）
HC138の出力/Y7はI/Oポートへのアクセスを意味する/IORQがLowで、A7〜A2がHighの時、
すなわちFC〜FFhの時にLowとなります。
LZ93A13の他の入力LA15〜LA11（信号名が同じでややこしいので、とりあえず頭にLを
付けました）はどうなっているか見てみると、LA15はLowで固定。LA14とLA13はA15と
A14から作られています。LA12とLA11はA1とA0が入っています。これを読み解くと、
/IORQがLowの時はLA14とLA13はA15とA14とは関係なくHighになります。
つまり、LZ93A13からみたアドレスは
011(A1) (A0)*** **** ****b
(A1)と(A0)は上に書いたメモリマッパでどのページを選ぶかを選択するbit（FC〜FFh
のC〜Fを決定する最後の2bit）です。
つまり/IORQがLowの時にA1とA0の組み合わせによって
0110 0*** **** ****b = 6000-67FFh
0110 1*** **** ****b = 6800-6FFFh
0111 0*** **** ****b = 7000-77FFh
0111 1*** **** ****b = 7800-7FFFh
に変換されることになります。
LZ93A13のSEL信号がHighですので、メガロムコントローラーは8kモードとなり、バンク
レジスターの働きは以下のようになります。
バンク切り替え8kBモード時
バンクレジスターのアドレス 切り替わるアドレス
6000-67FFh 4000-5FFFh
6800-6FFFh 6000-7FFFh
7000-77FFh 8000-9FFFh
7800-7FFFh A000-BFFFh
つまり、IOポートへのアクセスがバンクレジスターのアクセスに変換されることになり
ます。
鋭い人はお気づきかと思いますが、メモリマッパは0000h〜FFFFh(64kB)を4分割した
16kB毎に切り替えますが、メガロムコントローラは4000h〜BFFFh(32kB)を4分割した
8kB単位で切り替えます。メガロムコントローラーは16kBで切り替えるモードも持っ
ていますが、切り替えられるアドレスは4000〜BFFFhを２分割するだけでバンクレジ
スターも2個になってしまうので今回は使えません。とりあえずバンクレジスターが
4個あるということがここでは重要なのです。では、4000h〜BFFFhでしか切り替えら
れないのにメモリマッパとしてどう使っているのか、ということになります。
628512を見てみると、A13（A0〜A13）はスロットからの信号をそのまま使っています。
つまり16kB以下の部分はメガロムコントローラーに頼っていないのでメガロムコント
ローラからの信号で切り替えられるのは16kB単位ということになります。
メガロムコントローラーは出力B6-B0でバンクの番号を指定していますが、「4個の
バンクレジスターは何を元に出力を決めているか」という事になります。もちろん、
バンクレジスター毎に指定した値はあるのですが、B6-B0は常に同じ値を出すわけ
ではありません。4000hへのアクセスならバンク番号xxを、8000hへのアクセスなら
バンク番号yyを、というようにアクセスされているアドレスによってバンクを切り
替えなければなりません。上記の切り替わるアドレスを2進表記で考えてみると
4000-5FFFh = 010* **** **** ****b
6000-7FFFh = 011* **** **** ****b
8000-9FFFh = 100* **** **** ****b
A000-BFFFh = 101* **** **** ****b
つまりLA15〜LA13が分かれば対応するバンク番号を出力できることになります。
ここでLA15とLA14は真逆の値ですのでロジカルにはLA15とLA13もしくはLA14と
LA13が分かれば対応するバンク番号を出力できます。もちろん実際にどの信号
を元に出力しているかはメガロムコントローラー内部の話です。
ここで回路図を見てみると、LA15はLow固定、通常のメモリアクセス時は/IORQ
がHighなのでLA14はA15の反転した値、LA13はA14になります。LA12とLA11はバ
ンク番号を出力する際には無関係の信号です。LA15が常にLowということは、
バンク番号はLA14とLA13を元に決まることを前提に設計されているようです。
LA14とLA13は実際にはA15の反転とA14が入っていますので、以下の様にメモリ
マッパの16kB単位でのアクセスに対応して切り替えることになります。
00** **** **** ****b = 0000-3FFFh
01** **** **** ****b = 4000-7FFFh
10** **** **** ****b = 8000-BFFFh
11** **** **** ****b = C000-FFFFh
データの流れをまとめるとこんなイメージです。
では、今回もHB-F500を使って動作を確認してみたいと思います。
HB-F500はこれまでの改造によって内部に拡張出来るスロットがありませんので、内蔵するためには元から載っているDRAMの代わり載せるしかありません。S3527のデータシートを見ると、DRAMに来ている/RASが/SLTSLとほぼ同じタイミングでLowになっていました。/RASがDRAMのある#3-2をアクセスするときにのみLowになるのなら使えるかなと思ったのですが、結果として駄目でした。どうやらDRAMをアクセスする、しないに関わらず常に/SLTSLと同じタイミングでLowになっているようです。実装していませんが、#0にも16kBのDRAMを載せることができます。そのDRAMへのアクセス時やDRAMのリフレッシュのタイミングでもLowになるので、元々/SLTSLと同じ動きでは無いのですが。/RASが出ていて、かつ各スロットの/SLTSLがHigh（かつ#0のDRAMへの/CASがHigh、/RFSHがHigh）の時にDRAMのある#3-2への/SLTSLとみなすロジックを組んでも良いのですが面倒なので、今回は#3-2のDRAMに入っている/CAS2 Eを使います。最初からそれを使えば良かったのですが・・・/CASがLowになるのは/RASがLowになるタイミングより遅いので、ちょっとタイミングを心配していました。調べてみたらZ80のクロックに比べたらSRAMの動作は十分早くて問題ないようです。
実際にどう実装するかですが、前回の改造でIC49(32kB ROM)の上に2段ROMを積んでしまったので、今回はIC58(32kB ROM)の上にSRAM(628512)とメガロムコントローラー(LZ93A13)を積み上げることにします。各ICのピンは以下の通りです。
３２ｋＢＲＯＭ ６２８５１２ ＬＺ９３Ａ１３
+--_--+ +--_--+
A18|1 32|VDD B 4|1 32|VDD
+--_--+ A16|2 31|A15 B 3|2 31|B 5
VDD|1 28|VDD V14|3 30|A17 B 2|3 30|B 6
A12|2 27|A14 A12|4 29|/WE B 1|4 29|/SLTSL
A 7|3 26|A13 A 7|5 28|A13 B 0|5 28|/RD
A 6|4 25|A 8 A 6|6 27|A 8 /WE23|6 27|/WR
A 5|5 24|A 9 A 5|7 26|A 9 /OE23|7 26|/RESET
A 4|6 23|A11 A 4|8 25|A11 /OE01|8 25|SEL
A 3|7 22|/OE A 3|9 24|/OE /OE1|9 24|D 7
A 2|8 21|A10 A 2|10 23|A10 /OE0|10 23|D 6
A 1|9 20|/CS A 1|11 22|/CS A11|11 22|D 5
A 0|10 19|D 7 A 0|12 21|D 7 A12|12 21|D 4
D 0|11 18|D 6 D 0|13 20|D 6 A13|13 20|D 3
D 1|12 17|D 5 D 1|14 19|D 5 A14|14 19|D 2
D 2|13 16|D 4 D 2|15 18|D 4 A15|15 18|D 1
GND|14 15|D 3 GND|16 17|D 3 GND|16 17|D 0
+-----+ +-----+ +-----+
628512の4〜21ピン、23ピン、25〜28ピンはそのまま32kB ROMの2〜19ピン、21ピン、23〜26ピンにつなげられます。
LZ93A13は1〜3ピン(B4〜B2)はSRAMの1〜3ピン(A18,A16,A14)につなげます。また、11、12ピン(A11,A12)もSRAMの11、12ピン(A1,A0)にそのままつなげらます。それ以外はきちんと配線する必要があります。ピンの加工は以下の通り。
３２ｋＢＲＯＭ ６２８５１２ ＬＺ９３Ａ１３
+--_--+ +--_--+
上|1 32|上 下|1 32|VDD
+--_--+ 上|2 31|平3 下|2 31|切
VDD|1 28|VDD 上|3 30|平3 下|3 30|切
A12|2 27|A14 下|4 29|平3 平3|4 29|平3
A 7|3 26|A13 下|5 28|下 平3|5 28|平3
A 6|4 25|A 8 下|6 27|下 切|6 27|平3
A 5|5 24|A 9 下|7 26|下 切|7 26|平3
A 4|6 23|A11 下|8 25|下 切|8 25|VDD
A 3|7 22|/OE 下|9 24|平3 切|9 24|平3
A 2|8 21|A10 下|10 23|下 切|10 23|平3
A 1|9 20|/CS 下|11 22|平3 下|11 22|平3
A 0|10 19|D 7 下|12 21|下 下|12 21|平3
D 0|11 18|D 6 下|13 20|下 平3|13 20|平3
D 1|12 17|D 5 下|14 19|下 平3|14 19|平3
D 2|13 16|D 4 下|15 18|下 GND|15 18|平3
GND|14 15|D 3 GND|16 17|下 GND|16 17|平3
+-----+ +-----+ +-----+
"上"は上に来るIC（628512からLZ93A13）につなげること、"下"は下に来るIC（LZ93A13から628512または628512から32kB ROM）につなげることを意味しています。"平3"は足を水平に伸ばして3mm程度を残して切ることを意味しています。"切"は使わないので根元から切ってしまって構いません。つじかわさんのオリジナルの回路からLZ93A13のBxとSRAMのAxxの組み合わせ、LZ93A13のA11、A12と628512のA0、A1の組み合わせを変えています。オリジナルの回路はメガロムコントローラーの載ったゲーム基板を改造することを前提に組まれた物で、今回はHB-F500に内蔵するための回路なので工作しやすいようにするためです。BxとSRAMのAxxはどう組み合わせても問題ありませんが、Bxは番号の小さいものから使う必要があり、B1を使わずにB5を使うというような使い方はNGです。
工作のしやすさからオリジナルの回路からA0とA1を入れ替え、それに伴いA14とA15も入れ替えています。データの流れは以下の通りになります。
回路図の灰色の部分は上の説明で"上"または"下"でつながる部分です。32kB ROM自体は加工しませんが、SRAMの3〜30ピンが32kB ROMの1〜28ピンに重なるようにします。さらに上にLZ93A13を重ねます。GNDは32kB ROMにそのままつながりますがVDDはLZ93A13とSRAM同士をつなぐだけで無く、基板の5Vまたは32kB ROMの28ピン等につなげる必要があるので注意して下さい。
実際に実装するとこんな感じになります。
74LS00や74LS138は基板上の同じピン数のICの上に重ねて、VDDとGNDのみつなげています。ここではそれぞれIC46とIC54の上に載せました。/RESETは回路図ではIC57につなげていますがここではIC39とつなげています。どちらにつなげても同じです。
また、もともと載っていたDRAM(IC55とIC60)は取り外してください。面倒ならDRAMの1ピン(/OE)を基板から切り離してVDDとつなげておくという方法もあります。
藤本さんのMEMTEST.COM(1MBメモリカートリッジ製作記事に同梱)でも特にメモリエラーがなく512kBの認識に成功しました。
お約束ですが、この噂を見て改造などを行い故障やその他問題が発生しても責任は負えません。各自の責任において情報を広く集めて行うことをおすすめします。