MichaelKaa/zx_cartridge
1
0
Fork 0
mirror of https://github.com/MikhaelKaa/zx_cartridge.git synced 2026-03-16 14:37:57 +03:00
Code Issues Actions Packages Projects Releases Wiki Activity

Оригинальный картридж. Работает.

Browse Source
This commit is contained in:
MichailKaa 2026-02-26 01:50:31 +03:00
parent a24c5d1045
commit aeed47c59f
7 changed files with 315 additions and 282 deletions
Show Stats Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files

2
FW/src/makefile
View File

@ -1,6 +1,6 @@
# Для тестирования модуля неодходимо чтобы тест назывался %имя_модуля%_tb
TARGET ?= zx_cartrige
TARGET ?= zx_cartridge
ICARUS = iverilog
all:

65
FW/src/zx_cartridge.v Normal file
View File

@ -0,0 +1,65 @@
// Файл: zx_cartridge.v
// Модуль картриджа ZX Spectrum
// 17.02.2026 Miсhael Kaa
// Шина адреса CPU A0...A12 подключается напрямую к микросхеме CR_ROM
`timescale 1ns / 1ps
module zx_cartridge #(
// значение по умолчанию для оригинального картриджа
parameter SELF_LOCK_VAL = 15
)(
// Сброс
input reset_n,
// Управляющие сигналы CPU
input iorq_n,
input rd_n,
input wr_n,
input mreq_n,
// Часть шины адреса CPU
input A7,
input A13,
input A14,
input A15,
inout [7:0] D,
// Блокировка ПЗУ ZX
output ZX_ROM_blk,
// Разрешение ПЗУ картриджа (активный низкий)
output CR_ROM_oe_n,
// Старшая часть адреса ПЗУ картриджа (A13...A18)
output [5:0] CR_ROM_A,
output [3:0] CR_ROM_CS
);
// Счётчик банков ПЗУ картриджа по 8 кБ
reg [5:0] CR_ROM_bank_cnt = 6'b0;
// Регистр самоблокировки – отключает всю логику и ПЗУ картриджа
reg self_lock = 1'b0;
// Сигнал переключения страницы: чтение или запись в порт 0x7F
wire rom_page_up = iorq_n | A7;
// CPU работает с адресами 0000...1FFF (нижние 8 кб ПЗУ)
wire lower_rom = ({A13, A14, A15} == 3'b000) ? 1'b1 : 1'b0;
always @(negedge rom_page_up or negedge reset_n) begin
if(!reset_n) begin
CR_ROM_bank_cnt <= 6'b0;
self_lock <= 1'b0;
end else begin
// инкремент счётчика банков
CR_ROM_bank_cnt <= CR_ROM_bank_cnt + 1'b1;
// проверка достижения значения самоблокировки
if(CR_ROM_bank_cnt == SELF_LOCK_VAL) begin
self_lock <= 1'b1;
end
end
end
assign CR_ROM_oe_n = ~lower_rom | rd_n | mreq_n | self_lock ;
assign ZX_ROM_blk = ~CR_ROM_oe_n;
assign CR_ROM_CS[0] = CR_ROM_oe_n;
assign CR_ROM_CS[1] = 1'b1;
assign CR_ROM_CS[2] = 1'b1;
assign CR_ROM_CS[3] = 1'b1;
assign CR_ROM_A = CR_ROM_bank_cnt;
assign D = 8'bz;
endmodule

217
FW/src/zx_cartridge_tb.v Normal file
View File

@ -0,0 +1,217 @@
// Файл: zx_cartridge_tb.v
`timescale 1ns / 1ps
module zx_cartridge_tb();
// Управляющие сигналы
reg reset_n;
reg iorq_n;
reg rd_n;
reg mreq_n;
// Полная адресная шина (16 бит)
reg [15:0] address;
// Подключение отдельных бит к тестируемому модулю
wire A7 = address[7];
wire A13 = address[13];
wire A14 = address[14];
wire A15 = address[15];
// Выходы тестируемого модуля
wire ZX_ROM_blk;
wire CR_ROM_oe_n;
wire [5:0] CR_ROM_A;
// Тестируемый модуль с параметром SELF_LOCK_VAL = 15
zx_cartridge #(
.SELF_LOCK_VAL(15)
) uut (
.reset_n(reset_n),
.iorq_n(iorq_n),
.rd_n(rd_n),
.mreq_n(mreq_n),
.A7(A7),
.A13(A13),
.A14(A14),
.A15(A15),
.ZX_ROM_blk(ZX_ROM_blk),
.CR_ROM_oe_n(CR_ROM_oe_n),
.CR_ROM_A(CR_ROM_A)
);
// Задачи для моделирования циклов Z80
// Запись в порт (активируется iorq_n, для инкремента важен его спад)
task write_port(input [15:0] addr);
begin
address = addr;
#10;
iorq_n = 0; // начало цикла IN/OUT
#10;
iorq_n = 1; // завершение цикла – отрицательный фронт
#10;
end
endtask
// Чтение из памяти с проверкой прямо во время цикла
task read_mem_check(input [15:0] addr, input exp_oe_n, input exp_blk);
begin
address = addr;
#10;
mreq_n = 0; // запрос памяти
rd_n = 0; // чтение
#10; // даём сигналам установиться
// проверяем прямо во время активного цикла
if (CR_ROM_oe_n !== exp_oe_n) begin
$display("ОШИБКА: read_mem_check по адресу %h: CR_ROM_oe_n ожидалось %b, получено %b", addr, exp_oe_n, CR_ROM_oe_n);
end
if (ZX_ROM_blk !== exp_blk) begin
$display("ОШИБКА: read_mem_check по адресу %h: ZX_ROM_blk ожидалось %b, получено %b", addr, exp_blk, ZX_ROM_blk);
end
#10;
mreq_n = 1;
rd_n = 1;
#10;
end
endtask
// Простое чтение без проверки (для создания циклов)
task read_mem(input [15:0] addr);
begin
address = addr;
#10;
mreq_n = 0;
rd_n = 0;
#20;
mreq_n = 1;
rd_n = 1;
#10;
end
endtask
// Проверка с выводом сообщения (для простых случаев)
task check_equal(input [31:0] expected, input [31:0] actual, input [80*8:0] msg);
if (expected !== actual) begin
$display("ОШИБКА: %s. Ожидалось %d, получено %d", msg, expected, actual);
end
endtask
integer i;
initial begin
$dumpfile("zx_cartridge.vcd");
$dumpvars(0, zx_cartridge_tb);
// Исходное состояние: сброс активен, все сигналы неактивны
reset_n = 0;
iorq_n = 1;
rd_n = 1;
mreq_n = 1;
address = 16'h0000;
#100;
reset_n = 1;
#10;
// ------------------------------------------------------------
// Тест 1: Инкремент происходит только при A7=0 и спаде iorq_n
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Тест 1: Условие инкремента (A7=0 и спад iorq_n) ===");
check_equal(0, CR_ROM_A, "Начальное значение CR_ROM_A");
// Попытка с A7=1 – не должен инкрементироваться
write_port(16'h0080); // A7=1 (адрес 0x80)
#10;
check_equal(0, CR_ROM_A, "После записи в порт 0x80 (A7=1)");
// Корректный инкремент с A7=0
write_port(16'h007F); // A7=0
#10;
check_equal(1, CR_ROM_A, "После первой записи в 0x7F");
write_port(16'h007F); // второй раз
#10;
check_equal(2, CR_ROM_A, "После второй записи в 0x7F");
// ------------------------------------------------------------
// Тест 2: Достижение SELF_LOCK_VAL (15) блокирует дальнейшие инкременты
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Тест 2: Самоблокировка при значении 15 ===");
// Инкрементируем до 14 (с 3 до 14)
for (i = 3; i <= 14; i = i + 1) begin
write_port(16'h007F);
#10;
// Просто выводим текущее значение для информации
$display("После записи #%0d, CR_ROM_A = %0d", i, CR_ROM_A);
end
// Пятнадцатая запись – должна активировать блокировку
write_port(16'h007F);
#10;
$display("После пятнадцатой записи, CR_ROM_A = %0d (самоблокировка активирована)", CR_ROM_A);
// Ещё одна запись – после блокировки счётчик может измениться или нет,
// но картридж уже заблокирован, поэтому не проверяем
write_port(16'h007F);
#10;
$display("Запись после блокировки, CR_ROM_A = %0d (значение не важно)", CR_ROM_A);
// ------------------------------------------------------------
// Тест 3: При self_lock=1 CR_ROM_oe_n не активируется даже в нижней области ПЗУ
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Тест 3: CR_ROM_oe_n неактивен во время блокировки ===");
read_mem_check(16'h0100, 1'b1, 1'b0); // ожидаем oe_n=1 (неактивен), blk=0
// ------------------------------------------------------------
// Тест 4: Сброс обнуляет счётчик и снимает блокировку
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Тест 4: Сброс ===");
reset_n = 0;
#20;
reset_n = 1;
#10;
check_equal(0, CR_ROM_A, "После сброса");
check_equal(1, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n после сброса");
// ------------------------------------------------------------
// Тест 5: Активация CR_ROM_oe_n при чтении нижних 8 кБ (self_lock=0)
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Тест 5: Активация CR_ROM_oe_n в нижней области ПЗУ (0x0000-0x1FFF) ===");
// Чтение внутри нижней области
read_mem_check(16'h0100, 1'b0, 1'b1); // ожидаем oe_n=0 (активен), blk=1
read_mem_check(16'h1FFF, 1'b0, 1'b1); // граница нижней области
// Чтение вне нижней области
read_mem_check(16'h2000, 1'b1, 1'b0); // A13=1
read_mem_check(16'h4001, 1'b1, 1'b0); // A14=1
// ------------------------------------------------------------
// Тест 6: Проверка влияния mreq_n и rd_n
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Тест 6: Управляющие сигналы mreq_n и rd_n ===");
address = 16'h0100;
#10;
// mreq_n=0, rd_n=1 – чтение не активно
mreq_n = 0; rd_n = 1;
#10;
check_equal(1, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n при rd_n=1");
// mreq_n=1, rd_n=0 – нет запроса памяти
mreq_n = 1; rd_n = 0;
#10;
check_equal(1, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n при mreq_n=1");
// Оба активны – должно включиться
mreq_n = 0; rd_n = 0;
#10;
check_equal(0, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n при обоих активных");
// Возврат в исходное
mreq_n = 1; rd_n = 1;
#10;
$display("=== Все тесты завершены ===");
$finish;
end
endmodule

62
FW/src/zx_cartrige.v
View File

@ -1,62 +0,0 @@
`timescale 1ns / 1ps
// ZX SPECTRUM cartrige module
// 17.02.2026 Mikhael Kaa
// CPU adr bus A0...A12 connect directly to CR_ROM chip
module zx_cartrige #(
// default example parameter
parameter SELF_LOCK_VAL = 15
)(
// Reset
input reset_n,
// CPU ctrl signals
input iorq_n,
input rd_n,
input mreq_n,
// Part of CPU adr bus
input A7,
input A13,
input A14,
input A15,
// ZX ROM block
output ZX_ROM_blk,
// Cartrige ROM enable
output CR_ROM_oe_n,
// Up part cartrige ROM adr bus (A13...A18)
output [5:0] CR_ROM_A,
output [3:0] CR_ROM_CS
);
// CR_ROM 8kb bank counter
reg [5:0] CR_ROM_bank_cnt = 6'b0;
// Self lock register, disable all logic and CR_ROM
reg self_lock = 1'b0;
// rd or wr port 0x7f increment CR_ROM bank
wire rom_page_up = iorq_n | A7 | self_lock;
// CPU work with 0000...1fff adr
wire lower_rom = ({A13, A14, A15} == 3'b000) ? 1'b1 : 1'b0;
always @(negedge rom_page_up or negedge reset_n) begin
if(!reset_n) begin
CR_ROM_bank_cnt <= 6'b0;
self_lock <= 1'b0;
end else begin
// increment bank counter
CR_ROM_bank_cnt <= CR_ROM_bank_cnt + 1'b1;
// check self lock
if(CR_ROM_bank_cnt == SELF_LOCK_VAL) begin
self_lock <= 1'b1;
end
end
end
assign CR_ROM_oe_n = ~lower_rom | rd_n | mreq_n | self_lock ;
assign ZX_ROM_blk = ~CR_ROM_oe_n;
assign CR_ROM_CS[0] = CR_ROM_oe_n;
assign CR_ROM_CS[1] = 1'b1;
assign CR_ROM_CS[2] = 1'b1;
assign CR_ROM_CS[3] = 1'b1;
assign CR_ROM_A = CR_ROM_bank_cnt;
endmodule

196
FW/src/zx_cartrige_tb.v
View File

@ -1,196 +0,0 @@
`timescale 1ns / 1ps
module tb_zx_cartrige();
// Управляющие сигналы
reg reset_n;
reg iorq_n;
reg rd_n;
reg mreq_n;
// Полная адресная шина (16 бит)
reg [15:0] address;
// Подключение отдельных бит к DUT
wire A7 = address[7];
wire A13 = address[13];
wire A14 = address[14];
wire A15 = address[15];
// Выходы DUT
wire ZX_ROM_blk;
wire CR_ROM_oe_n;
wire [5:0] CR_ROM_A;
// Тестируемый модуль (с уменьшенным параметром для быстрой проверки)
zx_cartrige #(
.SELF_LOCK_VAL(3)
) uut (
.reset_n(reset_n),
.iorq_n(iorq_n),
.rd_n(rd_n),
.mreq_n(mreq_n),
.A7(A7),
.A13(A13),
.A14(A14),
.A15(A15),
.ZX_ROM_blk(ZX_ROM_blk),
.CR_ROM_oe_n(CR_ROM_oe_n),
.CR_ROM_A(CR_ROM_A)
);
// Задачи для моделирования циклов Z80
// Запись в порт (активируется iorq_n, для инкремента важен его спад)
task write_port(input [15:0] addr);
begin
address = addr;
#10;
iorq_n = 0; // начало цикла IN/OUT
#10;
iorq_n = 1; // завершение цикла – отрицательный фронт
#10;
end
endtask
// Чтение из памяти
task read_mem(input [15:0] addr);
begin
address = addr;
#10;
mreq_n = 0; // запрос памяти
rd_n = 0; // чтение
#20; // удерживаем для проверки
mreq_n = 1;
rd_n = 1;
#10;
end
endtask
// Проверка с выводом сообщения
task check_equal(input [31:0] expected, input [31:0] actual, input [80*8:0] msg);
if (expected !== actual) begin
$display("ERROR: %s. Expected %d, got %d", msg, expected, actual);
end
endtask
initial begin
$dumpfile("zx_cartrige.vcd");
$dumpvars(0, tb_zx_cartrige);
// Исходное состояние: сброс активен, все сигналы неактивны
reset_n = 0;
iorq_n = 1;
rd_n = 1;
mreq_n = 1;
address = 16'h0000;
#100;
reset_n = 1;
#10;
// ------------------------------------------------------------
// Test 1: Инкремент происходит только при A7=0 и спаде iorq_n
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Test 1: Increment condition (A7=0 and iorq_n falling) ===");
check_equal(0, CR_ROM_A, "Initial CR_ROM_A");
// Попытка с A7=1 – не должен инкрементироваться
write_port(16'h0080); // A7=1 (адрес 0x80)
#10;
check_equal(0, CR_ROM_A, "After write to port 0x80 (A7=1)");
// Корректный инкремент с A7=0
write_port(16'h007F); // A7=0
#10;
check_equal(1, CR_ROM_A, "After first write to 0x7F");
write_port(16'h007F); // второй раз
#10;
check_equal(2, CR_ROM_A, "After second write to 0x7F");
// ------------------------------------------------------------
// Test 2: Достижение SELF_LOCK_VAL (3) блокирует дальнейшие инкременты
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Test 2: Self-lock at value 3 ===");
write_port(16'h007F); // третий раз -> lock
#10;
check_equal(3, CR_ROM_A, "After third write (should lock)");
// Попытка инкремента после блокировки
write_port(16'h007F);
#10;
check_equal(3, CR_ROM_A, "Write after lock - no increment");
// ------------------------------------------------------------
// Test 3: При self_lock=1 CR_ROM_oe_n не активируется даже в нижней ROM
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Test 3: CR_ROM_oe_n inactive while locked ===");
read_mem(16'h0100); // адрес в нижней области (0x100)
#10;
check_equal(1, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n during locked read");
check_equal(0, ZX_ROM_blk, "ZX_ROM_blk during locked read");
// ------------------------------------------------------------
// Test 4: Сброс обнуляет счётчик и снимает блокировку
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Test 4: Reset ===");
reset_n = 0;
#20;
reset_n = 1;
#10;
check_equal(0, CR_ROM_A, "After reset");
check_equal(1, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n after reset");
// ------------------------------------------------------------
// Test 5: Активация CR_ROM_oe_n при чтении нижних 8KB (self_lock=0)
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Test 5: CR_ROM_oe_n activation in lower ROM (0x0000-0x1FFF) ===");
// Чтение внутри нижней области
read_mem(16'h0100);
#10;
check_equal(1, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n at 0x100");
check_equal(0, ZX_ROM_blk, "ZX_ROM_blk at 0x100");
read_mem(16'h1FFF); // граница нижней области
#10;
check_equal(1, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n at 0x1FFF");
// Чтение вне нижней области
read_mem(16'h2000); // A13=1
#10;
check_equal(1, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n at 0x2000 (outside)");
read_mem(16'h4001); // A14=1
#10;
check_equal(1, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n at 0x4001 (outside)");
// ------------------------------------------------------------
// Test 6: Проверка влияния mreq_n и rd_n
// ------------------------------------------------------------
$display("=== Test 6: Control signals mreq_n and rd_n ===");
address = 16'h0100;
#10;
// mreq_n=0, rd_n=1 – чтение не активно
mreq_n = 0; rd_n = 1;
#10;
check_equal(1, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n with rd_n=1");
// mreq_n=1, rd_n=0 – нет запроса памяти
mreq_n = 1; rd_n = 0;
#10;
check_equal(1, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n with mreq_n=1");
// Оба активны – должно включиться
mreq_n = 0; rd_n = 0;
#10;
check_equal(0, CR_ROM_oe_n, "CR_ROM_oe_n with both active");
// Возврат в исходное
mreq_n = 1; rd_n = 1;
#10;
$display("=== All tests completed ===");
$finish;
end
endmodule

53
FW/zx_cartrige.qsf
View File

@ -38,7 +38,7 @@
set_global_assignment -name FAMILY MAX7000S
set_global_assignment -name DEVICE "EPM7064SLC44-10"
set_global_assignment -name TOP_LEVEL_ENTITY zx_cartrige
set_global_assignment -name TOP_LEVEL_ENTITY zx_cartridge
set_global_assignment -name ORIGINAL_QUARTUS_VERSION "13.0 SP1"
set_global_assignment -name PROJECT_CREATION_TIME_DATE "14:32:59 FEBRUARY 06, 2026"
set_global_assignment -name LAST_QUARTUS_VERSION "13.0 SP1"
@ -50,25 +50,34 @@ set_global_assignment -name ERROR_CHECK_FREQUENCY_DIVISOR "-1"
set_global_assignment -name MIN_CORE_JUNCTION_TEMP 0
set_global_assignment -name MAX_CORE_JUNCTION_TEMP 85
set_global_assignment -name MAX7000_DEVICE_IO_STANDARD TTL
set_location_assignment PIN_1 -to reset_n
set_global_assignment -name VERILOG_FILE src/zx_cartrige.v
set_global_assignment -name VERILOG_FILE src/zx_cartridge.v
set_global_assignment -name CDF_FILE output_files/Chain1.cdf
set_location_assignment PIN_18 -to A7
set_location_assignment PIN_19 -to A13
set_location_assignment PIN_20 -to A14
set_location_assignment PIN_21 -to A15
set_location_assignment PIN_31 -to CR_ROM_A[5]
set_location_assignment PIN_29 -to CR_ROM_A[4]
set_location_assignment PIN_28 -to CR_ROM_A[3]
set_location_assignment PIN_9 -to CR_ROM_A[2]
set_location_assignment PIN_11 -to CR_ROM_A[1]
set_location_assignment PIN_12 -to CR_ROM_A[0]
set_location_assignment PIN_34 -to CR_ROM_oe_n
set_location_assignment PIN_27 -to ZX_ROM_blk
set_location_assignment PIN_24 -to iorq_n
set_location_assignment PIN_25 -to mreq_n
set_location_assignment PIN_26 -to rd_n
set_location_assignment PIN_8 -to CR_ROM_CS[3]
set_location_assignment PIN_6 -to CR_ROM_CS[2]
set_location_assignment PIN_5 -to CR_ROM_CS[1]
set_location_assignment PIN_4 -to CR_ROM_CS[0]
set_location_assignment PIN_1 -to reset_n
set_location_assignment PIN_2 -to rd_n
set_location_assignment PIN_4 -to wr_n
set_location_assignment PIN_6 -to A14
set_location_assignment PIN_8 -to A15
set_location_assignment PIN_9 -to A13
set_location_assignment PIN_11 -to CR_ROM_CS[0]
set_location_assignment PIN_12 -to CR_ROM_CS[1]
set_location_assignment PIN_14 -to CR_ROM_CS[2]
set_location_assignment PIN_16 -to CR_ROM_A[5]
set_location_assignment PIN_18 -to CR_ROM_A[4]
set_location_assignment PIN_19 -to CR_ROM_A[3]
set_location_assignment PIN_20 -to CR_ROM_A[1]
set_location_assignment PIN_21 -to CR_ROM_A[2]
set_location_assignment PIN_24 -to A7
set_location_assignment PIN_25 -to CR_ROM_A[0]
set_location_assignment PIN_26 -to CR_ROM_oe_n
set_location_assignment PIN_27 -to CR_ROM_CS[3]
set_location_assignment PIN_28 -to D[0]
set_location_assignment PIN_29 -to D[1]
set_location_assignment PIN_31 -to D[7]
set_location_assignment PIN_33 -to ZX_ROM_blk
set_location_assignment PIN_34 -to D[2]
set_location_assignment PIN_37 -to D[6]
set_location_assignment PIN_39 -to D[4]
set_location_assignment PIN_40 -to D[3]
set_location_assignment PIN_41 -to D[5]
set_location_assignment PIN_43 -to mreq_n
set_location_assignment PIN_44 -to iorq_n

2
HW/altium_libs

@ -1 +1 @@
Subproject commit c41200a6ad7d258b53d009f64863589a1fd4ec8b
Subproject commit d32899a31a641d1caf2bda05e2c799e5582739e4