cpu.txt

Back in 2002, the 6502 disappeared out of all catalogues. Wanted to know, if it s possible to buil

Beschreibung M02, (c) Dieter Mueller 2002,2003
Description  M02, (c) Dieter Mueller 2002,2003
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Ziel war der Bau eines moeglichst kompakten Prozessors aus StandardBauteilen,
der in etwa die Geschwindigkeit eines 1 MHz 6502 erreicht, und alle legalen
OpCodes ausfuehren kann.
Dieses Ziel wurde mit M01 unter (fuer mich) akzeptablen Opfern erreicht:
Zwei EPROMs als ALU, ein RAM fuer die Register, und ein zum 6502 nicht
kompatibeles Timing.

Nach einer Untersuchung der zusaetzlichen legalen Befehle des 65C02 wurde
festgestellt, dass sie sich durch Microcode ohne Aenderung der Hardware
emulieren liessen.
Also wurden sie mit in den Microcode eingebaut.

Es war offensichtlich, dass ein Adressbereich von 64 kB auf lange Sicht nicht
ausreichen wuerde.
Eine Erweiterung des Adressbereiches ueber 64 kB erschien also sinnvoll.
Der 65C816 hatte diese Eigenschaften.
Eine Untersuchung des Befehlssatzes ergab, dass sich der Aufwand fuer den
Einbau von 8 zusaetzlichen Adressleitungen und den dazugehoerigen Befehlen
bei M01 noch in akzeptablen Rahmen befand.

Waehrend der Entwicklung von M01 traten gewisse technische Probleme auf, die
nach und nach beseitigt wurden... allerdings wurde durch die Anzahl der
Aenderungen (Draehte und Bauteile, die nach allen Richtungen aus der
Leiterplatte herauswuchsen) eine komplette Ueberarbeitung von Schaltplan und
Layout notwendig.
Also wurde beschlossen, M01 zu verschrotten, und gleich einen neuen Prozessor
zu entwickeln, der 24 Adressleitungen hatte: M02.

Deshalb sind drei EPROMs im Microcode wie bei M01, und das vierte steuert nur
A16..23.

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The intention was to build a CPU as compact as possible, from StandardParts,
able to reach the speed of the 1 MHz 6502, and to run all legal OpCodes.
This objective had been reached with M01, with some (for me) acceptable
sacrifices: two EPROMs as ALU, one RAM for the registers, and a timing not
compatible to the 6502.

After an examination of the additional legal 65C02_OpCodes, it was obvious
that they could be emulated by microcode without modification of the hardware.
So they had been implemented.

It was obvious, that a 64 kB AddressSpace whould not be enough in the long
run.
An extension of the AddressSpace above 64 kB looked useful.
The 65C816 had those attributes.
An examination of the OpCodes showed, that the cost for adding 8 AddressLines
and the belonging OpCodes was reasonable.

During development of M01 some minor problems showed up, that could be
eliminated... but the amount of modifications (wires and components that
started growing out of the PCB in several directions) made a complete work
over of schematics and layouts necessary.
So the decision had been made to scrap M01, and to build a new CPU, that
had 24 AddressLines: M02.

And that is the reason why three microcode_EPROMs are identical to M01,
and the fourth only controls A16..23.

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M02 Spezifikation

Hardware:

 Selbstgebauter 8 Bit Prozessor, 40 ICs auf 2 Leiterplatten.
 16 MByte Adressbereich.
 Durchsatz wie 1 MHz 6502.
 Timing nicht 6502 kompatibel (kein phi2)

Software:

 Alle legalen 6502 und 65C02 OpCodes (kein WAI,STP).
 Viele Adressierungsarten des 65C816 (kein BlockMove).
 Zwei Akkus, DirectRegister mit Bit 0..7 immer auf null.
 Einige 65C816 Befehle, um damit umzugehen.

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M02 Specification

Hardware:

 self build 8 Bit CPU, 40 ICs on 2 PCBs.
 16 MByte AdressRange.  
 Speed like the 1 MHz 6502.
 Timing not 6502 compatible (no phi2)

Software:

 All legal 6502 and 65C02 OpCodes (no WAI,STP).
 A lot of the 65C816 AddressingModes (no BlockMove).
 Two Accumulators, one DirectRegister with Bit 0..7 always zero.
 Some 65C816 OpCodes to use them.

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Schlussworte:

 Das C64 Kernal + Basic liefen ohne Probleme, es musste lediglich ein Byte
 im Kernal geaendert werden, um ohne RasterzeilenInterrupt hochzufahren.
 ($FF61 von $D0 auf $24 geaendert.)

 Die zusaetzlichen Befehle/Adressierungsarten wurden getestet.
 Es stand kein 65C816 (oder 65C816 Emulator) zur Verfuegung, also konnte
 die Kompatibilitaet zum 65C816 nicht getestet werden.

 DezimalModus wird nicht unterstuezt, kann aber nachgeruestet werden.

 Der Prozessor signalisiert ueber AS=1 eine gueltige Adresse.
 Dieses Signal wird vom Microcode erzeugt.
 Theoretisch liesse sich durch ein komplettes Umschreiben des Microcodes
 daraus ein periodischer phi2 machen. Habe ich aber nicht vor.

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Some final words:

 C64 Kernal + Basic worked without problems, only one byte in the Kernal
 had to be changed to boot without RasterLine interrupt.
 (changed $FF61 from $D0 to $24.)

 The additional OpCodes/AddressingModes have been tested.
 There was no 65C816 (or 85C816 emulator) available, so the compatibility
 to the 65C816 remains untested.

 DecimalMode is not supported, but could be build in later.

 The CPU indicates a valid address with AS=1.
 This signal is generated by microcode.
 Theoretically it could be possible to generate a periodic phi2 by rewriting
 the whole microcode. Won't do that.

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 Viel Glueck/Erfolg/Spass beim Nachbau fuer Nicht_Kommerzielle Anwendung.
 Have Luck/Success/Fun while rebuilding it for non_commercial purpose.


Sorry for my bad English.