[recovery mode] Эмулятор CD-Rom для SonyPlaystation который я писал больше десяти лет. Часть 1
Давным-давно у нас городе был игровой клуб на несколько SonyPlaystation. Где я очень по многу зависал. Там я полюбил PS1 и игры на неё. Использования CD-Rom в качестве носителя для позволила привнести в игры ошеломительные по тем временам видео вставки, CD музыку в качестве оформления игрового процесса, возможность делать игры многодисковыми (с картриджами такого вроде не проворачивали), что был несомненный плюс. Но и привнесло один минус, а именно деградация лазера привода. И если в домашних условиях, возможно, это была и не большая проблема, то в игровом салоне умирали они раз в 2–3 месяца. Вот ещё там у меня родилась идея сделать эмулятор CD-Rom. И через очень много лет я таки исполнил свою мечту.
В статье могут встречаться страшные картинки, не оптимальные схемы, неверные решения. Если вы к этому готовы и вам это интересно добро пожаловать под кат.
PS. я знаю про существование psio, и эмуляторы консолей, но мне был интересен процесс.
1. Попытка первая, изучение схемы
В общем двадцать лет назад там где я жил интернета, можно сказать не было. Найти в нем, что-то тоже было сложней. Но тогда были достаточно интересные книги. Одну, из которых мне и удалось раздобыть. А именно «Игровые приставки. Ремонт и обслуживание». Где и была найдена схема PS1. После изучения схемы, а ещё и под влиянием того, как она была разбита в этой книге, в голове созрела мысль, что проще всего «эмулировать» микросхему CXD2545.
Задача не казалась особо сложной и сигналов, которые надо было эмулировать, было не так и много около пятнадцати. Мне казалось, что приставка посылает управляющие команды, а этот чип выдает данные с нужного сектора компакт диска. В целом я был не очень далек от правды. Добравшись до интернета, я смог найти даташит на CXD2545. Правда, в очень ужасном качестве, в виде очень кривого скана с бумаги. Но в целом стало понятно для чего нужны все сигналы, и примерный протокол их работы. Потом я увидел список команд, которые понимает этот чип, и понял, что не осилю. Так как на тот момент помигать светодиодом на AVR был подвиг. Ну и у меня не было самой PS1, и мощной AVRки тоже не было. И так идея ложится в долгий ящик первый раз.
2. Попытка номер два, через много лет
Всё что описано дальше актуально для плат с низкой степенью интеграции SCPH-5XXX и ниже.
2.1 Что предстоит эмулировать
Прошло много лет, я успел поработать админом, обзавестись паяльной станцией, платой DE1 от Terasic, логическим анализатором и самой PS1. И время от времени на ней поигрывал, но во в ней таки додох лазер, так что FF IX я пройти смог, а финальную заставку смотрел уже на ютубе. Потому что, вот не могла она прочитать заставку финальную, хотя на PC диск читался идеально. И тут вспомнилась давняя идея. И после непродолжительных поисков в инете был найден уже в нормально качестве даташит на CXD2545. И также стало понятно, что именно надо делать со всеми (почти со всеми как я ошибался насчет SENS) управляющими сигналами. Все сигналы можно разделить на: передачу данных, передачу данных субканала, статусные и управляющие:
Передача данных:
Передача данных субканала:
Статусные сигналы:
Управляющие сигналы:
Есть ещё некоторые сигналы, но они не особо интересны и нужны (ну по крайней мере сейчас).
2.2 Логический анализатор, и анализ полученных данных
2.2.1 Подготовка
Сигналы, которые нужно было поглядеть, были известны. Как они должны выглядеть было написано в даташите. Теперь оставалось проверить, как оно всё выглядит на самом деле и как приставка общается с этим контроллером. И тут надо сказать отдельное спасибо инженерам Sony. На плате приставки огромное количество тестовых точек. На которые выведены почти все интересующие сигналы. Покопавшись в интернете были, найдены фото в высоком разрешении верхней и нижней сторон платы. Которые сильно упростили поиск нужных тестпоинтов. Распаял кучу проводов, которые затем вывел на колодку типа IDC и приступил к изучению.
После всех приготовлений, было снято несколько образцов работы сигналов. Всё что было использовано выкладываю на здесь, открыть логи можно при помощи фирменной утилиты от анализатора DSLogic. Но надо учитывать, что по каким то причинам которые я уже не могу вспомнить, хотя анализатор и 16 канальный я не делал захват линий данных с сидирома. Возможно мне показалось что там в принципе нет ничего интересного. Поэтому смотрите аннотацию сигналов где что. Также следует учитывать что у меня оказался убит седьмой канал на анализаторе поэтому сигнал SCOR хватался не криво и через раз, но это не особо мешало.
2.2.2 Анализ
Для начала я захватил событие чтение оглавления диска (TOC) на двух дисках. И посмотрел что получилось.
Начнем с данных ибо тут никаких сюрпризов не было. Мы должны видеть вот такую картину:
Сигнала WDCK у нас не используется. А так имеется 24 бита сигнала, на каждый канал, записанные от старшего к младшему, при этом первые 9 бит одинаковы. Мне кажется что первые 8 бит вообще не используются дальше, но я не проверял. А вот так видим на анализаторе:
Пины 3,4,8 всё сходится с даташитом. Надо также учесть, что тактовая частота, и сигнал указания канала передаются даже если данных с сидирома не идёт.
Дальше данные субканала. Здесь по больше части тоже без сюрпризов.
На линии SCOR появляется импульс в момент когда привод встречает так называемую последовательность S0 или S1 при чтение фрейма с диска, что это я, возможно расскажу, но если говорить упрощенно это метка начала сектора. После этого сигнал SUBQ должен перейти в высокое состояние, это говорит о том, что есть готовые данные в буфере субканала. Дальше при помощи SQCK мы по одному биту вытаскиваем 96 бит данных, из них к субканалу относятся первые 80 бит, последние 16 это какой то PeakMeter скорей всего он имеет адекватные значения только для аудио-сд. Последние 16 бит могут иметь и другие значения, но я не видел вариантов, чтобы приставка переключалась в другой режим. Да я говорил почти без сюрпризов, но сюрпризы таки были:
Как видим здесь читается 18 бит, что очень странно, но в последствии мы разберемся, что это такое. И не мусор ли это вообще.
А вот тут начинается уже интересное, а именно управляющие сигналы. По даташиту эту выглядит так:
То есть загоняем биты по одному от младшего к старшему, а сигнал XLAT защелкивает полученную комбинацию и отсылает на исполнение. Это позволяет делать переменную длину параметров команды,
Что видим на самом деле:
Вроде бы всё так, но мне совершенно непонятно было зачем ещё шлются байты 0×50 и 0xA0, но не защелкиваются (а надо внимательно даташит было читать, но это же, так скучно). В общем шлёт да и шлёт, с кем не бывает.
И остаются последние два сигнала SENS и SCLK:
По описанию в русскоязычных источниках SENS работает вместе с SCLK, но SCLK ни разу не поменял свое состояние. По даташиту:
SENS output to CPU.
Причем я прочитал даже как оно работает без SCLK и всё равно не понял почему же оно так ведет. Почему меняет состояние когда вздумается. И в голове мелькнула шальная мысль, что нога болтается в HI-Z состоянии и просто ловит наводки от соседних пинов. Для теста подтянул пин к земле привод даже не стал раскручивать диск. Подтянул в VCC и всё отлично работало. Это была моя первая серьёзная ошибка которая в будущем потрепала нервы. Но об этом позже.
2.2.3 Выводы
После просмотра сигналов и чтения даташита. Было понятно, что это относительно низкоуровневая микросхема. Цель, которой управлять механикой привода, и выдавать данные, полученные с диска. Ни про какие сектора это чип знать не знает, за это отвечает внешний чип, также как и за указания, куда позиционировать лазер. Причем не указание точного места позиционирования, а по принципу левей/правей в поисках нужных данных, на основе полученных данных субканала.
Задача эмуляции это микросхемы выглядела не очень сложной. Принимать команды, и эмулировать на выходе данные субканала, и данные привода. Доверить всё это дело я решил плате DE1. Во-первых, она у меня была. Во-вторых, валялась без дела. Ну и третьих мне показалось, что FPGA просто идеально подходит для таких дел, это оказалось правдой. К тому же там уже есть слот для SD карты, откуда и собирался брать данные для эмуляции. В общем задачей номер один стало проэмулировать, чтение оглавление диска. А для этого нужно было понять как оно формируется,., но об этом поговорим в следующей части.
