Дело в том, что и для Famicom, и для NES выходили самые разные аксессуары: 3D очки, клавиатуры, роботы, считыватели штрих-кодов, всякие игровые контроллеры и . До нас же дошёл только световой пистолет. Передо мной стояла задача собрать устройство, которое совмещало бы в себе разветвитель на четыре игрока (да, были такие игры) и Arkanoid-контроллер.
Порты ввода-вывода
Прежде всего стоит рассказать, как же работают с джойстиками игровыми контроллерами Famicom, NES и Dendy, и чем же они отличаются в этом плане.
С точки зрения игр порты ввода-вывода представляют из себя два регистра с адресами $4016 и $4017, которые ассоциированы соответственно с двумя портами, куда всё и подключается. Но на стандартных контроллерах для чтения данных используется только один провод — D0, данные с которого соответственно доступны через младший (нулевой) бит в каждом из регистров: $4016.0 и $4017.0. Аналогично используется один провод на запись, его обычно называют STROBE (или LATCH), который сбрасывает счётчик внутри геймпада, и который доступен через запись в $4016.0 (да, для обоих контроллеров он общий).
Проще говоря, чтобы получить состояние кнопок на первом контроллере надо сначала записать 1 в $4016.0, сразу же записать туда же 0, сбросив таким образом счётчик, а потом прочитать $4016 и $4017 восемь раз (для каждой из кнопок), получая данные о кнопках из младшего бита. Но для чего же остальные биты в этих регистрах, куда идут эти линии? Рассмотрим порт контроллера у NES: Да, на него на самом деле идут D3 и D4! Именно они и доступны через $4016.3, $4016.4 у первого порта и $4017.3, $4017.4 у второго, и именно они используются для нестандартных контроллеров.
Что же касается его японского собрата — Famicom, там нет этих портов, да и сами игровые контроллеры не отсоединяются от консоли, но у него есть порт расширения, который представляет из себя разъём DB-15. Знакомо выглядит, правда? Да, когда китайцы проектировали нашу Денди (я сомневаюсь, что её проектировали у нас), и им нужно было сделать отсоединяющиеся контроллеры, они решили взять за основу именно порт расширения, ведь в нём есть контакты для второго контроллера, и он на Famicom расположен чуть правее центра. Им тут даже распиновку менять не пришлось. Что же касается первого контроллера, они взяли тот же DB-15, расположили его слева и поменять распиновку так, чтобы можно было подключать первый контроллер. И только его.
Сравните сами передние порты у Famicom и у нашей Денди: Вот такая вот странная история этих пятнадцатипиновых разъёмов у геймпадов, которые используются в нашей стране.
Но давайте посмотрим, что же выведено на этот порт расширения у Famicom? (скриншот с сайта )
Да, на него идут ещё $4016.1 (на ввод), $4017.0-4 (на ввод), $4017.0-2 (на вывод), внешнее прерывание и даже звук! Я был очень приятно удивлён, когда разобрал Денди и увидел, что всё это есть и там: Правда, не во всех моделях, как выяснилось позже. Но если это есть, значит есть и полная совместимость с аксессуарами для Famicom, и их могут использовать соответствующие японские игры. Но напомню, что Денди — это очень странная смесь NES и Famicom, PAL и NTSC. Пираты выпускали для неё и японские, и американские игры, которые по сути на 100% совместимы, если не брать в рассчёт эти аксессуары и разный формат картриджей.
Итого: в некоторых Денди есть все те же выводы, что и на Фамикоме, которые при этом включают в себя часть выводов доступных на NES. Отсутствует доступ к $4016.3 и $4016.4, но они используются крайне редко. В виде таблички для наглядности: Принцип работы аксессуаров
Американский разветвитель на четыре игрока для NES называется Four Score представляет из себя простой набор сдвиговых регистров. Т.е. первые восемь чтений из $4016.0 дают данные из первого контроллера, а вторые восемь — из третьего. Аналогично $4017.0 даёт данные о втором и четвёртом контроллерах. Помимо этого при продолжении чтения устройство выдаёт свою сигнатуру, с помощью которой игра определяет, что подключен именно Four Score, а не что-то ещё. Получается, что такое устройство можно собрать из шести сдвиговых регистров (4021 или 74165), и оно будет работать на любой Денди, ведь для него не требуются дополнительные линии данных. Само собой, только с американскими играми, которые выходили для NES.
Японский аналог для Famicom устроен гораздо проще. Третий и четвёртый контроллеры подключаются напрямую в порт расширения и доступны через $4016.1 и $4017.1. Соответственно для такого переходника нам уже нужен полноценный порт расширения у Денди, иначе поиграть вчетвером в японские игры не получится.
Arkanoid-контроллер, как ясно из названия, используется для игры Arkanoid и представляет из себя ручку-крутилку и одну кнопку. Внутри же это аналого-цифровой преобразователь и сдвиговый регистр, который так же последовательно выдаёт положение ручки. Разница между японской и американской версией только в способе подключения. Японская версия игры читает положение ручки и состояние кнопки из $4016.1 и $4017.1, а американская версия из $4016.3 и $4016.4 соответственно. Получается, что для японского Арканоида нужен полноценный порт расширения, а для американского подойдёт любая денди, где работает световой пистолет (он использует те же выводы).
Создание своего аксессуара
Хотя сами по себе вышеперечисленные устройства имеют простую схему и собираются из простейших логических компонентов, для сердца устройства типа «всё в одном» я решил использовать ПЛИС. Тем более мне было высказано пожелание сделать там ещё и простейший переключатель-свитч, а мне хотелось сделать возможность менять местами кнопки A и B. Сначала я выбрал Altera EPM3064ATC100, но вскоре выяснилось, что 64 макроячейки мне не хватит, и выбор пал на EPM3128ATC100, где уже 128 макроячеек.
Если уж на то пошло, я решил совсем не мелочиться и поставить в устройство ещё и какой-то экран, на котором показывались бы текущий режим и меню с настройками, к тому же у меня давно валялся без дела один знакосинтезирующий «16x2» дисплей. Вот для работы с ним уже нужен микроконтроллер, и я выбрал ATMEGA16.
Мне всегда было сложнее всего придать устройству приятный внешний вид. Всё-таки я программист, а не дизайнер, но именно при изготовлении устройства в подарок хотелось сделать его максимально красивым и удобным. Тем более это чуть ли не единственный способ как-то показать другим своё произведение искусства: фотографии и видео — это не то, по готовым схемам и 3D моделькам такие вещи воссоздают единицы, серийное производство наладить тяжело, а вот подарок — самое то.
Итак, требования к внешнему виду были такие: четыре порта для стандартных DB-15 контроллеров от Денди, четыре кнопки для их выбора и настройки, кнопка «режим», кнопка «настройки», удобная ручка для Arkanoid и кнопка для него же, которые должны располагаться достаточно удобно и не мешаться. Помимо этого хотелось сделать, чтобы активные порты подсвечивались светодиодами и как-то интуитивно связывались с соответствующими кнопками, логичнее всего при этом расположить разъёмы в ряд, но эти дурацкие DB-15 слишком огромные для этого. Помимо всего устройство должно удобно лежать в руках, ведь оно само по себе игровой контроллер для Arkanoid. В итоге я пришёл примерно к такому виду: Кнопки в ряд, порты друг над другом, ручка сбоку, кнопка для Arkanoid сзади слева.
Получается, что места внутри достаточно много. Поэтому ПЛИС с разъёмами под провода и гнёзда я решил вынести на одну плату, а микроконтроллер с экраном и кнопками — на другую. Соединяются они при этом простейшим последовательным интерфейсом.
Плата с ПЛИС (первая версия): Вторая плата: Код для ПЛИС я писал на Verilog. Для каждого режима он получается достаточно простым. В первую очередь для многих из них нам надо считать обращения к каждому из портов, т.е. импульсы на проводе clock:reg [4:0] counter1; reg [4:0] counter2; always @ (posedge strobe_in, posedge clock1_in) begin if (strobe_in) counter1