ISA melalui USB

Apa itu?

Proyek ini memungkinkan penggunaan kartu ekspansi ISA pada komputer modern melalui antarmuka USB. Tujuan utama proyek adalah untuk mempelajari bus ISA, bukan untuk membuat produk yang sempurna.

Prototipe pertama (Arduino Mega / berbasis AVR)

Untuk memahami bus ISA, sebuah Arduino Mega 2560 dihubungkan secara manual ke slot ISA. Konverter switching kecil menyediakan rel tegangan -5V dan -12V untuk kartu ISA, dan gerbang OR 74HCT32 digunakan sebagai buffer clock untuk clock 14,31818 MHz.

Arduino menggunakan protokol serial yang sangat sederhana untuk menerima transaksi dari PC:

• r - baca dari memori
• w - tulis ke memori
• i - baca dari ruang I/O
• o - tulis ke ruang I/O

Utilitas Linux 'isapnptools' digunakan pada tahun 1990-an untuk mengonfigurasi kartu ISA Plug & Play. Utilitas ini dimodifikasi untuk mengalihkan semua akses I/O ke koneksi serial.

Kartu ISA-over-USB berbasis STM32

Karena kinerja Arduino Mega terbatas oleh kinerja CPU yang tersedia, bukan bus USB itu sendiri, dirancang kartu adaptor ISA berbasis STM32. Kartu ini mencakup STM32H743 dengan SDRAM eksternal dan antarmuka USB 1.1 asli. Desain STM + SDRAM telah digunakan sebelumnya, sehingga kami sudah familiar dengan MCU tersebut.

Emulator x86 PCem dimodifikasi untuk mengalihkan panggilan memori dan I/O tertentu ke kartu STM32. Hal ini memungkinkan mesin virtual untuk menggunakan periferal ISA asli seperti kartu suara, kartu video, atau kartu penganalisis POST.

Anda dapat melihat kinerja gulir yang lambat. Ini disebabkan oleh kecepatan transfer maksimum antarmuka USB. Untuk menggulir, seluruh konten layar perlu dibaca dan ditulis kembali ke alamat yang berbeda. Dengan total 1000 akses per detik, menggulir seluruh layar memerlukan waktu.

Emulasi PC mandiri STM32

Dengan STM32H743 yang cepat dan SDRAM eksternal, dilakukan upaya porting PCem ke ARM 32-bit di dalam STM32. Kami berhasil mengeksekusi cukup kode BIOS untuk menginisialisasi kartu VGA dan mendapatkan layar Award BIOS pertama, tetapi tidak berhasil lebih jauh. Kode PCem melakukan banyak akses memori tidak sejajar (yang tidak mungkin dilakukan pada arsitektur ARM 32-bit).

Pengaturan serupa dengan CPU arm64 yang jauh lebih cepat seperti pada Raspberry Pi akan menjadi platform target yang baik untuk eksperimen lebih lanjut. Ini juga akan memungkinkan penggunaan JIT x86->arm64. Chip BCM2835 juga memiliki fitur SMI, yang dapat digunakan untuk antarmuka bus berkecepatan tinggi dengan latensi rendah. PCIe (baik dengan FPGA atau konverter WCH-IC) juga bisa menjadi target yang menarik.

Tautan

• ISASTM: desain KiCAD
• ISASTM firmware: repositori CubeMX