C64 a Fondo – 6502 vs 6510 Parte 7 –VIA interfaz con periféricos

Hola, en esta entrega vamos a estudiar que usan los procesadores para hablar con los periféricos (datasette, disquetera) sin tener que estar constantemente congelados esperando una respuesta de ellos.

¿Por qué necesito algo entre el 6502/6510 y un periférico?

Los procesadores tienen como características ser muy rápidos, estamos hablando de 1 millón de operaciones o ciclos de reloj por segundo en el caso del 6510. Un periférico como el datasette o la disquetera está en el orden de 300 bytes por segundo de transferencia. 

Si el procesador tuviera que esperar cada acceso de información disponible sería toda la computadora extremadamente lenta, por eso ponemos un chip en el medio para que hable con el procesador y los periféricos.

Este chip tiene como función recibir la información que el 6510 le envía, mantenerla y pasarla al periférico y también recibir la información desde el periférico, mantenerla y avisar al procesador que tiene información disponible para él. De esta forma el bus de datos se mantiene libre hasta que el procesador tenga que comunicarse con el VIA.

El VIA – Versatile Interface Adapter

El MOS 6522 conocido también como VIA es un chip que nos permite tener comunicación con dos puertos para periféricos (A y B) que manejen hasta 8 bits de información en el canal de datos cada uno, la misma cantidad que manejan el 6502 y el 6510 en su bus de datos. 

Cada puerto tiene capacidad de mantener la información recibida por el periférico (input latching) y cada bit de los puertos puede ser seleccionado como input o output, lo que permite una comunicación directa y bidireccional entre el procesador y el periférico.

Este chip posee 16 registros internos que permiten entre otras funciones:

  • Seleccionar si los pines del canal de datos son de input o output
  • Almacenar la información que entrega o recibe el procesador de modo de mantener el canal de datos vacío pero la información preservada.
  • Elegir si el VIA puede o no interrumpir al procesador cuando tiene información para entregar.

Pinout del VIA

El VIA posee 40 pines que permiten desde realizar direccionamiento, seleccionar o no el chip, hacer un reset, interrumpir al procesador y comunicarse con los periféricos. Cuando algún puerto tenga como última letra una B larga, en este diagrama significa BARRA, leer como si tuviera una barra encima o sea que el pin es Active Low, se activa cuando el voltaje va a cero (<0,4v en este caso)

VSS y VDD/VCC son los pines de Ground y 5 Volts respectivamente

PA0 a PA7 son pines de datos bidireccionales (input y output) para el primer puerto de periféricos el A, el periférico se comunica con el 6522 por esos pines.

PB0 a PB7 son pines de datos bidireccionales (input y output) para el segundo puerto de periféricos el B, el periférico se comunica con el 6522 por esos pines.

CB1 y CB2 son pines de control del puerto B permitiendo cosas como decidir en base a sus input si interrumpe o no al procesador

CA1 y CA2 son pines de control del puerto A permitiendo cosas como decidir en base a sus input si interrumpe o no al procesador

RS0 a RS3 son pines que permiten seleccionar que registro interno del VIA se accede cuándo el procesador lee o escribe los puertos de datos D0 a D7

RESB puerto de reset, el 6522 necesita de un reset cuando el 6502 es prendido por primera vez o pasar por un reset en este pin recibe la señal. (Active Low).

D0 a D7 en estos pines el procesador 6502/6510 se comunica con el 6522 para leer o escribir datos y acceder a cualquiera de los registros internos del VIA.

PHI2 en este pin se recibe la señal de reloj que es la misma que usa el 6502, al estar diseñado el 6522 para trabajar con estos procesadores todo el timing interno funciona coordinadamente con esta línea de procesadores.

CS1 y CS2B ambos pines son usados para seleccionar al chip (pines de chip enabled) cuando el CS1 es high y el CS2 es low el chip sabe que se están comunicando con él y lee o escribe en el bus de datos respectivamente.

RWB este pin específico se está realizando una lectura (high) o una escritura (low) a los pines D0 a D7.

IRQB este pin cuando está en estado low crea una interrupción al procesador para que este tome información del puerto de periférico que corresponde.

Función de input/output

La función de input output del VIA esta programada a través de los registros internos del chip.

Si queremos usar por ejemplo los puertos del PB0 al PB7 como output para darle información al periférico debemos primero seleccionar el Data Direction Register B. El mismo se selecciona a través de los puertos RS0 a RS3 en este caso poniendo los pines con los valores de 0v o Ground (<0.4 volts) en caso de tener un 0 en la tabla siguiente o 5v en caso de tener un valor 1:

RS3= 0 RS2= 0 RS1= 1 RS0= 0

Esto corresponde con el valor 2 del Register Number (DDR B). Luego de esta selección el procesador debe escribir el valor deseado a través de los pines D0 a D7. Para poner un pin en OUTPUT el valor deberá ser 1 y en INPUT deberá ser cero. Si quisiera poner todos los pines como output el procesador escribirá 1111 1111.

Luego el procesador debe enviar la información que quiere mandar de output al periférico para esto se utiliza el registro Output Register. En nuestro caso usaremos el Output Register B para seleccionarlo en los pines RS3 a RS0 poner los siguientes valores:

RS3= 0 RS2= 0 RS1= 0 RS0= 0

Que corresponden al valor de registro cero. Si quisiera tener como valores de Salida en PB7 a PB0 los valores 10101010 debería escribir estos mismos en el registros enviando esta información por los pines D7 a D0.

Estos puertos soportan input latching, que es una característica por la cual el puerto conserva el valor de input que recibió desde el periférico aunque el mismo no refresque la señal. Los datos se mantienen (aunque cambien los valores en los pines PB0 a PB7) mientras el flag CB1 de interrupción este set y se borran cuando este flag es desactivado. Para controlar si usamos o no input latching o si los pines solo reflejan el valor eléctrico que poseen en el instante usamos el registro C, Peripheral Control Register. Lo mismo aplica para el Port A.

Funciones adicionales

El VIA también provee dos timers y un Shift Register de paralelo a serial / serial a paralelo.

Timers

El Timer 1 es un contador de cuenta regresiva de 16 bits que se carga usando los registros 4 y 5 donde primero se carga la información en dos registros de tipo latch, recordando el chip la misma y luego se pasa la información a los registros del contador. Cuando este llega a cero se produce una interrupción y se pone a ground el pin de IRQB.

El Timer 2 es un contador por intervalo en el cual desde que se carga su valor inicial comienza a contar o puede también contar los pulsos recibidos en el pin PB6 del Puerto B.

Los modos de ambos Timers se setean con el registro B el Auxiliar Control Register.

Shift Register

El shift register es un registro que va a rotar los 8 bits que posee a través del pin CB2 o puede cargarse (input) a través del pin CB1 o también vaciarse (output) a través del mismo pin CB1. Muy útil para hacer conversiones serial/paralelo paralelo/serial.

El timing del shift register puede ser controlado por el Timer 2, el reloj del sistema PHI2 o un reloj externo.

Cómo funciona el de la Commodore 64 el VIA

¿Dónde usaba Commodore al VIA?

Commodore usó el VIA en diferentes productos no así en la Commodore 64 donde uso el CIA o MOS 6526 que revisaremos en un próximo artículo. Podemos ver a continuación los motherboard del VIC 20 y la disquetera 1541 donde sí fue utilizado.

El VIA en funcionamiento

Para ver visualmente como conectar un VIA al 6502 y al 6510 les dejo como siempre un video en detalle de la serie. En este vamos a ver cómo se conectan los pines, que código máquina escribir para comunicarnos con los registros internos y un ejemplo de output utilizando Leds. Todo programado directamente en código máquina.

6522 VIA Versatile Adaptive Interface – 6502 vs 6510 parte 7

Artículos en la serie C64 a Fondo

A continuación les dejo los links a los artículos anteriores de la serie

Introducción

Parte 1 – El módulo de reloj

Parte 2 – Pinout 6510 y 6502

Parte 3 – Codeando a Mano la Primera Instrucción de Código Máquina

Parte 4 – Primer Programa desde EEPROM

Parte 5 – I/O Pins del Procesador

Parte 6 – MOS 6503 Una Rareza

Referencias

A continuación les dejo algunos links donde profundizar el tema

Video de la serie 6502 vs 6510 Parte 7 – El VIA

MOS 6522 Versatile Adaptive Interface VIA – 6502 vs 6510 parte 7

Libros y artículos 

Libro Machine Language for the Commodore 64,128,  y otras Computadoras Commodore Anexo I

MCS6522 VERSATILE INTERFACE ADAPTER

W65C22 (W65C22N and W65C22S) Versatile Interface Adapter (VIA) Datasheet 

Commodore 64 clock using the CIA TOD clock (from “Compute!”) | Retro64 

Referencias de velocidades de transferencias de periféricos:

C64/C128 I/O performances 

Y como siempre la serie de Ben Eater del 6502

Build a 6502 computer | Ben Eater 

Todos los ejemplos de código de los videos los pueden encontrar en:

https://github.com/carlinhocr/6502_vs_6510

Autor: Electrolinho

Empecé con la Commodore de chico, sigo con la Commodore de grande. Programo para 6502, Arduino, Raspberry y algunos algoritmos de Bioinfomática, algo en C++, algo en Python, algo en Assembler. Fanático de la electrónica home brew desde breadboard a diseñar PCBs propios. Mi GitHub para quien quiera sumarse a los proyectos y chusmear código: https://github.com/carlinhocr/ Desde Argentina al Mundo

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