侏罗纪计算机: 基于FPGA复活计算机界的“恐龙”—— Commodore 64/65

作者:清风流云

背景:
Commodore 64是出产于1982年8月的一款8位家用电脑,其出产商Commodore(康懋达)是与苹果公司同时期的个人电脑公司,是个人电脑的先驱企业,在当时极富盛名,曾经创造过一系列奇迹。同时,Commodore 64,也是一段个人计算机历史的见证,也被称为C64,C-64或C=64,是一款8位家庭电脑,并一直保持着个人电脑销售额的吉尼斯世界纪录,Commodore 64具备64 KB(65,536 字节)RAM,比当时IBM PC兼容机优胜的声音和图像,发行了很多小游戏,风靡一时。

FPGA实现Commodore 64/65 8位微型计算机:
MEGA65是一款非常成功的模仿了Commodore(康懋达)64/65(大概是1982-1990年间)的开源微型计算机。古老的 Commodore康懋达64(C64)于1982年面世,基于采用8位MOS技术的 6510微控制器实现,6510微控制器从当时非常流行的6502处理器(配置于Apple II,Atari400/800和许多二十世纪八十年代的8位机中)衍生而来的。不过,相对于6502处理器,6510新增了一组8bit的并行I/O口,同时也降低了微型计算机的BOM消耗。据维基百科上描述,“6510被广泛应用在Commodore 64系列计算机以及它的变体中”,同时还写到,“在1983到1986年之间,C64处理器占整个美国市场的30%到40%,每年的销售额高达两百万,数量远远多于IBM 的PC兼容机,Apple(苹果)公司计算机以及Atari的8位计算机系列”。

图1:Commodore 64

图1:Commodore 64

由于6510微控制器确实是“侏罗纪公园”式的元老级别的计算机,因此,致力于保存人类数字化遗产的非营利机构MEGA(电子游戏和艺术博物馆)对其进行了收藏 ,同时也积极关注Commodore 64微型计算机( mega65.org )的更多发展。现在,MEGA65物理重现了当时的Commodore 64微型计算机,同时软件也兼容早前的Commodore64,只是速度更快(相对于原始的MOS技术实现的6510 1MHz的时钟频率,MEGA65仿真6510处理器时的运行频率高达48MHz)。更重要的是,MEGA65的硬件设计和软件开发都是开源的(LGPL)。

如何成功重新创造一个25年前的机器呢?幸运的是,这绝对比从琥珀中古老的蚊子的胃中提取DNA要简单的多。简单考虑一下这篇文章发表的网站,可以发现答案已经非常明确:采用FPGA来实现。巧的是,前几天,MEGA65团队已经庆祝MEGA65pcb板设计基本告成,下图为pcb板的截图:

图2:首款MEGA65 PCB

图2:首款MEGA65 PCB

图2中的MEGA65 PCB设计板,兼容现在Commodore 65的 塑料外壳。(Commodore 65是原型,并不出现在产品中)。

不过,从某种程度上说,MEGA65相当于一个“单芯片微型计算机”。但实际上,PCB板的中心是一个Xilinx Airtix-7 A200T芯片,正是基于这款可编程的FPGA芯片,实现了整个Commodore 64的全部母板,包括RAM。在Airtix-7 A200T FPGA芯片内部,还集成了13.14Mbits的片内RAM(8个4164的64Kbit,150ns DRAM),相较于原始Commodore 64母板内置的1.5MB RAM多了25倍,。同时,视频位也从以前的160X200个像数点提升到320X200个像数点(每4x8个特征块4种颜色,或每8X8个特征块2种颜色),甚至还可以提升到现在的1920X1200个像数点(12色或23色)。而值得一提的是,所有的这些提升都要归功于这35年来半导体技术的发展。

总结:
回忆前面的相关文章,几乎所有的内容都是基于FPGA实现一些前沿的技术,解决现存困境,比如视频压缩,网络信号传输等。通过以上内容使小编明白,强大的可编程灵活性,使得FPGA不仅可以展望未来,亦可重现经典,其应用范围不可谓不广。

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