現在のCPM68KはPCから独立して動作できるようにしています。すなわちRS232でPCに接続して使用するのではなく、
VGAモニタとキーボードを接続して動作させるようにはなっています。VGAの基本仕様は800x600の表示規格をつかって
800x512Dotでつかっています。これに必要なメモリーは512kW(1MB)と切りのいい数字になります。
一応、独立して使えるようにしているのはいいのですが、現在のグラフィックRAM（GRAM)にはまだまだ欠点があります。
１．GRAMに書き込むと画面にノイズが生じる
現在のGRAMの構造は下図のようになっています。このためRAMに書き込むときには、描画のための読み出しができません。
そのため、描画の最中にRAMをアクセスすると画面にチラチラとノイズがでてしまいます。GRAMへのアクセスはCPU側が優先なので
いたしかたありません。ノイズを抑えるためには、描画以外の時間帯、すなわちVGA信号の水平あるいは垂直の帰線時に
にCPUからRAMにアクセスする必要があります。
現在のグラフィックボードの構成。アクセスはCPU優先なので、描画中にアクセスがあると
画面にチラツキノイズがでます。
スクリーンエディターでスクロールしているときの画面。画面にノイズがでてしまいます。
２．ノイズを抑えると描画速度が遅くなる
画面のチラチラノイズを抑制するには、描画以外のタイミングでGRAMにアクセスをするようにしなければいけませんが、
これを行うと、動作速度が極端に低下します。というのも描画の時間割合は全体の６割強になるので、反対に
残りの４割弱の時間帯しかRAMへのアクセスができません。描画期間中はGRAMへのアクセスを待たせる必要があります。
要はチラつきノイズを抑えると、描画速度が1/3程度まで落ちてしまいます。いや、実際にはもっと落ち込んでいます。
というのも当初はCPUがRAMにアクセスをしたときに描画中ならCPUにHALTをかけるようにしたのですが、
これが大失敗でした。CPUにHALTをかけると、バスの値が途中でとまるのでチラチラノイズではなくて
画面の表示が消えてしまいます。これはチラつき以上に画面が乱れてしまいます。
そのため、同期信号がでている間をプログラムでポーリングしてGRAMに書き込むようにしたのですが、これが遅い。
もちろん画面のノイズが消えましたが、描画速度がHALTをかけるよりさらに遅くなりました。というのも、ソフトウエア
でポーリングしているので、１点描画する間にに２０クロック程度の命令を余分に実行しています。約1us程度の時間ロスです。
これが全画面になると約0.5ｓが追加でかかることになります。
体感的にスクリーンエディターを動かしてみると、行の挿入や削除をおこなうとかなり鈍くて、ちょうど9600bくらいの
RS232で動く端末程度の速度になってしまいます。この速度はキャラクター表示だけではなくグラフィック表示も同様です。
そのため、現在は速度を優先して、チラつきノイズを許容してつかっています。まあ、ノイズも気にしなればいいのですが、
気にしだすと気になってしまいます。
８００x６００のVGA描画タイミング。全体に占める画面描画は６割強になるので、それ以外のタイミングでのみ
アクセスしようとすれば全体のスループットが落ちます。
３．色にむらがでる
GRAMの色情報は１６ビットなので65k色になります。RGBにそれぞれ、５，６，５ビットを割り当ててR-2RのDACでアナログ
出力としていますが、電源ラインのノイズや信号線のノイズがロジック回路の出力に重畳するので、それに影響を受けて
アナログ出力にノイズが乗っています。これが色むらの原因になっています。
ちょうど、真っ黒に表示させた場合には薄い線状のムラが見えます。反対に真っ白に表示させた場合にでも、ところどころ
で色の薄いところがでています。まあ、白黒のキャラクター表示だけなら、とくに気になるものではありませんが、
でも、これも気にしだすと気になります。
VGAの信号ラインにはノイズがかなり乗っています。
VGA信号に重畳したノイズが色むらとなってでてしまいます。
上記のように、現状のGRAMにはいくつかの課題があります。
そこで対策として、下記の機能を追加した新しいグラフィックボードを検討中です。
対策はどうするか？
１．GRAMを２系統用意する。
CPUからは読み書きするGRAM１と、描画のためのGRAM２を分離して独立動作させるようにします。そうすれは、CPUからのGRAMアクセス
中に描画を止める必要はありません。そして、GRAM1からGRAM2へは水平と垂直帰線の短い時間で高速にデータ転送を行うようにします。
データ転送のためのクロックを描画クロックと同じ４０MHｚに設定すると、512kWのメモリー転送速度は
約80Hzで行えます。ただし、転送にかけられる時間は描画以外の時間ですから、割ける時間は全体の38％です。
すなわち80x0.38＝31Ｈｚ程度で全体のデータが転送できますので、ほとんど時間遅れは感じることはないはずです。
GRAM1からGRAM２へのデータ転送中に、CPUからGRAM1をアクセスする場合には、当然CPU側が優先なので、データ転送を中断
しなければなりませんので、その間はGRAM2上の古いデータが表示されるということになりますが1/30s後にはデータが書き換えられる
ことになるはずですから、違和感はないはずです。
これを実現するにはGRAMは２セット必要になり、またデータの転送回路が必要になります。部品点数は多くなりますが
回路的にはあまり難しいものではないはずです。
これで速度とノイズは両面で解決できます。
RAMを２系統用意して、描画中にもCPUからRAMにアクセスできるようにします。
描画以外のタイミング（水平同期、垂直同期中）にGRAM1からGRAM２にデータを
転送します。転送中にCPUからのGRAM1へのアクセスがあれば、そちらが優先で
その間はデータ転送を一旦中断します。
２．DACは別電源で動作させる
現状のVGAアナログ出力となるR-2RDACのロジックICは電源ライン(5V)で動いていますが、電源電圧の変動があるのでその影響を
うけにくくするために、５Vから3.3Vに電源を変更です。電圧降圧にレギュレータをつかいますので、そのレギュレータにて
高周波電圧変動が抑制されて電源電圧の変動が小さくなるはずです。また、信号ラインの電圧を変動を抑えるために
一旦、3.3Vで動作させるロジックICを間に挿入する予定です。
回路図を考えてみる
まず、必要になりそうなICの数も見積もるためにも簡単に回路を描いてみました。
大きくなりそうなので、コントロール部分と切替部分を分けて考えていきます。
コントロール部分を中心に回路を検討です。
切替部分を中心に回路を検討です。
必要なIC数は
回路図から必要なIC数ですがこのくらいになりそうです。
