Самодельный ноутбук ZedRipper на шестнадцати Z80

Встречайте ZedRipper – 16-ядерного зверюгу, работающего на частоте 83 МГц на базе процессоров Z80 – настолько же портативного, насколько и непрактичного. Это попытка собрать компьютер ради прикола, причём удовлетворив сразу несколько желаний. Использовать гигантский FPGA, который валялся без дела. Поиграть в альтернативную историю создания компьютеров, подойдя к вопросу многозадачности с позиции железа. Собрать компьютер, на котором можно писать забавные короткие программки. Собрать платформу, на которой можно было бы проводить относительно несложные эксперименты с компьютерной архитектурой.

Гламурные фоточки ????

Так что это за зверюга? ZedRipper – это результат попытки построить самый крутой компьютер с CP/M 2.2 (в 2019 году):

• 16 процессоров Z80, работающих на частоте 83,33 МГц.
• 64 Кб выделенной памяти под каждый Z80.
• ANSI-совместимый ускоритель терминала с 16 выходами.
• Все процессоры и устройства соединяются полностью синхронной однонаправленной кольцевой сетью, работающей на 83 МГц.
• Накопитель на 128 Мб на SD-карточке (16 х 8 Мб накопителей в CP/M).
• «Серверное» ядро, загружающееся в CP/M 2.2 и запускающее файловый сервер CP/NET (написанный на Turbo Pascal 3 на самом же компьютере!), обеспечивающий общий доступ к SD-карте.
• 15 «клиентских» ядер, запускающих CP/NOS из ROM. У каждого клиента есть доступ в общее хранилище, и каждый может запускать любые программы CP/M 2.2, не соперничая за ресурсы с другими ядрами.

Внутренности

Сердце ZedRipper – Stratix IV 530GX FPGA. Карта HSMC используется для дисплея, получения данных от контроллера клавиатуры и соединения с SD-картой. Для загрузки прошивки используется ethernet, поэтому сбоку корпуса есть такой порт, вместе с адаптером SD-карты и слотом для внешнего последовательного порта (пока не используется).

Клавиатура и контроллер

Клавиатура и отверстие на переднем плане, куда потом будет установлено позиционирующее устройство

Валялась компактная клавиатура PS/2 (от одного из проектов с ноутбуком), и автор хотел подсоединить её к 2,5 В I/O  FPGA. Для этого добавил в связку микроконтроллер Teensy 2.0.

Это позволило транслировать PS/2 в ASCII, а также легко разметить некоторые из дополнительных клавиш (F1-F12) на «волшебные» последовательности терминальных команд, для пущего удобства. Затем контроллер выдаёт Z80 байты по UART на 9600 бод (при помощи простого делителя напряжения, меняющего 5 В на 2,5 В для FPGA). Учитывая, что этот проект был собран из разного хлама, валявшегося в мастерской, это было удобное решение, хорошо показавшее себя в работе.

Дисплей

Характеристики дисплея: 1280×800 10.1″, и он понимает VGA. FPGA использует простую сеть из резисторов для выдачи до 64 цветов (R2G2B2). Дисплею требуется таймер 83,33 МГц (1280×800@60Hz), поэтому для простоты вся схема работает на этой частоте.

Питание!

Отладочная плата с FPGA требует входного питания в 12-20 В, дисплею нужны 12 В, а клавиатуре и контроллеру нужны 5 В. Удобно, что на FPGA есть регуляторы на 3,3, 5 и 12 В, к которым довольно легко подключиться, поэтому FPGA получает питание напрямую от литий-полимерной аккумуляторной батареи на 5000 мА*ч с напряжением 14,4 В, и потом раздаёт питание всем остальным устройствам. Одна из сложностей заключалась в том, что не хочется разбирать ноутбук каждый раз для зарядки, но у батареи был обычный разъём питания + / -, а также «балансировочный» разъём, подсоединяемый к каждой отдельной ячейке. Решение состоит в том, что кнопка включения переключает соединение с батареей между питанием FPGA и зарядным разъёмом, находящимся в углублении, закрытом сдвижной крышкой. Не очень удобно, однако можно просто сдвинуть крышку, и вытащить оттуда коннекторы, чтобы подсоединить их к зарядке, не пользуясь шестигранными ключами.

Зарядка выглядит странновато

Батарея держит не менее 3 часов. Скорее всего, она продержится порядка 6 часов без какой бы то ни было оптимизации потребления. Она не поддерживает использование одновременно с зарядкой, однако от батарейки ноутбук работает достаточно долго для того, чтобы это не было проблемой.

Корпус

Корпус стандартной «хакерской» конструкции – комбинация из 3 мм фанеры лазерной резки и пластика, распечатанного на 3D-принтере. Мастер подпружинил экранные петли, поэтому в деле он ощущается как обыкновенный, пусть и несколько медленный, ноутбук. Хотелось придать ему вид 1980-х, поэтому верхние углы экрана немного напоминают Cray, а под запястья сделана подставка из искусственной кожи. Край резаной лазером фанеры очень неприятен для рук, поэтому такая подставка оказалась удивительно функциональной.

Итоги

Экран приятный и чёткий, клавиатура большая и удобная, корпус громоздкий, но весит мало (и влезает в рюкзак). Ноутбук оказался даже на удивление эргономичным для работы в поезде.

Статья с сайта безумного инженера-самодельщика Криса Фентона