GitHub – yanataka60/MZ80K_SD: MZ-80KシリーズでSD-CARDからのアプリケーション起動、BASICなどのアプリケーションからSD-CARDへのロード、セーブを実現するものです · GitHub

これに基づいて、製作された基板を手に入れて、MZ-80Kで試したのだが、FDLコマンドによる ファイルリストの表示が途中でとまってしまったり、FDでファイル名指定で読み込み開始までこぎつけても途中で通信エラーになってしまったりで、一度も成功しませんでした。

一方、同志によるMZ-700向けやPC-8001向けの基板はすんなり動いていますので、この基板固有の何か問題があるんだろうなと思って、Arduino pro や micro-SD ユニットなどを疑って、交換してみたものの、逆に症状が悪化したりしていました。

しまいには、Arduino pro の プログラムソースを書き換えて、通信速度を落としたりもしたのですが、ダメでした。

そこで、こうなったらできることはすべてやってみるかということで、ロジックIC 74LS30と 74LS04 について、調べたところ、74HCT シリーズのほうが出力波形が綺麗であるという情報があったので、74LS30, 74LS04 の代わりに 74HCT30, 74HCT04 を購入して、差し替えたら、なんと一発でエラー解消。

MZ-80K2、MZ-80C、MZ-80K2E を所有していまして、どれも同じ症状でしたらので、MZの個体の問題ではないと思いますので、MZ-80K/Cシリーズでは、ノイズの話や通信制御の能力という点で結構きわどいのか? その辺はよくわかりません。

もし同様の悩みを持っている、またはこれから基板作成に挑戦するという方はぜひ 74HCT シリーズをご検討ください。

ちなみに、ノイズも疑って、ノイズ除去のデカップリング用途を狙って、いくつかコンデンサも同時に購入しましたが、今回は不要のようでした。

ファイルの読み込みの準備

ファイルをmicroSDから読み込む想定で考えていきます。

調べたところ、uses には色々と追加しなければならない。

uses
  RaspberryPi3, // ← ここが機種名
  GlobalConst, GlobalTypes,
  Platform, Console, SysUtils,
  Framebuffer,   // HDMI出力のある場合
  BCM2837,       // SoC定義（Zero2Wならこちら）
  Classes,       // TFileStreamやTStringList用
  FileSystem,    // コアファイルシステム
  FATFS,         // FATファイルシステム
  MMC,           // SDカードアクセスの中核
  BCM2710,       // Raspberry Pi向けMMC実装
  BCMSDHOST;     // SD Hostドライバ    

この後、画面出力もあるので、 Framebuffer も一緒に追加しますが、なんか色々と追加。参考資料がないとお手上げですね。

ファイル読み込み

Raspiでは、C:ドライブが規定のドライブになるらしい。またドライブの準備ができるまでは、C: が見つからないのでエラーになってしまうから、C:の読み込み準備ができるまで待つ。ベアメタルの場合はいきなり起動するので、こういった処理も必要なんですね。

procedure LoadFontRom;
var
  FS: TFileStream;
begin
  ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'Waiting for C:\ drive...');
  while not DirectoryExists('C:\') do Sleep(100);
  ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'C:\ is ready.');

  if FileExists('C:\cg_rom') then
  begin
    ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'Loading font file...');
    FS := TFileStream.Create('C:\cg_rom', fmOpenRead);
    FS.Read(FontRom, SizeOf(FontRom));
    FS.Free;
    ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'Font loaded successfully!');
  end
  else
  begin
    ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'Font file not found.');
  end;
end;  

今回は、Dlephi で開発した MZ-80K エミュの時に作成したフォントデータファイル [cg_rom] をそのまま使うことにする。

ちなみにフォントデータ用に配列を次のように定義している。

FontRom: array [0..2047] of Byte;       // キャラクタフォントデータ 

こちらご自由にお使いください。

フォントを画面に書き込む

フォントを 16 × 16 で順番に並べ画面に書き込む。

procedure DrawFontGridFromProperties;
var
  FB: PFramebufferDevice;
  Props: TFramebufferProperties;
  BaseAddr: PtrUInt;
  ch, cx, cy, x, y, bit: Integer;
  PixelAddr: PLongWord;
begin
  FB := FramebufferDeviceGetDefault;
  FramebufferDeviceGetProperties(FB, @Props);

  // 画面クリア（黒）
  for y := 0 to Props.VirtualHeight - 1 do
    for x := 0 to Props.VirtualWidth - 1 do
    begin
      PixelAddr := PLongWord(Props.Address + y * Props.Pitch + x * 4);
      PixelAddr^ := COLOR_BLACK;
    end;

  // フォント描画（8x8）
  for ch := 0 to 255 do
  begin
    cx := ch mod 16;
    cy := ch div 16;

    for y := 0 to 7 do
      for bit := 0 to 7 do
        if (FontRom[ch * 8 + y] and (128 shr bit)) <> 0 then
        begin
          x := cx * 8 + bit;
          PixelAddr := PLongWord(Props.Address + (cy * 8 + y) * Props.Pitch + x * 4);
          PixelAddr^ := COLOR_WHITE;
        end;
  end;
end;    

コンパイルして実行

先ほどの [cg_rom] をmicroSDのルートにコピーして、コンパイル済の kernel7.img もコピーして、実機を起動。

表示されたが、なにやら緑の線がいっぱい。でもしばらく放っておいたら落ち着いたのか、ちゃんと表示されました。

準備が整うまで、少し待つというのが基本なのかな? ベアメタル。
ところで、このキャラクタの並びですがこれはディプレイコードというものです。MZ-80Kは、キャラクターコード (ASCIIコードみたいなもの) とディスプレイコードというのが別になっていて、プログラム中で扱う文字としてはキャラクターコードなのですが、VRAMに表示するときは、このディスプレイコードに基づいて表示されるのです。私も長年不思議におもっていましたし、小学生の時は意味が分かりませんでした。

エミュレータをつくる際に、マシンの回路図を見ていて思ったのが、当時はこの方式が回路をシンプルにするのに都合がよかったのでしょうね。上から、4段ずつみていくと、キーボードと対応しています。SHIFT + A で クローバーが表示されますし、カナモードにしてAキーを押すと「チ」が表示されます。そしてカナ文字の部分は海外バージョンでは、小文字や面白い記号が割り当てられています。キーを押したときにCGROMから読み出すのが簡単だったのでしょうね。またそれをディスプレイに展開するのも単純になったのだと思います。

下は、手持ちのMZ-80K2のメイン基板です。右中央で水色のコンデンサの左上にあるのが CPU (Z80) で、Z80の左に少し行くと、大きなIC がありますが、これが CG-ROM です。このROMを差し替えると、表示される文字が変わります。

あれ、CG-ROMの右側の掃除ができていなかった。

プロジェクトソース全体

program hellopi;

uses
  RaspberryPi3, // ← ここが機種名
  GlobalConst, GlobalTypes,
  Platform, Console, SysUtils,
  Framebuffer,   // HDMI出力のある場合
  BCM2837,       // SoC定義（Zero2Wならこちら）
  Classes,       // TFileStreamやTStringList用
  FileSystem,    // コアファイルシステム
  FATFS,         // FATファイルシステム
  MMC,           // SDカードアクセスの中核
  BCM2710,       // Raspberry Pi向けMMC実装
  BCMSDHOST;     // SD Hostドライバ


var
  Console1: TWindowHandle;
  FontRom: array [0..2047] of Byte;       // キャラクタフォントデータ

procedure InitFramebuffer320x200;
var
  FB: PFramebufferDevice;
  Props: TFramebufferProperties;
begin
  FB := FramebufferDeviceGetDefault;

  FillChar(Props, SizeOf(Props), 0);
  Props.PhysicalWidth := 320;
  Props.PhysicalHeight := 200;
  Props.VirtualWidth := 320;
  Props.VirtualHeight := 200;
  Props.Depth := 32;  // 32bit（ARGB）

  FramebufferDeviceSetProperties(FB, @Props);
end;

procedure LoadFontRom;
var
  FS: TFileStream;
begin
  ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'Waiting for C:\ drive...');
  while not DirectoryExists('C:\') do Sleep(100);
  ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'C:\ is ready.');

  if FileExists('C:\cg_rom') then
  begin
    ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'Loading font file...');
    FS := TFileStream.Create('C:\cg_rom', fmOpenRead);
    FS.Read(FontRom, SizeOf(FontRom));
    FS.Free;
    ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'Font loaded successfully!');
  end
  else
  begin
    ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'Font file not found.');
  end;
end;

procedure DrawFontGridFromProperties;
var
  FB: PFramebufferDevice;
  Props: TFramebufferProperties;
  BaseAddr: PtrUInt;
  ch, cx, cy, x, y, bit: Integer;
  PixelAddr: PLongWord;
begin
  FB := FramebufferDeviceGetDefault;
  FramebufferDeviceGetProperties(FB, @Props);

  // 画面クリア（黒）
  for y := 0 to Props.VirtualHeight - 1 do
    for x := 0 to Props.VirtualWidth - 1 do
    begin
      PixelAddr := PLongWord(Props.Address + y * Props.Pitch + x * 4);
      PixelAddr^ := COLOR_BLACK;
    end;

  // フォント描画（8x8）
  for ch := 0 to 255 do
  begin
    cx := ch mod 16;
    cy := ch div 16;

    for y := 0 to 7 do
      for bit := 0 to 7 do
        if (FontRom[ch * 8 + y] and (128 shr bit)) <> 0 then
        begin
          x := cx * 8 + bit;
          PixelAddr := PLongWord(Props.Address + (cy * 8 + y) * Props.Pitch + x * 4);
          PixelAddr^ := COLOR_WHITE;
        end;
  end;
end;

begin
  Console1 := ConsoleWindowCreate(ConsoleDeviceGetDefault, 0, True);

  if Console1 <> -1 then
  begin
    ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'Hello from Ultibo on Pi Zero 2 W!');
  end;

  InitFramebuffer320x200;
  LoadFontRom;
  DrawFontGridFromProperties;
  while True do Sleep(1000);
end.

プロジェクトファイル一式

まとめ

FrameBuffer への直接書き込みとファイルの読み込みテストができましたので、これで一気に目処が立ちましたね。

私は、新たな環境で開発を行う際に、まず文字の入出力、画面描画、キー入力、文字列の処理、データベースの読み書きなどのあたりを付けます。これらがうまく行けば、手足と羽がついたようなもので、あとは気兼ねなくプログラミングということになります。

プログラムの基本は、代入、条件分岐、繰り返し。これしかないんです。

Ultibo Core のダウンロード

Lazarus IDE と統合された Ultibo は下記よりダウンロードします。

/https://ultibo.org/download/

2025/6/6 時点では、Ultibo-Core-2.6.049-Beetroot.exe が最新ですので、これをダウンロード。

もしくは、GitHub からもダウンロードできます。必要に応じて古いバージョンのダウンロードもできます。

こちらだと、少しサイズの大きい Ultibo-Core-2.6.049-Beetroot-Main.exe というのもあります。

私は、何か不足してもいやなので、こちらからダウンロードしました。

インストール

ダウンロードしたファイルを実行するとインストールが始まります。インストールディレクトリの指定などもできますが、とりあえずデフォルトのまま次へ次へと進みインストール。数分でインストールが完了します。

インストールが完了すると、C:\Ultibo\Core というフォルダができています。

C:\Ultibo\Core の下にこんなフォルダとファイルができていればとりあえずインストール成功かと思います。

Lazarus (Ultibo Edition) を起動

Lazarus IDE (Ultibo Edition) を起動します。

初回の起動はFPC (free pascal ) のパスなどを設定する画面が表示されますが、デフォルトで設定されているので、開発環境のWindow のモードを選択するだけで良いでしょう。Windowモードは、Classic だと 昔風にそれぞれのウィンドが独立している形になっていて、今風だと、最近のDelphi風に1つのWindowにメニュー、プロジェクトインスペクタ、ソースエディタ、コードエクスプローラなどがドッキングされた感じになります。特に深い思い入れがなければ、今風のほうが良いでしょう。

これは今風の場合。

プロジェクトの作成

メニューの[ファイル]→[新規] で下の画面が開きます。

今回は、Raspi Zero 2W をターゲットにしますので、これを選んで[OK] ボタンでプロジェクトが作成されます。

プロジェクトオプションの設定

[プロジェクト] → [プロジェクトオプション] で下の画面が開きます。

[コンパイラオプション] → [設定と対象] で、対称プラットフォームは、上記画面のように設定してください。

ARMV7A 、RPIZERO2W がポイントです。設定したら[OK]ボタンで画面を閉じます。

Hello world サンプルプログラムの作成

program HelloPi;

uses
  RaspberryPi3, // ← ここが機種名
  GlobalConst, GlobalTypes,
  Platform, Console, SysUtils;

var
  Console1: TWindowHandle;

begin
  Console1 := ConsoleWindowCreate(ConsoleDeviceGetDefault, 0, True);

  if Console1 <> -1 then
  begin
    ConsoleWindowWriteLn(Console1, 'Hello from Ultibo on Pi Zero 2 W!');
  end;

  while True do Sleep(1000);
end.

最初は何も考えずに、初期表示されているソースを消して、上記コードをペタッと貼り付けましょう!

プロジェクトの保存

まず最初にソースを保存してみましょうか。

Pascal は、ソースの先頭に書いた名前とファイル名が一致しないといけないので、 program hellopi; としたので、ファイルに名前を付けて保存で、 hellopi.lpr として保存してください。

とりあえず今は、このファイルしかないので、メニューの [プロジェクト] → [名前を付けてプロジェクト保存] で保存しても同じ結果かなと思います。

Pascal はこの他 unit というファイルもありまして、この後開発していく中で unit に分けて、uses で宣言して使うことになると思います。

構築 (コンパイル + img出力)

さていよいよ、コンパイルです。

[構築] でコンパイルと Raspi 用の img ファイルができあがります。

こんな風に表示されたら、コンパイルは成功です。

出力先のフォルダ内をみてみましょう。

このように出力されていれば成功かと思います。

SDカードに書き込む

先ほど生成された kernel7.img がこのプログラムの本体です。まずはこれをSDカードにコピーしましょう。

次に、 C:\Ultibo\Core\firmware\RPi3 のフォルダにある下の3つのファイルをSDカードにコピーします。

結果、SDカードの中身は、下のようになります。

Raspi Zero に差して実行!

micro SD-CARD を Raspi に差して、HDMIケーブルとモニタを繋いで、電源コードを差し込めば、すぐに起動します。

さすがに、OS無しは起動が速い!

とりあえず、起動までできたので、次からはさっそくDelphi で書いた MZ-80K2 のエミュを移植したいと思います。

うん? まてよ。まだUSBキーボードのテストをしていなかった。こちらが先かな。

ということで、今回はここまで。

コロナ禍ではございますが、ぜひ来場による参加、もしくはオンライン(Zoomウェビナー)による参加のご検討を頂ければ幸甚でございます。なお、参加費は無料となっておりますが、下記のＵＲＬよりＷｅｂ上で参加申込ができます。
また、Ｍａｉｌ・ＦＡＸでの参加申込は、ご案内チラシをダウンロードして頂き、２ページ目の参加お申込み方法の通りにご記入頂き 3月7日(火)までにＭａｉｌまたはＦＡＸにてお送りください。
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