Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Der chaotische Hauptfaden

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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Da das ein MIPS Prozessor ist, kann jeder Compiler genutzt werden der den MIPS1 (R2000) Befehlssatz unterstützt.
zB der gcc.
Auf dem Gerät läuft auch schon lange durch den gcc compilierter C Code.
Infos dazu hier:
http://www.fritzler-avr.de/spaceage2/soft_start.php

Mal noch der neue Schaltplan der Schaltung zum multiplizieren und dividieren:
http://abload.de/img/k_datf_ctrlw4u1v.png

So sieht zB der Mikrocode der Steuerung aus:
muldiv_mcode.xls
(36 KiB) 147-mal heruntergeladen
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Jetzt läufts auch in 8Bit!

Das noch zu testen war wichtig, denn:
- Nun wird kein einzelner 74181 mehr genutzt, zum addieren/subtrahieren, sondern 2 Stück mit 74182 (Group Carry).
- Es müssen Schieberegister in Reihe geschalten werden.

Ein Aufblasen auf 16/32/64 oder sonstwas Bits wäre nurnoch ein Erweitern der Schieberegisterkette und der ALU aus 181/182.
Mit 4 und 8Bit wurden alle Zahlenkombinationen und somit auch Extremfälle getestet.

Der nächste Schritt ist nun das erweitern auf 32Bit sowie der Einbau in den MIPS TTL CPU Kern, zumindest in VHDL.
Um zu testen ob die Vaiablenübergaben funktionieren.
Dazu muss ich aber erstmal im MIPS Kern VHDL Code nen paar Bugs fixen, welche in der realen Hardware aufgetreten sind.
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Inzwischen ist der Punktrechner im MIPS Kern eingebaut und rechnet brav vor sich hin, in 32Bit.
Bild
Bei instr[] ist 0022001a der div Befehl.
Gut zu sehen wie der Punktrechner die CPU anhält, da er ein eigenes Steuerwerk besitzt.
Dann rasselt er eine Berechnung durch und lässt die CPU wieder laufen.
In hi und lo steht dann das Ergebnis.
In diesem Falle 7/(-4) = -1 Rest 3
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Das Netzteil mit 5V 40A wäre dann fertig.
Sowie der Monitor mit Ansteuerung und HV Teil.

Bilder hier:
http://www.fritzler-avr.de/spaceage2/ga ... zger%E4te/

Doku hier:
http://www.fritzler-avr.de/spaceage2/down_doku.htm
shaun
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von shaun »

Auf jeden Fall der aufwändigste Röhrenmonitor seit die Bilder laufen lernten :)
Steckt da ein besonderer Hintergrund hinter dem leichten Bauteile-Overkill?
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Mit dem Monitor und NT hatte ich nichts zu tun sondern ein anderes Semester, daher kann ich dazu wenig sagen.
Da wurden eben keine hochintegrierten ICs verwendet.
Weiterhin ist alles zu Lehrzwecken mit Studenten und somit wirds auch etwas größer.

Ich guckte eher nicht schlecht wie fett das NT ist, wenn ich das mit der bisherigen "Übergangslösung" des 5V Meanwell SNT vergleiche :shock:

Aber funzt ja alles und ist auf der VCFB 2016 vom 1.10. bis 3.10 zu sehen:
https://vcfb.de/2016/index.html
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

crasbe
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von crasbe »

Das Foto sieht aus, als hättet ihr den Stand bei Aperture Science aufgebaut :lol:
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Es geht weiter!
Henry hat den MulDiv Schaltplan wieder hervorgekramt und mal ein Layout gestrickt:
Bild
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

@ferdimh:
Willste noch den Schaltplan und das TImingdiagramm haben?
http://fritzler-avr.de/open/2018-07-21_ ... ltplan.pdf

Die Schaltpläne sind alle in A0, inzwischen könnt ich wohl mit den gesammelten Werken mein Wohnzimmer tapezieren :twisted:
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

DER GEHT!

Henry hatte schon vorweg die Karte "in doof" = ohne MIkrocodes auf Funktion geprüft.
Um zu checken ob nachm Löten Unterbrechungen oder Kurzschlüsse vorhanden sind.

Haute habe ich dann als erstes den Mikrocode auf die MulDiv Karte aufgespielt um diese dann auf die logische Funktion zu prüfen.
(Es ist eeetwas nervig bei der Division 100 mal den CLK Button zu drücken)
Groooooßes Bild des Klaviers:
http://www.fritzler-avr.de/spaceage2/ga ... &var2=0_85
7*7 ist 49, stimmt so. (A ist das Ergebnis)
Und JA! mit diesem Testadapter wurden ALLE! bisherigen Karten des CPU Kerns auch so getestet.
Dazu lässt sich die bedruckte Leiterplatte tauschen für die Signalnamen der anderen Karten.

Wie hier im Fred zu sehen ging vor dem Bau der Hardware ja schon viel geteste vorraus.
Die Algorithmen wurden in 4/8/16 Bit mit Bitschubserei in C getestet.
Die Lehrbücher lügen alle! Zumindest lassen sie manche Cornercases untern Tisch fallen.

Nachdem das lief hatte ich den Schaltplan entwickelt und dieses in VHDL getestet, auch wieder in 4/8/16 Bit.
Da fand ich dann noch ne kleine Eigenheit des 74181, aber diese wurde dann umgangen.

Dementsprechend lief es fast auf Anhieb.
Was lief nicht?
Kleiner Programmierfehler im Excel zu Binary Konverter, es wurde nur der halbe Code geparsed :lol:
Das Ergebnis der Karte stimmte dann grob, es stand nur an der falschen Stelle, weil ein paar Schieboperationen fehlten.
Das war glücklicherweise nur ne falsch gesetzt Variable.
Gefixt und die Karte lief!

Nachdem festgestellt wurde, dass alle Rechenfunktionen liefen, wurde die Karte eingebaut.
Dazu musste der Mikrocode der CPU noch geändert werden, damit die MulDiv Karte auch genutzt wird.

Game Of Live lief dann auch prompt merklich shcneller auf der Kiste! 8-)


MUlDiv Karte von vorne und hinten:
BildBild
Bild
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Heute dann der Herz und Nieren Test ob alles läuft in Verbindung mit der CPU.
Uuuuund: Bugs!

Ab und zu gabs dann doch recht interessante Abstürze mit Speicherinhalt aufs Terminal aushusten mit rumgepiepse.
Aber es gibt eh ein Testprogramm welches ein Autogenerieriertes Array durchgeht mit 2 Eingangsvariablen und allen MulDiv sowie Modulo Ergebnissen.
Dieses fand auch direkt Fehler (Screenshot):
Bild

Also mal die erste Rechnung mit dem Testklavier durchgeklimpert: Ergebnis korrekt -> WTF?
Jagut, rechnen wir mal die letzte Rechnung durch, die ist ja echt total im *rsch.
Jupp, Fehler auf den oberen 4Bit, aber anders: DAFUQ?
Also nochmal durchgeklimpert: Es änderte sich manchmal nicht nur was bei steigender Taktflanke, sondern auch mal bei fallender Taktflanke.
Und, äh, wieso ist die LED für Bit24 dunkler als alle anderen, die leuchten?
Takttaster festgehalten und Oszi ran: aha! Schwingt!
Bevor mir der FInger abgefallen ist wurde nochn Kipschalter an den Takt gelötet zum Takt halten.
(keine Sorge, is alles entprellt)
Also mit Henry weitergesucht wo die Schwingung herkommt.
Ende vom Lied: einer der Schieberegister ICs war Schuld, Fehlersuchbild:
Bild
Wer braucht schon GND?
Das ist der Schieberegister IC für Bit 24 - Bit 27, erklärt die Fehler ab Bit 24 :lol:

Test nochmal durchlaufen lassen:
Bild
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Ein kleiner Fehler war übrigens noch drinne.
Beim Taschenrechnerprogramm ergab 5x5=25,00001
Der rechnet intern in double, aber 0,00001 ist dafür zu viel Fehler.
Vor allem wenn mit der MulDiv Emulation genau 25 rauskam (durch ein snprintf geschönt natürlich).

Nun ruft die softfloat Lib mehrmals die Punktrechenarten auf.
Da sieht man den Fehler nicht so einfach.
Also musste der Debugger dahin erweitert werden, dass er automatisiert sämtliche Inputs und Outputs der MulDiv Karte abschnorchelt.
Das sah dann so aus:
https://www.youtube.com/watch?v=68j4Y1E-bhk

Code: Alles auswählen

-------------------------MulDiv-------------------------------
MULTU:
2279119104 * 1045578752
10000111|11011000|10011001|00000000 * 00111110|01010010|01000100|00000000

HI_ist:   554835077; LO_ist:  2326003712
HI_soll:  554835076; LO_soll: 2326003712

HI_ist:  00100001|00010010|00011100|10000101; LO_ist:  10001010|10100100|00000000|00000000
HI_diff: 00000000|00000000|00000000|00000001; LO_diff: 00000000|00000000|00000000|00000000
HI_soll: 00100001|00010010|00011100|10000100; LO_soll: 10001010|10100100|00000000|00000000


-------------------------MulDiv-------------------------------
MULTU:
4140975872 *  500175360
11110110|11010010|01000111|00000000 * 00011101|11010000|00010010|00000000

HI_ist:   482242112; LO_ist:  2029912064
HI_soll:  482242111; LO_soll: 2029912064

HI_ist:  00011100|10111110|01101110|01000000; LO_ist:  01111000|11111110|00000000|00000000
HI_diff: 00000000|00000000|00000000|01111111; LO_diff: 00000000|00000000|00000000|00000000
HI_soll: 00011100|10111110|01101110|00111111; LO_soll: 01111000|11111110|00000000|00000000


-------------------------MulDiv-------------------------------
MULTU:
2279119104 *  390561520
10000111|11011000|10011001|00000000 * 00010111|01000111|01111110|11110000

HI_ist:   207250990; LO_ist:  1700622336
HI_soll:  207250989; LO_soll: 1700622336

HI_ist:  00001100|01011010|01100110|00101110; LO_ist:  01100101|01011101|01110000|00000000
HI_diff: 00000000|00000000|00000000|00000011; LO_diff: 00000000|00000000|00000000|00000000
HI_soll: 00001100|01011010|01100110|00101101; LO_soll: 01100101|01011101|01110000|00000000
Hmm, die Fehler sind alle in den LSB des HI Schieberegisters, d.h. am Anfang der Berechnung wird was falsches reingeschoben.
Zudem: die Fehler waren alle bei unsigned mul, also ausgerechnet der einfachsten Rechenvorschrift!
Am Ende wars nen kleiner Fehler im Mikrocode der MuLDiv Schaltung, der Carryout der 74181 war 1 Takt zu früh freigeschaltet.
Somit wurde eine 1 in das Rechenschieberegister geschrieben, die da nicht hingehört.

Soll heißen die Platine musste nicht mit Fädeldraht gefixt werden bisher! 8-)

Wie lange würde es denn nun brauchen sämtliche 32Bit Kombinationen zu testen bei 4MHz?
2^32 * 2^32 = 2^64 Mögliche Kombinationen.
Eine Multiplikation braucht 66 Takte
Es werden also 1,2x10^21 Takte benötigt (oh oh oh, das wird groß!)
Davon sind 4 Mio pro Sekunde abhandelbar -> 3*10^14 Sekunden
Das sind 9650 Jahre!!!!

Da muss man einfach den Algorithmen vertrahen, bzw kann diese nur in zB 8Bit testen (was ich auch getan hab).
Aber da Trat der Anfangsfehler nicht auf, warscheinlich hab ich mich da beim aufblasen des Mikrocodes vertippt.
Also:
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ferdimh
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von ferdimh »

Über den Wahnsinn hatte ich ja schon geschrieben, der Multiplikationsalgorithmus ist mir auch irgendwie ein bisschen klar...
Aber wie dividiert das Ding? Wie der Pentium?
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Eine Regenbogentabelle hab ich nicht, nein.
Es geht auch nicht darum in 2 Takten oder so zu dividieren.

Multiplikationen: genau 67 Takte
Divisionen so 100 Takte.
Nach 100 Takten war die Emulationsroutine noch nichtmal mitm Register sichern aufn Stack fertig :lol:
So sehr beschleunigt die MulDiv Karte.

Dividieren ist Multiplizieren rückwärts.
(serielles Multiplizieren und Dividieren)

Dazu erstmal ne Erklärung des vorzeichenlosen Multiplizieren:
Es existieren 2 32 Bit Schieberegister, HI und LO.
In LO wird der eine Multiplikant reingeschrieben, der zweite Multiplikant liegt dauerhaft auf dem Bus an, der zur ALU geht.
Das HI Register muss genullt werden.
Jetzt werden HI Register und der Multiplikant auf dem Bus miteinander addiert.
WENN das Bit0 des LO Registers 1 ist, dann wird die Summe nach HI geschrieben.
WENN das Bit0 des LO Registers 0 ist, dann wird die Summe nicht geschrieben.
Jetzt werden HI und LO nach rechts geschoben, wobei das aus HI "rausfallende" Bit nach LO reingeschoben wird.
Es wird also Stück für Stück das Ergebnis nach LO geschoben, welches dann auch die unteren 32Bit des Ergebnisses enthält.
Durch das Schieben ist Bit0 des LO Registers wieder ein anderes und das Ganze macht man dann 32 mal.
Addieren und schieben sind jeweils ein Takt -> 64 Takte, dazu noch etwas Übergabegedöhns von der CPU zur MulDiv Karte -> 67 Takte.
Im Endeffekt ist das wie die schriftliche Multiplikation in der Grundschule, nur eben Binär.

Beim Dividieren ohne Vorzeichen:
Wie war das mit dem Rückwärts?
Es wird zuerst geschoben und dann auchnoch nach links!
Addieren? Nö, Subtrahieren.

Genauer:
Zuerst HI nach links schieben (welches sich dann das neue Bit0 aus dem LO zieht).
Dann HI = HI - Divisor, der auf dem Bus liegt.
Wenn der Borrow Ausgang des Subtrahierers nicht gesetzt ist (also das Ergebnis passt noch), dann wird das Ergebnis in HI gespeichert.
Wenn das Borrow gesetzt wird, dann nicht. Das Ergebnis muss quasi noch in HI "passen", also darf nicht negativ werden.
Beim LO shiften nach links wird das Borrow auch wieder ausgewertet:
Borrow = 0 -> es wird eine 1 reingeschoben, sonst 0.
Das LO Register merkt sich also wann er Subtrahieren konnte ohne, dass es negativ wurde und das ist dann auch schon das Ergebnis.
Was am ende im HI übrig bleibt ist wortwörtlich der Rest.

Vorschrift in C für 4 Bit:
(Ich hab ja die Algorithmen zuerst in C Bitschubserei getestet)

Code: Alles auswählen

void perform_ud(uint32_t* rem, uint32_t* quot, uint32_t uopA, uint32_t uopB){

	//init right half of shift with quotient
	uint8_t shiftregister = uopA;
	shiftregister &= 0x0F;
	
	uint16_t alu_erg = 0;
	unsigned i;
	
	for (i = 0; i < 4; i++){
	
		//left shift
		shiftregister <<= 1;
		shiftregister &= 0xFE;
		
		alu_erg = (shiftregister >> 4) - (uint8_t)uopB;
		//if alu_erg is negative (bit n-1 is 1) -> dont save and shiftregister lsb = 0
		//if alu_erg is positive (bit n-1 is 0) -> save and shiftregister lsb = 1
		if((alu_erg & 0x100) == 0x100){ //borrow abfragen!
		//if((shiftregister >> 4) < uopB){
			;
		}else{
			alu_erg &= 0xFF;
			shiftregister &= 0xF;
			shiftregister |= (alu_erg << 4) | 1;
			//printf("write q0 at %i\n", i);
		}
	}
	
	*rem = (shiftregister >> 4);
	*quot = shiftregister & 0x0F;
}
Zuletzt geändert von Fritzler am Di 4. Sep 2018, 19:37, insgesamt 1-mal geändert.
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ferdimh
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von ferdimh »

Ahhhhh, stimmt! Ich hatte beim Dividieren vergessen, dass eine einzelne Stelle nur 0 oder 1 sein kann. Dann muss ich ja nicht Stellenweise aufwendig multiplizieren...
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Jop so läuft das.

Mit Vorzeichen wirds dann widerlich.
Multiplizieren: Booth Algorithmus
Dividieren: restoring vs. non restoring
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Rial
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Rial »

Geil-O-Mat !!! :shock:
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Da ja die MulDiv Karte nun fertig ist und läuft wird der nächste Teil der Freakshow geplant.

Der MIPS TTL Rechner soll ja noch mit der Außenwelt kommunizieren.
Was nimmt man da? Ethernet!

Einzig und allein der PHY sowie ein paar FIFOs werden keine 74er TTL sein.

Weiterhin soll die LAN Karte CRC32 in Hardware berechnen um der CPU viel Arbeit abzunehmen.
Leider spucken PHYs die Daten als 4Bit Nibbles aus, daher kann die CRC32 nicht als rückgekoppeltes Schieberegister gebaut werden.
Das wäre die nämlich die Hardwaresparenste Möglichkeit gewesn:
4 ICs zu 8 Stück D-FlipFlops und pro gesetzter 1 im CRC32 Polynom noch ein XOR Gatter, fertig.

Jetzt muss das eben Byteweise passieren mit Lookuptables:
https://abload.de/img/crcttl9reaq.png
Grooooooooooßes Bild!

Was ist in diesem Bild zu sehen?
Einmal die Berechnungsformel in C: crc32 = (crc32>>8) ^ crcTable[(crc32 ^ data)&0xFF];
Diese Formel wird pro Byte angewendet.
Die Variable "crc32" ist als Register ausgeführt welches die CPU lesen und schreiben kann.
Vor einem Paket senden muss die CPU dort den Startwert -1 reinschreiben, dann die Paketdaten in die LAN Karte schreiben und am Ende den CRC32 Wert auslesen und nochmal senden, fertig.
Vor einem Paket lesen muss da auch wieder ne -1 rein und nach einem Paket lesen muss dort die Magic Number für "Paket korrekt" enthalten sein.
Lustigerweise ist diese Magic Number bisher nie 0xC704DD7B, wie Wikipedia sagt, sondern immer 0x2144df1c.
Die berechnete CRC32 über ein Wireshark gesnifftes Paket ist aber völlig korrekt *kopfkratz*.

Dann gibts noch den "Data Serializer", die CPU soll immer 1x 32Bit reinschreiben/rauslesen anstatt 4x 8Bit.
Das viertelt die nötigen Speicherzugriffe, also beschleunigt das memcpy extrem.
Es existiert nämlich kein DMA im System, es gibt nur PIO durch die CPU.

Dieser Data Serializer liest und schreibt vom bidirektionalen 8 Bit Bus an dem die RX Fifo. die TX FIFo sowie der CRC32 generator hängen.
Damit kann ich einen CRC32 generator für beide Richtungen nutzen.

Jetz muss ich mir "nurnoch" ein Steuerwerk für den kranken sh*t ausdenken.

Die Pakete vom PHY in die FIFO schieben kann eine einfache Statemachine übernehmen.
Diese muss erstmal die Preambel fressen und ab dem SFD die 4Bit Nibbles zu 8Bit Bytes zusammenfassen und in die FIFO schieben.
danach bekommt die CPU nen "Paket is da!" IRQ.

Ich hab dann mal noch geuckt ob ich den PHY noch weglassen könnte und direkt 10mbit Ethernet aufm Draht klimper, aber ne, das war mir dann zu aufwedig mit clock recovery und sonen Scherzen.
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xoexlepox
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von xoexlepox »

Lustigerweise ist diese Magic Number bisher nie 0xC704DD7B, wie Wikipedia sagt, sondern immer 0x2144df1c.
Invertier mal die einzelnen Nibbles, und ändere die Reichenfolge. Dann könnte das passen. Aber ich kann mich auch täuschen...
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Ich geh doch mal stark davon aus, dass Wireshark das schon für mich gemacht hat.
Dass die Reihenfolge auf dem Draht sehr "interessant" ist hab ich mal in einem anderen Projekt kennengelernt, ja.
(Man in the Middle Attacken im FPGA mit Hardware Paketfilter)

Aber ich musste mir im Interwebs ein pcap File suchen, denn nur sehr wenige LAN Karten schicken den FCS bis ans OS weiter.
Die erledigen CRC32 ja auch alle in Hardware :lol:

Also einen Endianessdreher hab ich auf jedenfall drinne, die richtig ausgerechnete CRC32 Checksumme hat immer einen Dreher drinne:
Berechnet: 0x76 12 d2 98
Paket hat laut Wireshark: 0x98 d2 12 76
(Der Algorithmus rechnet ja in Network Byte Ordner, daher ist das eigentlich auch richtig)

Daher hätte ich eben eine andere Endianess der Magic Number erwartet, aber nix total anderes.

Das ICMP Paket:

Code: Alles auswählen

0000   00 12 f0 11 68 d6 00 13 72 09 7b ea 08 00 45 00   ..ð.hÖ..r.{ê..E.
0010   00 3c 90 a2 00 00 80 01 8e ac c0 a8 4d 07 c0 a8   .<.¢.....¬À¨M.À¨
0020   4d 1a 08 00 71 5b 03 00 d9 00 61 62 63 64 65 66   M...q[..Ù.abcdef
0030   67 68 69 6a 6b 6c 6d 6e 6f 70 71 72 73 74 75 76   ghijklmnopqrstuv
0040   77 61 62 63 64 65 66 67 68 69 98 d2 12 76         wabcdefghi.Ò.v
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Damit ferdimh noch was zu lesen hat hier mal die fertige Doku!
Dateianhänge
MulDiv.pdf
(1.5 MiB) 107-mal heruntergeladen
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Die gute Nachricht:
In VHDL rechnet der CRC Generator genau gleich.
Die schlechte Nachricht: das war ja nicht ganz richtig :lol:

C Code Ausgabe:

Code: Alles auswählen

gcc main.o crc32.o -o crctest -lm
crc Packet:   0x7612d298, inv: 0x89ed2d67
crc over all: 0x2144df1c, inv: 0xdebb20e3
VHDL Code Ausgabe:
Bild

Beim VHDl Code kommt das raus was bei inv steht, die Invertergatter spar ich mir mal, das darf dann später die CPU ALU machen.
Spart Hardware.
Oder als Auslesemux keine 245er nehmen, sondern invertierende Bustreiber?
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Heute hab ich dann mal am DataSerializer weitergemacht.
Dem Empfangsteil davon.

Großer Schaltplan:
https://abload.de/img/dataserialr3c2v.png

Dieser Teil soll 4 Bytes aus einer FIFO auslesen und zu einem 32Bit Word zusammenbauen.
Aaaaber, wenn in der FIFO nurnoch zB 3 Bytes drinne sind, soll er auch nur 3 Bytes lesen und das letzte Byte ist dann eben Müll.
Somit kann ich pro CPU Datenbus Transaktion 4 Byte übertragen und nicht nur 1 Byte.

So eine FIFO hat nicht 8 Bit, sondern 9Bit.
Bit9 ist ein Flag, das Data Valid Flag des Ethernet PHY wird das werden.
Damit weis die Schaltung wann Daten anliegen und wann nicht.

Nachdem die CPU einmal das Register eingelesen hat wird ein Sequenzer getriggert, der alle 4 Byte der Reihe nach in das Datenbusregister läd.
Der Sequenzer ist quasi ein 4Bit Schieberegister durch das ein Impuls geschoben wird.
Je nach Position des Pulses wird das entsprechende Register zum Speichern freigegeben.
(Leider sieht der im Schaltplan total hässlich aus, da ich den IC nicht zerpflücken kann)

Solange ein Impuls im Sequenzer vorhanden ist muss die FIFO ausgelesen werden, aber auch nur solange DataValid HIGH ist.
Hinzu kommt eine Startbedingung wofür ich nen 3 fach OR gebraucht hätte, aber man kanns auch mit NOR basteln:
https://www.fingers-welt.de/phpBB/viewt ... 00#p248414
Das sind IC 31A und 32A.
Insgesamt hab ich damit 3 NOR in Reihe, denn die "Sequenzer aktiv" Erkennung ist ein wired-NOR mit OpenCollector Invertern :lol:
Die Startbedingung überspringt den "Data not Valid" Teil in der FIFO, welcher immer 1 FIFO Eintrag hinter einem validen Ethernetframe ist.

Wenn DataValid und wenn der Sequenzer läuft, dann dürfen die FIFO Daten auf den internen CRC Datenbus (der bidirektional ist).

Den Schaltplan hab ich dann noch auf mehrere Seiten zerpflückt, denn der ist gut in 3 Teile splitbar:

1) Netzwerk RX
Netzwerkkabelinhalt in die FIFO kippen

2) Netzwerk TX
FIFO Inhalt ins Netzwerkkabel schieben

3) CPU Busanbindung
Eigentlich ist das nochmal aufteilbar in:
3.1) CRC Generator
3.2) DataSerializer
3.3) Adressdecodierung und Control/Status Register

Bild

Daraufhin mal ein Bärenfang eingießen, prösterchen!
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Wenn beim Lesen der FIFO Stream innerhalb eines Words aufhöhrt, dann ließt die CPU ja 1 bis 3 Müllbytes.
Das ist egal, weil die Payloadlängen für den IP Stack in den Headern stehen.

Aber beim Schreiben ist das nicht mehr egal, sonst wär das Ethernetframe zu groß.
Ein Ethernetframe hat eine maximale Länge von 1518 Bytes.
Das ist nicht durch 4 teilbar! (1518/4 = 379,5)
Es muss also ein Half Word Transfer möglich sein.
Dieses Half Word bedingt, dass ich den Sequenzer aufsplitten muss in 2 Teile.
Dann kann er auch nur 2 Bytes statt 4 Bytes schreiben.
Wenn man schonmal dabei ist: dann bauen wir auch Bytetransfer ein.

Da das als PC Schaltplan unschöner aussieht als auf Papier, hier mal ein Scan:
Bild

Die obere Reihe D-FF mit den Enable Ausgängen zu den Byteregister Enables wurde aufgetrennt.
Wenn nur das Byte an der Adresse 0 im Word geschrieben werden soll, dann geht nur "RAM_WE3" auf LOW. (Big Endian! Daher WE3!)
Dann "feuert" nur die erste Stufe des Sequenzers und nur B3_EN wird LOW.

Sobald ein Half Word geschrieben wird an der Stelle 0, dann gehen WE2 und WE3 auf LOW.
WE2 triggert ein "Schattensequenzer", der dann ans Tageslicht tritt, wenn Byte2 enabled werden soll.

Bei einem Word Schreibzugriff gehen alle WE auf LOW, aber WE1 brauch nicht ausgewertet werden, weil 3/4 Word gibts ned!
Das triggert dann ein weiteren Schattensequenzer, der nach B3 und B2 ans Tageslicht tritt.

Ein Lesezugriff triggert immer alles, eine Karte am Speicherbus kann eh nicht erkennen ob grade ein Word oder ein Byte gelesen werden soll.
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Hier dann noch der Schaltplan mit dem neuen Sequenzer sowie das Schreiben in die TX FIFO:
https://abload.de/img/sequenzingqfcnk.png

Das Schreiben in die TX FIFO ist ganz einfach.
Solange der Sequenzer läuft und die CPU eine Schreibfreigabe ersteilt hat, solange wird in die TX FIFO geschrieben.
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Irgendwie habe ich das Verlangen das hier in den MIPS TTL einzubauen:
https://www.youtube.com/watch?v=3fXuFCxMHVI

Forumfred dazu:
http://forum.6502.org/viewtopic.php?f=4&t=3329
Matt
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Matt »

sehr ähnliche Thema zu TTL Monster. :mrgreen:

https://www.wellenkino.de/557/viewtopic ... colet#p514

Könnte Ihr Bilder sehen ?

Grüss
Matt
Zuletzt geändert von Matt am So 17. Mär 2019, 16:27, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Jo ist zu sehen, das Forum resized die Bilder aber nicht wodurch die alle abgeschnitten sind.
Aber wozu gibts die mittlere Maustaste denn sonst :mrgreen:

Meine Fr*sse, was hast du da nur wieder angeschleppt!
Das wird doch total heiß mit den so eng zusammengeferchten TTL ICs.

Aber du hast es ja zum laufen gebracht.
Wird die FFT in Hardware berechnet ala Statemachine oder gibts dann kleines Program?
Ich les da was von ner Encoder Platine.
Matt
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Matt »

Platine wird aktiv gekühlt.
Daher bassd scho :-)

Ich dachte anfangs, dass es keine PROM hat.. hat aber über 40 2kbit PROM O.° etwa 30 ist auf Encoder Platine.
Ich müsste zugeben, dass ich noch nicht wissen wie FFT funktioniert (müsste mal einlesen) FFT ist Neuland :lol:

Grüss
Matt
Zuletzt geändert von Matt am Di 23. Okt 2018, 21:33, insgesamt 1-mal geändert.
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

In den PROM kann durchaus auch eine Statemachine gespeichert sein, wie bei der MulDiv Platine des MIPS TTL.
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Bastelbruder
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Bastelbruder »

FFT ist eingentlich ganz einfach. Hier wird das Ganze mechanisch erklärt:
https://www.youtube.com/watch?v=NAsM30MAHLg
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Weisskeinen
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Weisskeinen »

Da muss ich widersprechen. Die Grundidee hinter der harmonischen Analyse und auch der diskreten Fouriertransformation (DFT) ist relativ einfach und wird oft gut und verständlich erklärt. Dummerweise ist die direkte Umsetzung des Verfahrens in einen Algorithmus recht ineffizienz und rechenaufwändig (Laufzeit O(n²)). Außerdem werden auch noch trigonometrische Funktionen benötigt. Daher wurde die schnelle Fouriertransformation, engl. Fast Fourier Transform (FFT), entwickelt. Es gibt verschiedene Verfahren, gemeinsam ist denen aber, dass sie wesentlich effizienter sind (Laufzeit O(n*log(n))) und keine trigonometrischen Funktionen zur Berechnung benötigen. Mit der Anschaulichkeit ist es aber nicht mehr weit her und es gibt gewisse Einschränkungen.
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

So, ich habs jetzt mal geschafft die VHDL Implementation des Space Age 2 auf den aktuellen Stand zu ziehen.
Also mit Terminal Videokarte und UART.

Der Linpack braucht 1,5h zum Durchlaufen und spuckt dann sagenhafte 3kflops aus!
Der Emulator in C hat 22kflops, denn er nutzt die MulDiv Routinen des Host Prozessors.
Der Hardware MulDiv des Space Age 2 braucht 70 bis 100 Takte.
Dateianhänge
eliza.png
linpack_fpga.png
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Hier mal noch ein Bild von dem FPGA Spielzeug, Virtex5 VLX110T.
Hab ich von der Uni geliehen bekommen, denn ich brauchte erstmal ne Menge BlockRAM des FPGA und die Platine hat nen 1Mbyte SRAM drauf.
Auf meinem privaten ZYBO Board läufts leider noch nicht, denn ich bin noch zu doof für nen AXI Master der auf den DRAM zugreifen soll.
IOs ohne Ende hat die Platine auch! Das ZYBO ist jetzt schon voll belegt.
Bild

Die Zusatzplatine rechts enthält die Videoendstufe und den SPI EEPROM.
Bild

Das gibt dann auch ein gutes Videosignal.

SYNC zum Bildanfang:
Bild

ZeilenSync und Pixel (ja es geht nur schwarz oder weiß):
Bild

Weiter rausgezoomt zu ganzen Bildern:
Bild

Ja wieso gibts jetzt kein Bild vom Fernseher?
Es scheitert an einer 4 poligen Klinke *gnarf*.
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Von soner blöden Klinke lss ich mich nicht aufhalten!
Also Deppenlaterne aufgeschraubt und direkt nen Draht angelötet an den Eingang.
Ist ja dank 75R und Beschriftung eines Testpunkts leicht zu finden.

Also angelötet, Signal draufgegeben uuuuuund ............ "Signalkabel prüfen" :evil: :evil: :evil:
ARGH!

Das BAS Signal aus den Oszibildern geht durch die 75R Last dann auch bis auf -0,3V runter und weiß geht auf 0,7V.
64µs zwischen zwei SYNC werden auch eingehalten:
Bild

Sone Flachglotze is wohl zu modern für BAS? (nicht FBAS)

Dabei hab ich verschiedenes gelesen zum Signalpegel.
Die einen sagen -0,3 bis 0,7V und die anderen 0V bis 1V (0,3V Ruhepegel)
Ja was stimmt denn da?

Wobei ich ja nur Henrys Videoausgangsstufe nachgebaut habe die so mit einem Studioröhrenmonitor 1a funzt.
VCC_A = 5V
Bild
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ferdimh
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von ferdimh »

Video wird "normalerweise" kapazitiv gekoppelt. Damit darf das überall liegen. Üblicherweise ist der Glotzeneingang nach den 75Ω eh kapazitiv gekoppelt.
Modernere Glotzen zählen gerne mal die Zeilen nach. Da würde ich zuerst suchen.
Ansonsten würde ich mich via Nintendo (o.Ä.) herantasten. Die sind auch nur so semistandardkonform.
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Chefbastler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Chefbastler »

Timing/Pegel für Synchronisation Bildanfang wird auch eingehalten?
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Der interne Zeilenzähler wird bei Zeile 625 zurückgesetzt.
Also geht das schonmal nach Standard.

Die Vortrabanten sehen so aus, das passt vom Timing her:
Bild

Wie genau muss man eigentlich die 14,7456MHz einhalten? Aus der PLL bekomm ich nur 14,644MHz.
Das ist eine Abweichung von ~0,7%
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ferdimh
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von ferdimh »

Wofür brauchst du 14,7ebbes MHz?
Das passt doch zu garnichts?
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Das ist der Pixeltakt.
Die Schaltung tut so als wären es 944 Pixel pro Zeile.
Das sind nicht nur die sichtbaren Pixel.

Es braucht ja noch ein paar "Pixel" um einen SYNC an die pasende Stelle zu setzen, dann kommt wieder kurz der Ruhepegel und dann die sichtbaren Pixel.
Das macht dann die 15620 Zeilen/s.
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ferdimh
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von ferdimh »

Wenn das so ist, ist das tatsächlich relaitv weit draußen. Sollte noch gehen (tm).
Kannst du probeweise einfach ein paar Pixel wegschinden (z.B. auf 936 pixel pro Zeile)? Wenn die Austastlücken nicht passen, wird das Bild evtl komisch, aber es muss synchronisieren. Bei NTSC läuft die Ablenkung noch etwas schneller, auf 15750 Hz, in Richtung hoher Frequenzen ist also tendenziell mehr Reserve da.
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

An den Pixeln hängt die Statemachine, das wird interessant da was abzusäbeln.

Daher habe ich die PLL etwas höher gestellt, auf 14,897MHz.
Immernoch kein Bild.

Achja, mein Oszi kann ja auf BAS triggern und das funktioniert sogar!
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Chefbastler »

Ich hatte mal so ne LCD Billigglotze da musste man PAL/NTSC/SECAM 50/60Hz per hand einstellen. Ansonsten einfach mal eine andere Glotze/Videograbber probieren.
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von video6 »

keine alte Röhrenglotze zur Hand?
dann rollt es halt durch oder kippt um aber man sieht erst mal was.
muss einer sein der nicht dunkeltastet.
am besten ein voll analoger Kleiner TV
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Fritzler
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

HMPF!
Jetzt will mich das Glotzgerät auch noch aktiv ärgern.
Ich kann nicht mehr auf AV Schalten "kein Signalkabel angeschlossen".
Dabei hab ich eine Lötbrücke über den Schalter in der Klinkenbuchse gebraten, wtf?

Dabei wollt ich gucken ob ich vllt noch ne Einstellung übersehen habe fürn AV in, weil da ist nicht viel einstellbar außer global 4:3 oder 16:9.
Der will wohl alles automatisch erkennen.

Da das jetzt aber zu einem Henne Ei Problem wird warte ich ab bis ich mal wieder bei Henry bin um es dort an eine Röhre zu stöpseln.
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von xoexlepox »

Ich kann nicht mehr auf AV Schalten "kein Signalkabel angeschlossen".
Dabei hab ich eine Lötbrücke über den Schalter in der Klinkenbuchse gebraten, wtf?
Will das Teil vielleicht 50 (oder 75) Ohm am Eingang sehen?

Edith meint: Und wie ist das mit dem Schalter an der Buchse? Die Buchsen, die ich kenne, schalten "ohne Stecker" den Signaleingang auf den Schalteingang.
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von Fritzler »

Diese Buchse hat 7 Pins auf dem PCB, der Schalter war also extra.
Die genannte Art der Buchsen kenn ich auch, die schalten dann aber den Tip (linker Kanal) und villeicht zusätzlich den rechten Kanal (erster Ring).
Das sind dann auch meist öffner (der Lautsprecher hört jetzt bitte auf zu quäken wenn die Kopfhöhrer eingesteckt werden), auf dieser Buchse war es ein Schließer wenn die Klinke steckt.

Die 75R sind ja in der Glotze, meine Quelle hat 75R Quellwiderstand.
Wenn man da jetzt noch einmal 75R hinzaubert passt ja garnichts mehr?
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Re: Space Age 2 der 32Bit MIPS Rechner in TTL

Beitrag von xoexlepox »

Die 75R sind ja in der Glotze, meine Quelle hat 75R Quellwiderstand.
Ok, dann sollte das passen. Ich hatte gerade ein ähnliches Problem (mit einer primitiven S/W-Kamera an einem AV-Eingang): BAS-Signal vorhanden, aber kein Bild. Hmm, Oszi parallel zum AV-Eingang geklemmt: Signal ok, Bild vorhanden. Nanu? Tastkopfklemme am Oszi gelöst -> Bild wieder weg ??? Des Rätsels Lösung: Das Oszi ist ist geerdert, und das Verbinden der Masseleitung des Taskkopfes genügt, damit ein Bild dargestellt wird. Nun frage mich bitte nicht, wie das zusammenhängt. Ich habe die Abschirmung des AV-Anschlußes geerdet, und nun funktioniert es. Vielleicht ist es ja bei deinem Problem ähnlich gelagert?
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