在复古计算机爱好者和开发者社区中,当下最热门的新趋势之一,是利用现代微控制器打造软件定义的闪存卡。PaPICOm项目正是这一潮流中的杰出代表,它基于Raspberry Pi Pico微控制器,专为著名的NEC PC-6001家用计算机设计和开发安全可编程的闪存卡。这款硬件不仅复刻了传统ROM卡的功能,更为经典8位计算平台带来了前所未有的扩展性和灵活性。PaPICOm的诞生源于对当年PC-6001平台的浓厚情怀,同时也体现出现代电子工程师对于将复古与现代技术融合的热情。项目初期的设计思路受到了多款其他基于Pico的闪存卡启发,像是针对Atari 8位家用机开发的A8PicoCart。A8PicoCart通过将低成本、高性能的RP2040芯片直接连接至Atari总线,实现模拟各种ROM,以及复杂的映射器和外设功能,极大地降低了硬件设计复杂度,带来极简结构优势。
而PaPICOm则借鉴这种设计理念,利用Pico缺点少、GPIO丰富、价格低廉的特点,打造针对PC-6001平台的闪存卡祖先。设计团队最初考虑了多种方案。一开始尝试将16条地址线和8条数据线直接连接到Pico,但很快遇到了GPIO资源枯竭的瓶颈,无法实现复杂的RAM或I/O解码。为此,设计选取了仅实现ROM模拟的简易方案,以确保原型机能正常响应和读取ROM映像。同时,为了提高平台兼容性和功能扩展潜力,PaPICOm设计中预留了ESP32的焊盘,计划未来结合Pico做平台底层逻辑处理,ESP32提供无线网络及互联网连接等高级功能。PaPICOm的韧体开发也继承了A8PicoCart的精髓。
通过调查和研究A8PicoCart开源代码,发现RP2040的处理速度足以通过标准C语言程序响应主机对ROM地址的查询,无需复杂的状态机或专用PIO协处理器。程序采用轮询方式监听芯片选择信号,当CPU发起ROM读取请求时,立即将对应地址的数据传回数据总线。除此之外,PaPICOm设计初期遇到了许多挑战。例如芯片选择信号(CS2和CS3)为负逻辑,最初使用74LS32或非门逻辑实现“OR”功能,因误解信号逻辑导致芯片选择一直无法正常触发。经过排查,利用示波器定位问题根源,调整线路直接接入CS3引脚,最终实现对$6000-$7FFF区间的存取,成功读取并验证了自定义ROM的数据。进一步的调试发现,为确保代码能正确执行,ROM需挂载于系统正确的内存区域(通常是$4000-$5FFF,即CS2区间),仅将ROM_LINE固定接入CS3导致无法正常启动。
调整后,成功执行了简单的Hello World程序,确认闪存卡完全可以作为运行环境。为了支持16K大小的ROM,设计者巧妙地利用有限的GPIO挖掘了ESP32接口,复用其部分管脚接入CS3信号,解决了双芯片选择信号的识别问题,让Pico能够分时提供ROM数据的两个8K块。虽然这一部分代码依然需要优化,但基本功能得到验证,展示了微控制器模拟复杂内存映射的强大能力。PaPICOm的未来充满想象空间。板载预留的ESP32接口为无线网络和互联网下载功能预备了条件。利用FujiNet项目正在进行的“通用总线接口”研究,利用Pico担当平台专用逻辑,ESP32图像同一协议、同一固件运行,可让多种复古平台快速适配网络使用。
此外,PaPICOm还可以集成SD卡存储,使得用户可以加载大量ROM映像,甚至多合一游戏菜单系统,大大提升体验便利性。更大胆的设想还有使用Pico双核强劲算力,模拟整台PC-6001,实现加速器功能,或者通过软件驱动模拟扩展存储、声卡等外设。PaPICOm项目所体现的不仅是对PC-6001的技术复兴,更是复古计算机软硬件协同创新的典范,探索如何用小巧技术成就无限可能。项目成功也彰显了现代微控制器强大性能和灵活的硬件配置能力,足以满足经典8位计算机严格的时序需求。虽然初版PaPICOm还未完全解决所有问题,比如多路复用地址和数据线以节省GPIO,尚需验证在高速总线周期中的时序表现,但设计团队积极规划版本迭代,通过软件和硬件不断完善。值得关注的是,PaPICOm和类似PicoCart设计的出现,揭示了低成本、可编程微控制器在复古计算硬件领域的巨大潜力,更能激发社区开发者创新,重新定义个性化、灵活性的复古硬件改造。
未来,随着PaPICOm完善和生态积累,普通PC-6001用户或收藏者不仅能轻松加载海量经典游戏,还可能享受到网络、扩展模块、存储介质乃至现代加速器带来的升级体验,使昔日经典焕发新生。综上所述,PaPICOm代表了一种既满足怀旧、又挑战创新的复古计算新范例。它用现代微控制技术简化了硬件设计门槛,也打开了复古计算机使用方式的新窗口。这不仅有利于旧机器的保护和传承,也为未来复古硬件开发指明了方向。随着更多功能落地和推广,PaPICOm势必成为PC-6001社区科技创新和爱好交流的重要基石。