ForthEx (partie 1)

Dans cet article je présente un projet que j'ai débuté en septembre 2015 puis mis sur pause pour le reprendre en octobre 2016. Depuis j'y travaille régulièrement de sorte que le projet est maintenant suffisant avancé pour considérer ForthEx, un petit ordinateur basé sur système forth, comme fonctionnel.

Origine du projet

En septembre 2015 j'ai trouvé un document pdf dans l'internet écris par Charles Moore créateur du langage forth. Dans ce document Charles Moore explique la construction d'un système forth à partir de rien (bare metal programming). C'est à dire en programmant la machine d'abord en assembleur puis lorsque le minimum requis en assembleur est fonctionnel continuer le développement en utilisant forth lui-même.

Après avoir lu ce document je me suis dis que ce serais intéressant de tenter cette expérience. Il me fallait donc une base matériel c'est à dire un ordinateur pour faire le travail. J'aurais pu prendre un vieux PC mais dans un vieux PC il y a déjà le BIOS d'installé. Je voulais vraiment partir de zéro au point de vu logiciel. J'ai donc conçu un petit ordinateur simple et peu coûteux en utilisant un MCU 16 bits de Microchip. Nommément le PIC24EP512GP202-I/SP. Il s'agit d'un microcontrôleur 16 bits, le même que j'ai utilisé pour le projet PV16SOG.

À partir de cette plateforme matérielle j'ai commencé à construire le système en assembleur et en forth jusqu'à ce que j'arrive à un système utilisable en autonome.

ForthEx

C'est le nom que j'ai donné à ce petit système forth. Ce nom englobe la plateforme matérielle et le système logiciel embarqué. Les caractéristiques de cet ordinateur sont les suivantes:

• périphériques:
  • clavier d'ordinateur avec connecteur USB.
  • Sortie vidéo composite NTSC ou PAL monochrome
    mode texte 25 lignes de 64 caractères.
  • port de communication RS-232.
  • sortie audio simple tonalité.
• stockage persistant:
  • Mémoire FLASH du MCU environ 475Ko disponible pour l'utilisateur.
  • Mémoire EEPROM externe avec interface SPI de 128Ko.
  • Carte SD et SDHC.
• Extension RAM externe avec interface SPI de 128Ko.
• système forth incluant presque la totalité du vocabulaire core et core extension du standard ANSI 2012, plus le vocabulaire spécifique à ce système. Bien que le système ne soit pas encore complété le mot WORDS affiche présentement 367 mots. Il y en a plus que ça dans le dictionnaire car certains mots utilisés par le compilateur sont caché à l'utilisateur.

Plateforme matérielle

On a donc le processeur principal PIC24EP512GP202-I/SP. Comme le clavier fonctionne à 5 volt il faut 2 régulateurs de tension 5 volt pour le clavier et le PIC12F1572 et 3,3 volt pour le reste du circuit. Pour le détail de l'interface clavier il faut consulter le projet interface pour clavier ps2. Notez que même si un clavier USB est utilisé il fonctionne en mode PS2. En effet de par la façon dont les lignes D- et D+ sont connectés à des pullup le MCU du clavier reconnaît qu'il s'agit d'une configuration PS2 et non USB.

Ce petit ordinateur est donc très peu coûteux à fabriqué car il utilise un minimum de composants. On peut même laisser tomber certains composants comme l'extension RAM externe et/ou la l'EEPROM externe. Une autre option serait de laisser tomber l'interface pour la carte SD et à la place utilisé seulement des EEPROM SPI enfichable pour le stockage persistant.

Le prototype est assemblé sur une carte à pastille avec trous passants (pastilles sur les 2 faces). Il s'agit d'une carte Vector electonics modèle 8015 de 4" x 6" ( 10cm x 15cm). Ce n'est pas très long à assembler. Le gros du travail c'est l'écriture du système logiciel.

Liste matérielle

Reference	Value
R11	4k7
R8	120R
R10	680R
P1	ICSP
R7	470R
R6	10K
C7	100nF
SW2	reset
C8	100nF
C11	100nF
C12	47µF
X1	8Mhz
C6	18pF
C4	18pF
C13	100nF
R15	10k
U4	25LC1024
SW1	Power
R17	10k
R13	10K
R5	150R
D2	LED
CON2	BARREL_JACK 2,1mm
C1	47µF
C3	100nF
U1	LD1117v33
J2	RCA_JACK
J1	RCA_JACK
R12	1K
C14	100nF
U5	23LC1024
R16	10k
R9	4k7
C9	10nF
C10	22nF
D3	1N6263
U3	PIC24EP512GP202
Q2	2N3904
R2	47K
D1	1N6263
C2	33µF
Q1	2N3906
R4	10k
R1	3K3
R3	47K
U2	LM7805CT
C5	220nF
CON1	SD_Card
F1	500mA
D4	1N4148
J3	RJ12
R14	10K
R23	10K
R24	10K
R25	10K
D7	1N4148
D6	1N4148
R18	10K
P2	keyboard
C15	100nF
C16	100nF
U6	PIC12F1572
D5	LED
R20	470
P3	ICSP
R19	470
R21	10k
R22	10k
C17	10µF/50v
D8	1N4148
R26	470

Dans la partie 2 je vais débuter la description du système logiciel.

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liens

• dépot github du projet.
• brève introduction à forth