Obligement - L'Amiga au maximum

Lundi 23 octobre 2017 - 02:29  

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Matériel : MIST
(Article écrit par David Massot et Franck Bednarski - octobre 2013, mis à jour en février 2016)


Introduction

Le début de l'été 2013 a vu la mise "sur le marché" de deux nouveaux micro-ordinateurs reconfigurables : le MIST et le Replay (alias FPGA Arcade). Le MIST, dont il sera question dans cet article, était prévu pour être initialement une réimplémentation simple de l'Atari ST.

Si le nom "MIST" signifiait au départ "MiniST", l'implémentation du Minimig avec le coeur FPGA du processeur Motorola 68000 a rapidement été portée sur cette machine, remplaçant le premier sobriquet par "aMIgaST". La boucle est maintenant bouclée et les deux frères ennemis se retrouvent sur la même carte. ;-)

MIST

Ce projet personnel, initié par Till Harbaum, était donc motivé par la création d'une carte Atari ST à base de FPGA suffisamment simple et abordable pour être réalisée par des hobbyistes.

Le déballage

Le MIST est disponible et commandable en France, par exemple en configuration prête à démarrer ou seul, chez Amedia Computer :
  • Une carte MIST avec ports MIDI 28 Mo + boîtier.
  • Un chargeur Micro USB.
  • Une carte mémoire 8 Go.
  • Deux manettes Competition Pro DB9.
  • Un ensemble clavier/souris sans fil.
  • Un fichier Kickstart 3.1 original (licence électronique Cloanto).
  • Une licence électronique Cloanto Workbench 3.1 incluse et Workbench 3.1 installé.
  • Une licence pour WHDLoad.
Le MIST est livré dans un solide boîtier en métal de moins bel aspect que le boîtier Crystal du Minimig mais qui remplit bien son rôle de protection.

MIST MIST
MIST MIST
MIST MIST

Les caractéristiques techniques du MIST sont les suivantes :
  • FPGA Altera Cyclone III EP3C25 (le même que le Turbo Chameleon 64).
  • Micro-contrôleur ARM AT91SAM7S56 pour la gestion des entrées/sorties.
  • 32 Mo de mémoire vive SDRAM 16 bits.
  • Contrôleur USB MAX3241E.
  • Concentrateur USB TUSB2046.
  • Connecteur VGA analogique.
  • Quatre ports USB en mode hôte.
  • Sortie son stéréo analogique.
  • Port micro USB pour l'alimentation (300 mA/5 V minimum et 400 mA/5 V avec périphériques) et le flashage du micro-contrôleur.
  • Emplacement carte SD.
  • Deux ports DB9 pour la connexion de manettes de jeux.
  • Deux ports MIDI.
  • Trois boutons poussoirs (réinitialisation de la carte, menu et le dernier défini par le développeur).
  • Interrupteur marche/arrêt.
  • Un cavalier pour activer le flashage du micro-contrôleur via le port micro USB.
  • Deux commutateurs DIP (pour le micrologiciel ou la désactivation du FPGA).
  • Un connecteur ARM JTAG pour le développement et le débogage du micro-contrôleur.
  • Un connecteur FPGA JTAG pour le développement et le débogage du FPGA.
  • Un connecteur ARM pour le débogage.
A noter que les connecteurs JTAG ne sont pas présents sur la carte en version commerciale. Il est aussi agréable de voir un interrupteur marche/arrêt directement sur la carte.

MIST

Les caractéristiques techniques précédentes sont très intéressantes et permettent normalement la réimplémentation et l'exécution de toute machine 16/32 bits. Elles sont meilleures que le Minimig au niveau de la mémoire et l'espace de programmation du FPGA. Selon les dires du concepteur du projet, la carte MIST est assez puissante pour permettre l'implémentation de l'Atari Mega STE à 16 MHz et de l'Amiga 1200 (AGA) à 28 MHz.

Comme son homologue le Turbo Chameleon 64, le MIST intègre une réimplémentation de la version DE1 du Minimig comme version de base incluant aussi les améliorations de Tobias Gubener (avec le coeur IP du Motorola MC68000 et la gestion du processeur Motorola MC68020 en version alpha), Dennis van Weeren, A. M. Robinson, Jacub Bednarski, Sascha Boing et Rok Krajnc, que l'on voit fréquemment sur les forums MIST et Minimig.

Nous sommes donc en présence d'un "Minimig V2" dont le matériel présente des améliorations :
  • Un composant FPGA de plus grande capacité.
  • La gestion des périphériques USB à la place des classiques et anciens PS/2.
  • L'utilisation de la SDRAM comme mémoire vive à la place de la SRAM statique plus chère.
  • L'ajout de deux ports MIDI.
La gestion de l'USB apporte un réel avantage car les périphériques PS/2 commencent à dater et certains périphériques USB ne fonctionnent plus avec un adaptateur.

Comparaison MIST/Replay

Le MIST supporte la comparaison avec le Replay qui se veut être une carte plus puissante et beaucoup plus évolutive.

Voici quelques points de comparaison (provenant du concepteur du Replay) :
  • Général
    • MIST : circuit deux couches, pas de protection par rapport aux variations de tension.
    • Replay : circuit six couches, protection contre les variations de tension, meilleure dissipation de chaleur.
  • FPGA
    • MIST  : Altera Cyclone III EP3C25E 24,624 LE (flop + lut).
    • Replay : Xilinx XC3S1600E 33,192 LE (flop + lut).
  • Vidéo
    • MIST :
        Sortie VGA analogique sans tampon mémoire.
        Sortie Péritel sur coeur Amiga/Atari avec câble VGA vers Péritel.
    • Replay :
        Sortie vidéo numérique PHY gérant le DVI/HDMI avec un convertisseur 24 bits.
        Sortie avec tampon mémoire et filtre programmable.
        Sortie SVHS/composite en option avec un adaptateur.
        Sortie Péritel sur coeur Amiga avec câble VGA vers Péritel.
  • Audio
    • MIST  : Filtre audio résistif/capacitif codé dans le FPGA.
    • Replay : Convertisseur Wolfson Hi-Fi 192 kHz avec convertisseur 24 bits.
  • Mémoire
    • MIST  : 32 Mo de mémoire SDRAM DDR.
    • Replay : 64 Mo de mémoire SDRAM DDR2.
  • Périphériques
    • MIST  : USB (souris, manette (touches configurables par fichier)), clé Ethernet USB.
    • Replay : PS/2, USB possible si soudé à la place du PS/2.
  • Évolutivité
    • MIST  : pas d'évolutivité.
    • Replay : carte fille (pas de date de prévue) avec processeur MC68060, port Ethernet et USB.
Si le Replay semble avoir pris la relève du projet NatAmi (au niveau technique, pas au niveau de la gestion du projet ;-)), le MIST, par son caractère ouvert (des codes sources jusqu'au schéma de circuits imprimés), sa simplicité et sa disponibilité à l'achat, en font le successeur idéal du Minimig (les sources du Replay ne semblent pas être disponibles).

Le MIST peut proposer des évolutions intéressantes (Atari STE/Mega STE + USB Ethernet, Amiga 1200, amélioration de la compatibilité du coeur TG68K, gestion du MIDI pour les puristes de Cubase ;-)).

Le Replay est encore en développement, seuls les coeurs Amiga, Commodore 64, VIC 20 et Galaga sont disponibles (sur le site svn.fpgaarcade.com/release) en novembre 2015.

Démarrage et utilisation

Pour démarrer, il suffit de se munir de :
  • La carte MIST.
  • Une carte SD de 1 Go minimum formatée en FAT32.
  • Un câble d'alimentation micro USB.
Ensuite, connecter :
  • Un écran VGA.
  • Un clavier et une souris USB.
  • Une ou deux manettes de jeux au format DB9 ou USB.
Cette page traite de la compatibilité des périphériques.

Toutes les instructions et informations concernant l'installation et l'utilisation du MIST sont disponibles sur le site du projet.

Il faut ensuite préparer la carte SD (formatée en FAT32) en copiant directement sur la carte les fichiers des coeurs FPGA choisis (Amiga, Atari, NES, Apple II ..) en renommant le fichier principal désiré en "core.rbf" (ce dernier fichier sera utilisé pour démarrer par défaut) et les images des systèmes d'exploitation (Kickstart, TOS ou EmuTOS) qui ne sont, pour les deux premiers, pas encore libres de droits, il faut donc posséder les machines correspondantes ou des logiciels proposant la licence du style Amiga Forever ou bien acheter les licences.

Quelques améliorations d'interfaces seront à prévoir : pour l'instant, le MIST ne reconnaît qu'un seul nom de fichier coeur et il faut d'abord charger une machine pour ensuite basculer sur une autre. Il est d'ailleurs possible, en combinant les fichiers, d'utiliser une seule carte pour le MIST et le Minimig.

La préparation de la carte est donc très simple. Il suffit alors de la placer dans son emplacement et démarrer le MIST en appuyant sur le bouton "marche".

Lancement

Quelques instants plus tard, selon la machine installée, on se retrouve devant un écran de ce style :

MIST
Amiga

MIST
Atari ST

Le menu est identique à celui du Minimig dernière mouture. Tous les réglages possibles sont présents : scanlines, filtres audio, gestion d'images disque dur, changements de système d'exploitation à chaud...

Jeux et compatibilité

Voici un aperçu de la compatibilité des 101 jeux se trouvant dans le Livre de David Taddei (avec le firmware V20150910 et le coeur Amiga AGA20150910v1.1) :

Nom
Format
Compatibilité
Observation
1Advantage TennisWHDLoadOui
2The Adventure of Robin HoodWHDLoadOui
3AgonyWHDLoadOui
4Alien BreedWHDLoadOui
5Another WorldWHDLoadOui
6ApidyaWHDLoadOui
7Barbarian 2WHDLoadOui
8B.A.TWHDLoadOui
9Batman The MovieWHDLoadNonNe se charge pas
10Battle SquadronWHDLoadOui
11Battle IsleWHDLoadOuiFonctionne avec AG Launch mais pas avec Tiny Launcher
12BenefactorWHDLoadOui
13Black CryptWHDLoadOui
14CadaverWHDLoadOui
15Cannon FodderWHDLoadOuiQuelques bogues graphiques
16Capitaine Blood (L'Arche du)WHDLoadOui
17CaptiveWHDLoadOui
18Castle MasterWHDLoadOui
19Chaos EngineWHDLoadOui
20Croisière pour un CadavreWHDLoadOuiFonctionne seulement si on clique sur l'icône
Ne se lance ni avec AG Launch ni avec Tiny launcher
21DarkmereWHDLoadOui
22Dark SeedWHDLoadOui
23Defender Of The CrownWHDLoadOui
24DeliveranceWHDLoadOui
25Desert StrikeWHDLoadNonErreur : Exception level 3 autovector copper/vblank/blitter $6C at $8000E
26Disposable HeroWHDLoadOui
27DrakkenWHDLoadOui
28DreamwebWHDLoadOui
29DuneWHDLoadOui
30Dune 2 The Battle For ArrakisWHDLoadOui
31ElfmaniaWHDLoadOui
32EpicWHDLoadNonNe démarre pas
Erreur : Exception Line 1111 Emulator $2c at $62E2000C
33ExileWHDLoadOui
34ExtaseWHDLoadOui
35F/A 18 InterceptorWHDLoadOui
36Faery Tale Adventure, TheWHDLoadOui
37Fire And IceWHDLoadNonErreur : Exception illegal instruction $10 at $62064
38First SamuraiWHDLoadOui
39Flashback: The Quest for IdentityWHDLoadOui
40FloodWHDLoadOui
41Formula One Grand PrixWHDLoadOui
42Frontier: Elite IIWHDLoadOui
43GodFather TheWHDLoadOui
44GodsWHDLoadNonErreur : Exception line 1010 emulator $28
at $9F3E00F8
45Golden AxeWHDLoadOuiLe 2e bouton fait quitter
46Great Courts 2WHDLoadOui
47HeimdallWHDLoadOui
48HunterWHDLoadOui
49Indiana Jones And The Last CrusadeWHDLoadNonSe fige au 2e écran
50It Came From The DesertWHDLoadOui
51James Pond 2: Codename ROBOCODWHDLoadOui
52Jim Power In Mutant PlaneteWHDLoadOui
53Kick Off 2WHDLoadOui
54LeanderWHDLoadOui
55LemmingsWHDLoadOui
56LionheartWHDLoadOui
57Lotus Turbo Esprit ChallengeWHDLoadOui
58Magic PocketsWHDLoadOui
59Marble MadnessWHDLoadOui
60Maupiti IslandWHDLoadOui
61Mega Lo ManiaWHDLoadOui
62Moonstone: A Hard Day KnightWHDLoadOui
63No Second PrizeWHDLoadOui
64North and SouthWHDLoadOui
65Operation StealthWHDLoadOui
66PangWHDLoadOui
67Pinball DreamsWHDLoadOui
68PiratesWHDLoadOui
69PopulousWHDLoadOui
70PowermongerWHDLoadOui
71Prince Of PersiaWHDLoadOui
72Project-XWHDLoadOui
73PuttyWHDLoadOui
74Rainbow IslandsWHDLoadNonErreur : Exception illegal instruction $10
at $7D7B6
75Rick DangerousWHDLoadOui
76RoboCop 3WHDLoadOui
77RodlandWHDLoadOui
78Ruff'n'TumbleWHDLoadOui
79The Secret Of Monkey IslandWHDLoadOui
80Sensible World Of SoccerWHDLoadOui
81The SettlersWHDLoadOui
82Shadow Of The BeastWHDLoadOui
83SimCityWHDLoadOui
84Soccer KidWHDLoadOui
85Speed Ball 2: Brutal DeluxeWHDLoadOui
86Starglider 2WHDLoadOui
87Stunt Car RacerWHDLoadOui
88Super Cars IIWHDLoadOui
89SuperfrogWHDLoadOui
90SWIVWHDLoadOui
91SyndicateWHDLoadOui
92Teenage QueenWHDLoadOui
93TokiWHDLoadOui
94Turrican 2WHDLoadOui
95UniverseWHDLoadOui
96UnrealWHDLoadOui
97Voyageurs du Temps (Les)WHDLoadOui
98VroomWHDLoadOui
99WingsWHDLoadOui
100Wizkid: The Story of Wizball IIWHDLoadOui
101Xenon 2 MegablastWHDLoadOui

Compatibilité des jeux AGA (avec le firmware V20150910 et le coeur Amiga AGA20150910v1.1) :

Nom
Format
Compatibilité
Observation
1Aladdin AGAWHDLoadOui
2Alfred Chicken AGAWHDLoadOui
3Alien Breed 3D AGAWHDLoadOui
4Alien Breed 3D II: The Killing Grounds AGAWHDLoadNonPlantage après le premier écran
5Alien Breed II: The Horror Continues AGAWHDLoadOui
6Alien Breed Tower Assault AGAWHDLoadNonErreur : Exception Line 1111 Emulator $2C
at $EFFFFDDD
7All New World Of Lemmings AGAWHDLoadOui
8Arcade Pool AGAWHDLoadOui
9Banshee AGAWHDLoadOui
10BloodNet AGAWHDLoadOui
11Body Blows AGAWHDLoadOui
12Body Blows Galactic AGAWHDLoadOui
13Brian The Lion AGAWHDLoadOui
14Brutal Sports Football AGAWHDLoadOuiTrès lent, la sélection des menus
change toute seule à cause de la souris
15Bubble And Squeak AGAWHDLoadOui
16Burntime AGAWHDLoadOui
17Chaos Engine AGAWHDLoadOui
18Chaos Engine 2 AGAWHDLoadOui
19Civilization AGAWHDLoadOui
20Deluxe Galaga AGAWHDLoadOui
21Dennis the Menace AGAWHDLoadOui
22D/Generation AGAWHDLoadOui
23Diggers AGAWHDLoadNonNe démarre pas
24Donk The Samurai Duck AGAWHDLoadOuiFonctionne avec AG Launch mais pas avec Tiny launcher
25Dreamweb AGAWHDLoadOui
36Dungeon Master 2 AGAWHDLoadNonErreur : Exception line 1111 emulator
$2c at $21912
27Exile AGAWHDLoadOui
28Eye Of The Beholder AGAWHDLoadOui
29Eye Of The Beholder II: The Legend Of Darkmoon AGAWHDLoadOui
30Fire And Ice AGAWHDLoadNonLe jeu se fige au bout de quelques secondes
31Flink CD32 AGAWHDLoadNonDémarre mais on ne peut pas jouer
31Guardian AGAWHDLoadOui
32Gunship 2000 AGAWHDLoadOui
33Heimdall 2 AGAWHDLoadOui
34The Humans AGAWHDLoadOui
35Impossible Mission 2025 AGAWHDLoadOui
36Ishar AGAWHDLoadOui
37Ishar 2 AGAWHDLoadOui
38Ishar 3 AGAWHDLoadOui
39James Pond 2 AGAWHDLoadOui
40James Pond 3 AGAWHDLoadOui
41Jungle Strike AGAWHDLoadOui
42Le Roi Lion AGAWHDLoadOui
43Marvins Marvellous Adv AGAWHDLoadOui
44Minskies AGAWHDLoadOui
45Morph AGAWHDLoadOui
46MystInstallation sur disque durOui
47Oscar AGAWHDLoadOui
48Putty Squad AGAWHDLoadOui
49Second Samurai AGAWHDLoadOui
50Seek And Destroy AGAWHDLoadOui
51Simon The Sorcerer AGAWHDLoadOui
52Slam Tilt AGAWHDLoadOui
53Soccer Kid AGAWHDLoadOui
54Star Trek: 25th Anniversary AGAWHDLoadOui
55Super Stardust AGAWHDLoadNonPremier niveau Ok
mais se bloque ensuite
56Tales Of Gorluth (démo)Installation sur disque durOui
57Theme Park AGAWHDLoadOui
58T-Zero (démo)Installation sur disque durOui
59UFO: Enemy Unknown AGAWHDLoadOuiQuelques bogues graphiques sur la mappemonde
60Watch Tower AGAWHDLoadOui
61Whizz AGAWHDLoadOui
62Worms Director's Cut AGAWHDLoadOui
63Zool AGAWHDLoadOuiQuelques bogues graphiques sur le personnage
64Zool 2 AGAWHDLoadOui

Performances et comparaisons

Pour mesurer les performances d'un Amiga Classic et des clones FPGA, rien ne vaut les bons vieux SysInfo et AIBB.

Conditions de test :

Machine
Fréquence processeur
Workbench
ADF/HDF
Kickstart
Mémoire Chip
Mémoire Fast
PAL/NTSC
Système de fichiers
MIST (AGA20150910v1.1)28 MHzClassic Workbench 3.1HDF3.12 Mo28 MoPALFFS
Replay (V27122015)56 MHzClassic Workbench 3.1HDF3.12 Mo57 MoPALFFS
A120014 MHzAmigaOS 3.1ADF sur HXC Slim3.12 Mo0 MoPALFFS
A5007 MHzAmigaOS 1.34 ADF sur HXC Slim1.31 Mo0 MoPALFFS

Comme on peut le voir dans le tableau ci-dessous, l'implémentation conduit à des performances nettement supérieures aux Amiga Classic en configuration de base (Amiga 500/500+/600 et Amiga 1200).

Test
MIST
Coeur Amiga V10092015_1.1
Replay
Coeur Amiga V27122015
A1200 (sans disque dur)
A500 (sans disque dur)
MIPS (SysInfo)
(le plus est le mieux)
7,16 MIPS
10,32 MIPS
1,33 MIPS
0,57 MIPS
Dhrystones (SysInfo)
(le plus est le mieux)
6862 Dhrystones
9896 Dhrystones
1283 Dhrystones
548 Dhrystones
Clock (AIBB)
(le plus est le mieux)
28,00 MHz
56,02 MHz
14,03 MHz
7,09 MHz
Dhrystones (AIBB)
(le plus est le mieux)
13 566,07 Dhrystones
15 388,07 Dhrystones
3 201,94 Dhrystones
1 597,44 Dhrystones
MemTest (AIBB)
(le plus est le mieux)
8,66 Mo/sec
7,37 Mo/sec
3,27 Mo/sec
1,20 Mo/sec
EmuTest (AIBB)
(le plus est le mieux)
11,23 Sim. MHz
12,84 Sim. MHz
2,48 Sim. MHz
1,37 Sim. MHz
Sieve (AIBB)
(le moins est le mieux)
7,98 Sec
5,48 sec
20,35 sec
66,30 sec
IMath (AIBB)
(le moins est le mieux)
9,72 Sec
8,61 sec
35,02 sec
94,18 sec
Matrix (AIBB)
(le moins est le mieux)
2,91 Sec
2,35 sec
9,23 sec
23,66 sec
OS HardDrive Speed (SysInfo) FFS
(le plus est le mieux)
1 509,46 Bytes/Sec
2 021,67 Bytes/Sec
N/A
N/A

Les performances dépassent nettement celles d'un Amiga 3000 alors que celle du Minimig initial flirtent seulement avec ce dernier (tant que l'on n'utilise pas les spécificités du Motorola MC68030 aussi).

MIST SysInfo (Speed)
MIST sous SysInfo (Speed)

Minimig
Minimig sous SysInfo (Speed)

MIST AIBB (Dhrystones)
MIST sous AIBB (Dhrystones)

Minimig
Minimig sous AIBB (Dhrystones)

Pour aller plus loin

Le MIST est très une bonne machine d'apprentissage pour du développement sur FPGA ou tout simplement un très bon outil de loisir pour les "bidouilleurs" en tous genres. Pour débuter dans ce domaine, il est possible de télécharger :
  • La version gratuite (ou édition Web) du logiciel d'Altera, Quartus II, disponible en environnement Windows.
  • Ou un logiciel libre (écrit en Python) qui ne cesse de s'étoffer : Boot.
Ces logiciels permettent la conception, la simulation et le transfert de circuits logiques (ou coeurs IP) dans la mémoire flash du FPGA (uniquement Quartus II).

Petite remarque à destination des bricoleurs :
  • Le MIST est livré sans les connecteurs permettant le débogage simple de la carte.
  • Ces connecteurs seront à souder (la soudure de ces ports ne présente pas de difficulté majeure).
  • Il faudra aussi se munir de câbles/adaptateurs spéciaux (série, JTAG...) permettant de charger plus rapidement les programmes dans le FPGA.
Le site du projet propose quelques pages permettant de débuter et une liste de projets susceptibles d'être portés sur cette carte.

Enfin, pour les plus motivés, de nombreuses implémentations libres en tous genres sont disponibles sur le site opencores.org.

Conclusion

Le MIST est un très bon remplacement (pas d'émulation, mais réimplémentation matérielle donc pas de latence) aux machines et consoles suivants :

Ordinateurs :
  • Amiga 500/500+/600/1200 standards (68000-68020).
  • Atari 520/1040 ST/f/e Mega ST/e (68000-68020) avec MIDI et connexion réseau par USB pour FTP, IRC, Internet (simple).
  • Amstrad CPC 6128.
  • Apple II+.
  • Commodore 64.
  • MSX, ZX Spectrum.
  • Sinclair QL, BBC Micro, ZX80.
Consoles :
  • Atari 800 XL/2600/5200.
  • ColecoVision, Sega Master System.
  • Nintendo NES, Game Boy.
  • Nec PC Engine.
Arcade :
  • Pacman, Pengo, Frogger, Galaxian.
  • Moon Patrol, Space Invaders.
Il est le successeur du Minimig pour les Amiga.

Les bons choix techniques ont été faits avec le matériel permettant le portage d'un plus large panel de machines (défaut principal du Minimig) et la gestion de l'USB par exemple.

La carte est modérément simple et les codes sources sont tous disponibles. Moyennant l'achat de quelques câbles et adaptateurs pour faciliter le développement FPGA, le MIST est aussi une très bonne carte pour les électroniciens hobbyistes.

Sources
Nom : MIST.
Constructeur : Till Harbaum (concepteur), Lotharek (production).
Genre : ordinateur reprogrammable.
Date : 2013.
Prix : 199 euros (prix d'origine), environ 239 euros (carte + boîtier + ports MIDI sans alimentation), environ 389 euros (configuration prête à démarrer hors JTAG).


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