MP3記録データＣＤ再生装置(MPROM)

　去年、若松通商でChaNさんに教えられてMP3デコーダＬＳＩを購入したのが発端です。ChaNさんの方では、ポータブルＭＰ３プレイヤーという分野で設計されましたので、ＭＰ３プレイヤーのもう一形態であるＣＤ−ＲＯＭドライブやＨＤＤなどのＡＴＡデバイスを記録デバイスとするメディアから、ＭＰ３データを読み出して再生する通称ＭＰＲＯＭを作ることにしました。取り敢えず、自作でも十分にＭＰＲＯＭは作れるよ、ということで(^^)

１．設計仕様

　仕様としては、とにかくこの一点が重要です。

　「完全日本語対応」

　一般に市販されるＭＰＲＯＭは海外メーカー製であるため、ほとんどの場合日本語に対応していませんし、コスト的な問題から漢字を表示することは基本的にできません。このため、今回のＭＰＲＯＭでは日本語を表示できる。特にＩＤ３タグやファイル名が確実に日本語表示できることを絶対条件として設計しました。

　しかし、日本語を表示するには普通の安物ＬＣＤパネルではダメです。このため、今回は本格的なフルドットＬＣＤを使います。フルドットＬＣＤパネルにはＥＰＳＯＮ製の高コントラストモノクロパネルを使用しています。このパネルは一般的なＬＣＤ駆動タイミング（ライン・フレーム・ドットクロックの３クロック動作）ですので、このパネルでなくても似たようなタイミングのパネルであれば、比較的簡単に流用できます。

　CD-ROMについては、一般的なISO9660の他に、Microsoftの提唱したJuliet形式のメディアも認識します。このJuliet形式は漢字ファイル名を使用する場合にはほとんど使われますので、絶対条件としました。また、追記ＣＤ−Ｒでも使えるようにマルチセッションＣＤ−ＲＯＭにも対応しました。いまのところＵＤＦはサポートしていませんが、そのうちやるかも：）

２．使用したデバイスの解説

●MP3デコーダ＆Ｄ／Ａコンバータ

　今回のキーデバイスはMicronas社が発売しているＭＰ３デコードＬＳＩ　MAS3507D （写真右）です。このＬＳＩはＭＰ３プレイヤーの初期のころから使われている有名なもので、いまではＭＰ３デコードＬＳＩは珍しくはなかったですが、ほんの１年ちょっと前はこれぐらいしかありませんでした。有名な携帯ＭＰ３プレイヤーであるＭＰＭＡＮなどでも使用されています。

　このコントローラとともにＤ／Ａコンバータとして DAC3550A (写真左）を使用しています。このＬＳＩはＤ／Ａコンバータとともに、パワーアンプと２系統の外部入力を持つミキサーを内蔵していて、MAS3507と共に使うことで大変コンパクトにＭＰ３再生システムを構築することができます。

●CPU NEC V53A (uPD70236A-16)

　いきなり謝ります。このＣＰＵ、すでにディスコン（生産停止）されています。もし今回のMPROMを作る気がある方は在庫限りなので代理店にお問い合わせ下さい。秋葉原では神和電機（メモリで有名ですが、この手のものも扱っています）にありますので、必ず「平日に取り寄せの申し込み」をしてください。たしか、１こ2000円ぐらいです。

　このＣＰＵは、ＮＥＣの名ＣＰＵであるＶ３０シリーズのマイコン版で、Ｖ３０と比べて以下の特徴があります。

　・バスサイクルが４クロックサイクルから２クロックサイクルに圧縮されているため、同クロックのＶ３０の２倍の速度

　・アドレスバスとデータバスが分離され、データバスはダイナミックバスサイジング機能により８ビットバスデバイスと１６ビットバスデバイスを同一データバスに直結可能。

　・割り込みコントローラ、シリアル・ＤＭＡ・タイマ・ウェイトコントローラなどが内蔵。

　今回のＭＰＲＯＭでは、ＭＰ３データをデコーダＬＳＩに転送する際にシリアルデータとして送る必要があります。この場合、割り込みで処理をするとＭＰ３では最大320Kbps程度まで出します。これを割り込みで処理するのは割り込みアクノリッジサイクルの長い８６系ＣＰＵではかなりの負荷になります。特に、ＣＤ−ＲＯＭのデータ読み出しもからみますので、ソフト設計の上でも結構面倒です。このため、今回のMPROMではこれをＤＭＡで処理しています。また、画面表示の際のデータスチールでもＤＭＡを使う必要がありますので、ＣＰＵのＤＭＡ機能は今回の製作では必須となります。

●ＣＰＬＤ　Xilinx　XC95108-15

　いわゆる書き換え可能な回路素子で、ハードウェア記述言語（ＡＢＥＬやVerilog,VHDLなど）を用いて、複雑な回路をソフトウェアを書くように設計することができます。そして、特に最近のものはJTAG端子に簡易ケーブルを使って、パソコンから「システムに組み込んだまま」簡単に書き換える（In-System-Programming)ことができます。

　また、書き込み用のソフトや、開発用のソフト(ABEL、VHDLコンパイラ）もXilinx社のWebサイトより無料でダウンロードすることができますので、趣味でこのような比較的規模の大きなシステムを作ることができるようになってます。

　今回は、ほとんどのインターフェイスをこの中に設計することで、大幅な部品の削減を行いました。なお、設計の記述言語は今回はＡＢＥＬを使いました。

３．ハードウェア構成と作成

　ほとんどのロジックはＣＰＬＤに実装されています。このため、外付け部品はかなり少ないです。ＡＴＡＰＩインターフェイスがＴＴＬレベルのバスですので、この変換用にＨＣＴ２４５を使う以外は標準ロジックはシュミット入力が必要な部分用のＨＣ１４ぐらいです（リセット回路用）。　

　今回はＵＳＢライタよりはるかに結線数が多いので、作成時には結線間違い、線間のショートには特に気を払う必要があります。例のごとく、フッ素皮膜線などを使って作るのがよいでしょう。

　なお、フラッシュROMにはボトムブートタイプを使っていますが、マッピング上はトップブート(MBM29F800TA-12)を使った方が無駄がないです。今回ボトムブートなのは、手持ちがボトムブートのフラッシュしかなかったからです(^^;;;; (ボトムブートですと、データ保存エリアに端数セクタが入ってきますので使い勝手が悪いので）。

　ＣＰＬＤのクロック系にはダンピング抵抗を入れていますが、ここはアンダーシュートなどで不具合が起きる可能性が大きいので、十分にチェックするか、配線時にかなりの注意を払う必要があります。わたしもかなり悩まされました(^^;;;; ダンピング抵抗で間に合わない場合にはセラミックコンデンサを270〜680pF程度を信号−グランド間に挿入してください。

４．ソフトウェアの設計

　今回はソフトウェア設計にアセンブラと共にＣ言語を使っています。さすがに規模がちょっと大きいのと、ＧＵＩがからんできますので、設計期間短縮を計ります。特にデバッグをターゲットマシンではなく、ＡＴ互換機でなるべくできるようにしていることで、かなり楽ができました。使い慣れたTurboDebuggerなどが使えるのは大きいです。

　使用したコンパイラは、エル・エス・アイジャパンのＬＳＩＣ−８６です。このコンパイラはＲＯＭ化を前提とした仕様となっていて、リンカも直接ＨＥＸファイルを書き出すことができます。また、コード生成効率が高いため、かなりアセンブラで書くのと同じような高いレベルのコードを吐いてくれます。

　しかし、ＡＴ互換機でデバッグするにはLSIC-86のオブジェクトではTurboDebuggerを使えませんので、互換機ではBorlandC++4.52を使ってコンパイルを行い、実行します（デバッグビルドでできるＥＸＥファイルはDOS上でしか動きません（dos窓不可））。

　なお、アセンブラで書いてある部分は、TurboAssemblerでアセンブルすることを前提としています。ＭＡＳＭ（MicrosoftMacroAssembler）ではアセンブルはたぶんできないので、注意してください。詳しくはファームウェアアーカイブのBUILD.TXTを参照してください。

　●再生ルーチン

　　再生用のコードのメインルーチンはすべてＣ言語で書かれます。ＤＭＡの割り込みやＣＤ−ＲＯＭのＡＴＡＰＩ　ＩＮＴＲＱ割り込みも全てＣで書かれます。この割り込みはＬＳＩＣ−８６ではBorlandC++などのように _interrupt 修飾子を持ちませんので、スタートアップコードにディスパッチ用のコードを書いて、そこからＣの関数を呼び出すようになっています。

　●フォント

　　漢字フォントやANKフォントはFONTX2互換ファイルを使います。これをツールを使って直接目的のセグメントに配置するhexファイルをダイレクトに生成します。FONTX2関連は、DOS/V時代にいろいろなユーティリティがフリーソフトとして開発されていますので、特にフォントで困るようなことはないでしょう（フリーのフォントも出回っています）

　●UNICODE解析

　Jolietファイルシステムでは、ファイル名にUNICODEが使われます。このままですとFONTX2がSjiftJISベースであるため、表示が面倒、そしてID3TAGもShiftJISということで、大変使い勝手が悪いので、SjiftJISにファームウェア内部で変換する必要があります。しかし、UNICODEとSjiftJISの間には全く数式化できる変換規則がありませんので、すべてのShiftJISコードに対応するUNICODE変換テーブルを持つ必要があります。

　実際のコードでは２段の変換テーブルを使って、そのままテーブルを作ると１２８Ｋバイトになってしまうのを半分の６０Ｋバイトにまで圧縮しています。この変換コードはBIOS化されていて、簡単にＣ言語からも呼び出すことができます。

　回路図、ブロック図、ファームウェア全ソースコード（Ｃ、アセンブラ）　アーカイブ（リリース２）

５．使い方

　取り敢えず、基本的な使い方としては、フォルダに入って選択（複数可）して鳴らすだけの機能を入れています。プレイリストの編集は、一応シリアルインターフェイスが入っていますので、パソコンで編集してMPROM側に送り込んで、それを再生ということもできますが、まぁそれはあとでということで・・・。データ保存用にフラッシュメモリが４Ｍビット分空いていますので、結構いろいろと保存することができます。

　一応、ハードウェア的には結構いろいろと面白いことができるようにしていますので、ファームウェアをいろいろいじってみるとよいでしょう。

取り敢えず、現状のソフトの軽い使い方など・・・。

　●ディレクトリ移動

　挿入してリセットボタンを押すと、ルートディレクトリを表示します。あとは、カーソルキーを使って目的のフォルダにカーソルを移動し、ＳＥＴキーを押すと移ります。

　●再生

　目的のファイルにカーソルを移動して、ＳＥＴキーを押します。

　●プレイリスト追加

　目的のファイルにカーソルを移動し、ＳＥＬＥＣＴキーを押します。

　●プレイリスト再生

　プレイリスト再生キーを押します。

　●ボリューム調整

　再生中に、ボリュームＵＰ／ＤＯＷＮキーを押すと、調整ウィンドウが表示されます。

写真：左から順に、ISO9660ディスク表示、Juliet漢字ファイル表示

サンプルディスクは、STB-LabさんのWithHeartII(ISO9660)、WoodSoftさんのMarineSnow(CD-Extra/MultiSession,Juliet)を使っています。

写真：左から、時間表示、ＩＤ３タグ表示

６．製作を終えて。

　取り敢えず、半年ぐらい製作をやっていたのですが、なかなか面白かったです。たぶん自作では一番ハードウェアもプログラムも規模が一番大きいもので、簡易書き換えのＦＰＧＡも初めて使ってやったり、普段は滅多に使わない（笑）ＤＭＡでも結構遊べました。なかなか仕事ではトータルでシステムを構成することはなかったりしますので、こういう全部を作り上げるのはなかなか味わえないものです(^^）

　全体としてはＭＰ３デコードチップがよくできていて、使い方が簡単だったため、比較的規模にしてはすんなりといったと思います。だから、結構いろいろと簡単に作ることができると思います。また、今回はCD-ROMでしたが、同じようなＡＴＡインターフェイスのＨＤＤなども接続可能ですので、このファームウェアを参考にそういうものに挑戦するのも面白いでしょう。あと、ファームはまだまだ未完成というレベルだと思うので、いろいろ改良してみるといいと思います。

７．関連リンク

　意外にみんな同じことしてたのね（笑）　というわけで、いろいろ紹介です。同じようにＭＰＲＯＭのようなものを作成なされている方は、相互リンク張りましょう。

　ＥＬＭ　−　製作のきっかけを与えてくれたChaNさんのホームページ

　にくにくくにひこのページ　−　同じようにＭＰＲＯＭを作成されている大中さんのページ