CIA 8520

CIA sta per Complex Interface Adapter. Il progetto originale è il 6526 della MOS Technology, il chip delle porte del Commodore 64, che ne monta due. Quando Commodore progettò l'Amiga, invece di creare un chip di ingresso e uscita da zero, adattò quello che aveva già: l'8520 è un 6526 con una differenza, l'orologio. Nel 6526 è un orologio vero, con ore, minuti e secondi in BCD; nell'8520 è diventato un semplice contatore binario a 24 bit, che conta impulsi. Per il resto è lo stesso chip.

La specifica interna di Commodore, il disegno 318029, lo descrive come una periferica compatibile con il bus dei 65xx, in contenitore a 40 pin, ed elenca dove fu usato: l'Amiga e il lettore di floppy 1581. Tra i chip Commodore dell'Amiga è l'unico non disegnato per lui, e parla la lingua dei 65xx in una macchina a 68000: il processore ha un clock apposito per queste periferiche, il clock E, a un decimo della sua velocità, ed è su quello che il CIA si sincronizza.

Ce ne sono due in ogni Amiga, dall'A1000 all'A4000, e il sistema li chiama CIA-A e CIA-B. L'eccezione è il CD32: l'Akiko ne ha assorbito le funzioni, e sulla scheda della console non ce n'è nessuno.

Ogni CIA ha 16 pin di ingresso e uscita, in due porte a 8 bit, più un registro a scorrimento seriale, un pin di impulso e un ingresso che rileva i fronti. L'Amiga divide i compiti tra i due. Il CIA-A, agli indirizzi dispari a partire da $BFE001, ha tutta la porta B dedicata agli 8 bit di dati della porta parallela, e la porta A piena di bit sparsi: l'OVL, che mette la ROM all'indirizzo zero; il LED di alimentazione, che si accende quando il bit è a zero; quattro segnali di stato del floppy (pronto, traccia zero, protetto, disco cambiato); e i pulsanti di fuoco delle due porte joystick. Il suo registro seriale riceve la tastiera.

Il CIA-B, agli indirizzi pari a partire da $BFD000, ha tutta la porta B al comando del lettore di floppy: motore, selezione di uno di quattro lettori, passo, direzione e lato. La porta A raccoglie le linee di controllo di flusso della porta seriale (DTR, RTS, CTS, DSR, rilevamento portante) e quelle di controllo della porta parallela (BUSY, POUT, SEL). Il suo ingresso dei fronti conta gli impulsi di indice del floppy, uno per giro. Il registro seriale del CIA-B non è usato per niente.

Ognuno parla con il processore su un proprio livello di interruzione: il CIA-A sul livello 2, il CIA-B sul livello 6. E i due condividono una particolarità di progetto: il CIA-A è collegato agli 8 bit bassi del bus dati e il CIA-B agli 8 bit alti, perciò gli indirizzi dell'uno sono dispari e quelli dell'altro pari, e vi si accede solo un byte alla volta.

La tastiera dell'Amiga ha un microcontrollore proprio e si collega alla macchina con quattro fili: alimentazione, massa, KCLK (il clock, solo dalla tastiera al computer) e KDAT (i dati, nei due sensi). Ogni tasto genera un codice di 7 bit, e l'ottavo bit dice se è stato premuto (0) o rilasciato (1). La tastiera invia gli 8 bit uno alla volta su KDAT, con un impulso su KCLK per ogni bit, a circa 60 microsecondi per bit: un tasto impiega mezzo millisecondo ad arrivare.

Dal lato Amiga, a ricevere è il registro a scorrimento seriale del CIA-A: KDAT entra dal pin SP e KCLK dal CNT. All'ottavo impulso il byte cade nel registro dati e il CIA solleva un'interruzione. Il software legge il codice e deve rispondere: tira KDAT a zero per 85 microsecondi, la stretta di mano che dice alla tastiera che può inviare il tasto successivo.

Due dettagli mostrano la cura del progetto. La linea è attiva a zero, perciò i bit arrivano invertiti. E il byte parte ruotato: si invia prima il bit 6 e per ultimo il bit 7, quello di premuto o rilasciato. Se tastiera e computer perdono il sincronismo, la tastiera invia degli uno finché non riceve la stretta di mano, e un byte di spazzatura pieno di uno si legge come un tasto rilasciato, che non fa male a nessuno. Poi avvisa con un codice speciale ($F9) e ripete il tasto perso. Provalo nella dimostrazione più in basso.

Ogni CIA ha due timer a 16 bit. Si carica un valore, il timer conta all'indietro al ritmo del clock E del processore (709 379 volte al secondo in PAL, 715 909 in NTSC, un decimo del clock del 68000) e, arrivato a zero, interrompe e si ricarica. Si possono concatenare per conteggi a 32 bit, contare impulsi esterni dal pin CNT o mettere la propria uscita su un pin della porta B. È con loro che l'AmigaOS misura il tempo.

Il terzo contatore è il TOD, quello che nel 6526 era l'orologio. Nell'Amiga ha guadagnato due usi ingegnosi: quello del CIA-A conta gli impulsi a 50 o 60 Hz di ogni fotogramma, e quello del CIA-B conta le righe dello schermo, 15 625 al secondo in PAL. Entrambi hanno una sveglia che interrompe quando il contatore raggiunge un valore scelto. Essendo contatori a 24 bit, quello del CIA-B fa il giro ogni 18 minuti, e quello del CIA-A dopo quasi quattro giorni.

In tutto, ogni CIA ha cinque fonti di interruzione: i due timer, la sveglia, il registro seriale e l'ingresso dei fronti. Un solo registro, l'ICR, dice quale è scattata, e leggerlo lo azzera, perciò chi lo legge deve gestire tutto quello che c'era. Sotto AmigaOS i programmi non toccano i CIA direttamente: chiedono timer e interruzioni al cia.resource, che spartisce quello che c'è tra il sistema e chi lo chiede.

All'accensione il CIA è tra i primi chip che contano. Un reset mette tutti i pin come ingressi, e siccome hanno resistenze di pull-up, si leggono a uno. Questo include l'OVL, il bit 0 della porta A del CIA-A: a uno, la ROM Kickstart compare all'indirizzo zero, dove il 68000 va a prendere il puntatore dello stack e l'indirizzo di partenza. È l'unico modo in cui il processore può partire, perché all'indirizzo zero c'è normalmente la Chip RAM. Appena in esecuzione, il Kickstart configura i due bit di uscita (OVL e LED) e abbassa l'OVL: la RAM torna all'indirizzo zero e la ROM resta solo al suo posto, in cima alla memoria.

Lo stesso bit del LED comanda il filtro passa-basso dell'audio: per questo, quando un gioco o una demo spegne il filtro, il LED di alimentazione perde luminosità. La pagina della Paula spiega il filtro; qui c'è l'interruttore.

Il contenitore è cambiato negli anni. Negli A1000, A500, A2000 e A3000 l'8520 è un DIP a 40 pin, quasi sempre su zoccolo. Negli A600, A1200 e A4000 è un PLCC a 44 pin saldato alla scheda. Il CD32 non ce l'ha. Dentro, è sempre lo stesso chip del 1985.