alexthecat123/LisaFPGA 源: https://github.com/alexthecat123/LisaFPGA # LisaFPGA 在 FPGA 中实现的 Apple Lisa 计算机！ # 从这里开始 以下是一些链接，指向本文档的不同部分，根据你希望做的事情： - 我买了一块板子，想学习如何使用它。 - 我需要更新板子的固件。 - 我想购买板子或自己制作 PCB。 - 我想学习如何从源码构建 LisaFPGA 代码。 - 我需要故障排除帮助。（https://github.com/alexthecat123/LisaFPGA/FAQ.md） # 目录 - 简介 - 硬件 - 购买或制作板子 - 编程/更新固件 - 使用指南 - 自己构建代码 - 开发笔记 - 未来增强 - 联系我！ - 变更日志 - 附录 - 跳线、开关、按钮和 LED # 简介 自从两年前在本科期间上了一门 FPGA 入门课程后，我就对 FPGA 及其令人难以置信的通用性产生了浓厚的兴趣。我想做一个能加深我对 FPGA 理解的项目，于是决定将 FPGA 与我的另一个重要兴趣——Lisa 结合起来。现在，9 个月过去了，我们有了一个在 FPGA 内运行的功能完整的 Lisa，并附带大量现代化改进，使其在 21 世纪更易于使用！ ## 特性 - 硬件模拟 Lisa 1 或 2/5。 - 低功耗约 2.8W；使用标准 10,000mAh USB 移动电源可运行约 14-18 小时。 - 与原始 Lisa 相同的所有 I/O，但无扩展槽。 - 2MB RAM，可在运行时配置为 512K 到 2MB 之间的任意大小。 - 实时超频，最高可达原始 Lisa 速度的 3.75 倍。 - 通过 1080p HDMI 输出视频和音频。 - 如果 HDMI 显示器没有扬声器，可使用板载扬声器。 - USB 键盘/鼠标支持（当然，如果你愿意，也可以使用原始 Lisa 的键盘/鼠标）。 - 板载 ProFile 硬盘模拟，得益于集成的 ESProFile（https://github.com/alexthecat123/ESProFile）。 - 基于 ESP32 的板载软盘模拟（注意：此功能尚未工作）。 - 同时支持外部 ProFile 和软盘驱动器。 - Serial B 可重新路由到 USB-C 端口，以便直接通过 USB 与 Lisa 通信。 - 实时 ROM 切换，可在 H（矩形像素）和 3A（方形像素）CPU 板 ROM 之间切换。 - 通过可选的转接板支持 Twiggy 驱动器。注意，此功能目前未经测试，因为我手头没有 Twiggy 驱动器，但我正在努力在不久的将来借用一台 Lisa 1 进行测试。 - 完全开源；欢迎随意修改设计！ # 硬件 LisaFPGA 硬件基于一块定制的 6 层 PCB，核心为 Xilinx Artix 7 100T FPGA。该 PCB 通过 USB-C 供电，并带有板载开关稳压器，用于生成我们所需的相当荒谬数量的电压。除了来自 USB 的 5V 外，我们还需要 -12V、-5V、1V、1.8V、3.3V 和 12V。这可真是一大堆稳压器！！！此外，还有一个板载 CH334 USB 集线器，将 USB-C 连接分成 4 个独立的 USB-C 接口。其中一个连接到 FT232，用于通过 JTAG 编程 FPGA；两个连接到两个 ESP32（ESProFile 和尚未开发的软盘模拟器）；最后一个连接到 CP2102N，允许将 Serial B 重新路由到 USB-C 端口。 Lisa 的 RAM 并不在 FPGA 内部；它存储在与 FPGA 相邻的板载外部 2MB SRAM IC 中。HDMI 端口和 USB 键盘/鼠标端口不需要单独的控制 IC；它们直接连接到 FPGA，FPGA 在内部实现了所有必要的硬件。 板载扬声器使用与原始 Lisa 完全相同的音频放大器电路（减去输出晶体管），因此其工作方式和音感应尽可能与原始机器相似。 Rev.3 板还包含一个用于真实 8530 SCC 芯片的插座，用于控制串行端口。这是因为在设计板子时，SystemVerilog SCC 核心尚不存在。但现在已经有了，因此 Rev.3 板上的插座是空的，后续版本则完全去掉了插座！ 硬件过于复杂，无法在此详细说明，但欢迎查看 hardware 目录中的原理图以获取更多信息。有关在 FPGA 上运行的实际 HDL 代码的更多信息，请查看后面的 开发笔记 部分。 # 购买或制作板子 ## 购买板子 我通过 MacEffects（https://maceffects.com/products/lisafpga）和 Joe’s Computer Museum（https://jcm-1.com/product/lisafpga/）销售 LisaFPGA 板子。两块板子在两个网站上的售价均为 350 美元；选择从谁那里购买完全取决于你更倾向于与谁交易。这些板子相当受欢迎，我制造的每批都有数周的交货周期，因此它们很可能经常缺货，尤其是在初期。希望随着 2026 年后期需求开始下降，情况会有所改善！ 如果你买了一块板子，看到顶部中央附近有一个大的空插座，请不要担心；你拿到的是 Rev.3 板，插座按设计是空的！你没有缺少任何零件，后续版本将完全去掉这个插座。 ## 自己制作板子 如果你想通过 PCB 制造服务自己制作/组装一批板子，那也是完全可以的！这并不特别困难，我将在这里指导你完成。但请记住，由于固定生产成本很高，小批量购买这些板子非常昂贵，而批量购买时成本会大幅下降。因此，如果自己制作，你需要以最小订单量 2 块（总价约 1000 美元）来估算，每块约 500 美元，而从我的一批订单中购买一块只需 350 美元。 我使用 JLCPCB（https://jlcpcb.com/）进行所有 PCB 订单，强烈建议你同样使用。尤其在这个项目中，整个物料清单都是根据 JLC 通常的库存定制的，PCB 走线间距/宽度也针对阻抗匹配设计为匹配 JLC 的一种板层堆叠。现在让我们逐步完成整个过程，包括主 LisaFPGA 板子和 Twiggy 转接板（如果适用）。 ### LisaFPGA 主板 前往 JLCPCB 网站（https://jlcpcb.com/），点击“立即下单”，然后点击“添加 Gerber 文件”按钮。选择你想要制作的 LisaFPGA 板的 Gerber 文件；这些文件位于 hardware/lisafpga_desktop/rev_X 目录中，其中 X 是你想要制作的板子的版本号。你可能想选择最新版本的板子！ 上传 Gerber 文件后，界面应如下所示： 现在，在进入下一屏幕之前，我们需要更改一些选项：三个可选选项和两个必选项。 - 可选：如果你很富有并且想要大量板子，可以将数量增加到 5 以上。 - 可选：将板子颜色改为绿色以外的颜色。 - 可选：加急 PCB 制造时间，但这非常昂贵，在我看来完全不值得。 - 将“指定叠层”更改为“是”，然后选择 JLC06161H-3313。如果系统警告厚度不是精确的 1.6mm，直接继续即可；这完全没问题。 - 将“最小过孔孔径/直径”选择为 0.25mm/(0.35/0.4mm)。除非你知道自己在做什么，否则其余选项保持默认。 完成所有这些更改后，设置应如下所示： 这就是 PCB 制造本身的全部配置；现在我们只需告诉他们如何将所有元件组装到板子上。首先向下滚动到页面底部，打开“PCB 组装”的开关。然后对 PCB 组装设置进行以下更改： - 将 PCBA 类型更改为“标准”。 - 将组装面更改为“双面”。 - 将 PCBA 数量设置为你实际希望他们组装的板子数量。最小为 2，最大为你之前要求他们制造的板子数量。任何你要求制造但未组装的板子将作为裸板直接运给你。同样，除非你知道自己在做什么，否则其余选项保持默认。 此时，页面应如下所示： 现在点击“下一步”，你将看到裸板的预览。我不知道这页的目的是什么，因为上一页我们已经有了预览；直接再次点击“下一步”，进入要求上传 BOM 和 CPL 文件的页面，这些文件包含板上元件的信息及其位置。按提示上传这两个文件；它们都在 hardware/lisafpga_desktop/rev_X 目录中，BOM 文件名中包含“bom”，CPL 文件名中包含“pick_and_place”。上传后，点击“处理 BOM 和 CPL”按钮继续。 处理完 BOM 和拾放文件后，你将看到一个列表，包含板上所有元件、你的订单所需数量、总成本以及是否有任何元件的库存不足（库存短缺）。首先，检查列表，确保所有没有库存短缺的元件都已勾选。默认情况下应全部勾选，但我注意到 J20/SW13 等有时需要手动勾选。如果有任何元件库存短缺，只需点击该元件，你将看到一些详细信息。然后转到“搜索零件”选项卡寻找合适的替代品，选择它，然后继续使用替代零件。 确认所有元件都正确后，点击“下一步”，你将看到板子的 3D 渲染图，上面已放置所有元件。一切应该没问题，但花一两分钟浏览板子（顶部和底部），确保所有元件看起来安装正确；对于如此昂贵的订单，这样做总是好的。不必担心 FPGA 下方板子底部的晶振安装反了；我认为这只是因为底部封装的镜像特性，他们的工程师每次都会发现并纠正这个问题。 确认所有元件放置满意后，再次点击“下一步”。如果弹窗显示需要确认元件放置，只需点击确定；这意味着在他们的工程师审查完你的布局后，你会收到一封电子邮件，需要确认他们对元件放置所做的任何更改。但这非常简单；你只需点击邮件中的链接，查看板子的 3D 视图，然后选择“是”选项。 关闭该弹窗后（如果出现），你将看到整个订单的费用。准备承受一笔昂贵的费用！阅读摘要，产品描述选择任意内容，如果允许且你想加急组装，可以选择加急，然后点击“添加到购物车”。放入购物车后，你可以像其他网站一样进行结算。但请注意：一旦开始结算，你的购物车将被清空，所以如果你开始结算、改变主意然后又返回购物车，你将丢失整个订单并需要重新开始。相当烦人；我这样做的次数多得不好意思说！ 这些是 6 层板，上面有相当多的元件，因此制造和组装并不特别快速或简单。给 JLC 大约 2 周（或稍长）时间完成制作和组装，然后再过一周运输。 收到板子后，你还需要一样东西：用于板上所有配置跳线块的跳线（https://www.amazon.com/California-JOS-Standard-Circuit-Connection/dp/B0BRK36G33）。前往 附录 了解如何安装和配置它们。 请注意，如果你有 Rev.3 板，且在 U28 处有一个大的 DIP-40 插座，则不应在插座中安装任何东西，因为这会导致与 FPGA 的信号冲突。该插座是当我打算使用真实的外部 SCC 芯片控制串行端口时遗留下来的，但现在 SCC 已在 FPGA 内部实现，不再需要此插座。Rev.3 之后的版本甚至没有这个插座。 ### Twiggy 转接板 如果你是少数幸运者之一，恰好拥有一套 Twiggy 驱动器并希望连接到你的 LisaFPGA 板，那么你也需要制作一些 Twiggy 转接板。幸运的是，这些非常便宜！ 请注意，Twiggy 转接板目前未经测试，因为我没有幸运到拥有任何 Twiggy 驱动器。但我将在不久的将来借用某人的 Lisa 1 来获取测试数据并修复任何问题。请记住，当前板子版本可能无法工作；使用风险自负！ 过程与主 LisaFPGA 板几乎相同，只是你应该使用 hardware/twiggy_breakout/rev_X 中的文件，其中 X 是该目录中可用的最新版本号。 Twiggy 转接板的好处是，你不需要像主 LisaFPGA 板那样选择一堆自定义选项。它们非常简单，可以使用默认设置制造。你可能感兴趣更改的唯一内容是： - 你想要制造的 PCB 数量。 - PCB 的颜色。 - 你想要它们组装的 PCB 数量。 你还需要合适的 IDC 电缆将转接板连接到 LisaFPGA 板和你的驱动器。以下是你需要的电缆以及每个的亚马逊链接： - 1 条 6 针 (2x3)（https://www.amazon.com/FOCMKEAS-Connector-Ribbon-Length-2-54mm/dp/B0F3DHFFT5） - 1 条 20 针 (2x10)（https://www.amazon.com/FOCMKEAS-Connector-Ribbon-Length-2-54mm/dp/B0F3DDQTPK） - 2 条 26 针 (2x13)（https://www.amazon.com/FOCMKEAS-Connector-Ribbon-Length-2-54mm/dp/B0F3DFR3ZY） 请注意，每个链接是五条电缆，因此你每个只需订购一条，尽管你需要两条 26 针电缆。或者，如果你想自己制作电缆，这里有一个 DigiKey 清单（https://www.digikey.com/en/mylists/list/7JY9404QK4），其中包含制作一套所需的所有零件。 # 编程/更新固件 本节适用于购买了预装板子的人和自制板子的人。如果你购买了预装板子，则无需立即执行此操作，因为板子将预先编程好，但将来当我发布 FPGA、ESProFile 以及尚未实现的 ESFloppy 固件的更新时，你可能需要这样做。如果你自制了板子，那么它们当然是空白的，因此你需要编程所有内容后才能使用板子。无论哪种方式，过程都是相同的、自动化的，并且适用于 macOS 和 Linux。自动化过程不适用于 Windows，因此如果你正在运行 Windows，那么是时候转向 Linux 了！ 你只需在 macOS 或 Linux 上打开终端，使用 cd 命令进入 LisaFPGA 目录，然后运行 program_board.sh 脚本。假设 LisaFPGA 仓库在我的 Downloads 文件夹中，操作如下： cd ~/Downloads/LisaFPGA-main/ ./program_board.sh 当然，确保在运行脚本之前将板子连接到电脑并通电！此脚本将自动安装所有必要的依赖并执行 t