一个棘手的Commodore PET维修：追踪6个半坏芯片

# 棘手的 Commodore PET 修复：追踪 6 又 1/2 个坏芯片 1977 年，Commodore 发布了 PET 计算机，这是一款奇特的家用计算机，它将处理器、微型键盘、用于存储的磁带驱动器和梯形屏幕整合在一个金属机箱中。Commodore PET、Apple II 和 Radio Shack 的 TRS-80 凭借即开即用的计算机开启了家用电脑市场，这些系统后来被称为 1977 三杰 (https://web.archive.org/web/20080618072507/http://www.byte.com/art/9509/sec7/art15.htm)。我早期的很多编程工作都是在 PET 上完成的，所以当几年前有人给了我一台无法工作的 PET 时，出于怀旧，我收下了它。 你可能会认为修复一台家用电脑很容易，但结果却颇具挑战。早期 PET 中的芯片以故障率高著称，果然，我们发现了多块坏芯片。而且，这些 RAM 和 ROM 芯片是特殊设计，现在大部分已经无法获得。在这篇文章中，我将总结我们是如何修复系统的，希望对其他人有所帮助。 第一次给计算机通电时，屏幕上显示的全是随机字符。这实际上让人放心，因为它表明计算机的大部分部件都在工作：不仅是显示器，还有视频 RAM、字符 ROM、系统时钟和电源。 Commodore PET 启动了，但屏幕上全是乱码。 Commodore PET 启动了，但屏幕上全是乱码。 我用示波器检查了系统总线上的信号，发现时钟、地址和数据线都有大量活动，因此 6502 CPU 似乎在工作。然而，一些数据线上有三个电压电平，如下所示。这显然不正常，表明总线上的某个芯片干扰了数据信号。 示波器显示数据总线上的三个电压电平。 示波器显示数据总线上的三个电压电平。 一些有用的网站7 (http://www.righto.com/2025/04/commodore-pet-repair.html#fn:troubleshooting) 建议，如果 PET 在清屏之前卡住，最可能的原因是系统 ROM 芯片故障。幸运的是，Marc 拥有一台 Retro Chip Tester (https://americanretro.shop/rctp)，这是一款很酷的设备，旨在测试 vintage IC：不仅包括 7400 系列逻辑芯片，还包括老式 RAM 和 ROM。此外，该测试仪知道大量老式计算机的正确 ROM 内容，因此可以判断 PET ROM 内容是否正确。 Retro Chip Tester 显示，PET 的七个 ROM 芯片中有两个已损坏。这些芯片是 MOS Technologies MPS6540，一种 2K×8 的 ROM，设计怪异，与标准 ROM 不兼容。幸运的是，有好几个人制作了适配板，可以让你用标准的 2716 EPROM 替代。于是我订购了两块适配板，组装好，Marc 根据在线数据文件烧录了 2716 EPROM。2716 EPROM 所需的烧录电压略高于 Marc 编程器支持的范围，但芯片内容似乎正确（此处是伏笔）。 PET 被打开，显示主板。 PET 被打开，显示主板。 PET 的外壳向左打开，左侧有一个支撑臂像汽车引擎盖一样将其撑开。主板前部的两排芯片是 RAM 芯片。RAM 后面是七个 ROM 芯片；其中两个已被 ROM 适配板替代。6502 处理器是 ROM 后面靠右的那颗大黑芯片。 装上适配板后，我满怀期待地给 PET 通电，但它以与之前完全一样的方式失败，未能清除屏幕上的乱码。Marc 决定是时候使用他的 Agilent 1670G 逻辑分析仪来查明情况了（这款逻辑分析仪可追溯到 1999 年，按 Marc 的标准来看已经算现代了）。他如下图所示将逻辑分析仪连接到 6502 芯片，这样我们就可以跟踪地址总线、数据总线和读/写信号。同时，我使用 Ghidra 反汇编了 ROM 内容，这样我就能根据汇编代码解释逻辑分析仪的结果。（Ghidra (https://ghidra-sre.org/) 是一个用于逆向工程软件的程序，奇怪的是，它是由 NSA 开发的。） Marc 将逻辑分析仪连接到 6502 芯片。 Marc 将逻辑分析仪连接到 6502 芯片。 逻辑分析仪提供了 6502 处理器每次内存访问的踪迹，显示了它正在执行什么。系统开机后的一段时间内一切正常：处理器跳转到复位向量位置，进行了一些初始化，测试了内存，但随后一切都失控了。我注意到内存测试在第一个字节就失败了。然后软件试图通过垃圾回收 BASIC 程序和变量来获取更多存储空间。由于根本没有存储空间，这个过程并不顺利，系统在到达清屏代码之前就挂起了。 我们再次使用 Retro Chip Tester 测试了内存芯片，发现了三个坏芯片。与 ROM 芯片一样，RAM 芯片也不常见：MOS Technology 6550 (http://blog.tynemouthsoftware.co.uk/2024/06/mos-6550-ram-chips.html) 静态 RAM 芯片，1K×4。通过移除坏芯片并重新排列好芯片，我们将 8K PET 缩减为 6K PET。这次系统启动了，尽管屏幕中间附近出现了一个神秘的 2×2 棋盘格符号（又是伏笔）。我输入了一个简单的程序来打印 "HELLO"，但结果非常奇怪：四个浮点数，随后系统挂起。 这个程序的运行结果出乎我的意料。 这个程序的运行结果出乎我的意料。 这种行为非常令人费解。我可以成功地将程序输入计算机，这已经测试了大量的系统代码。（这不像终端，回显文本很简单；PET 在后台进行了大量处理来解析输入的 BASIC 程序。）然而，程序的输出完全错误，打印的是浮点数而不是字符串。 我们还遇到了一个间歇性问题：打开计算机后，启动信息完全是乱码，如下所示。不是显示 "*** COMMODORE BASIC ***" 横幅，而是出现随机字符和图形。 乱码的启动信息。 乱码的启动信息。 计算机怎么可能大部分运行良好，同时又完全错误呢？我们再次借助逻辑分析仪来查找原因。 我认为乱码的启动信息可能是最容易追踪的，因为这发生在启动过程的早期。查看代码后，我发现软件在测试内存后，会使用一个相当复杂的算法将内存大小转换为 ASCII 字符串。1 (http://www.righto.com/2025/04/commodore-pet-repair.html#fn:conversion) 然后它将系统启动信息和内存大小写入屏幕。 PET 使用一个子程序将文本写入屏幕。指向文本消息的指针存储在内存地址 0071 和 0072 中。下面的汇编代码将指针（在 X 和 Y 寄存器中）存储到这些内存位置。（这个 Ghidra 输出显示了地址、指令字节和符号汇编指令。） `` d5ae 86 71 STX 71 d5b0 84 72 STY 72 d5b2 60 RTS `` 对于上面的代码，你期望处理器读取指令字节 86 和 71，然后写入地址 0071。接下来它应该读取字节 84 和 72 并写入地址 0072。然而，下面的逻辑分析仪输出显示情况略有不同。处理器按预期从地址 D5AE 和 D5AF 获取了指令字节 86 和 71，然后按预期将 00 写入地址 0071。接下来，它按预期获取了指令字节 84 和 72，但却将 01 写入了地址 007A，而不是 0072！ `` step address byte read/write' 112235 D5AE 86 1 112236 D5AF 71 1 112237 0071 00 0 112238 D5B0 84 1 112239 D5B1 72 1 112240 007A 01 0 `` 这是确凿证据。处理器出错了，地址上出现了一位错误。可能是 6502 处理器发出了错误信号，也可能是总线上的其他东西导致了问题。这个错误的后果是，字符串指针引用了随机内存，而不是预期的启动信息，因此屏幕上写入了随机字符。 接下来，我调查了为什么屏幕上会出现一个神秘的棋盘格字符。我编写了一个程序来扫描逻辑分析仪输出，提取所有对屏幕内存的写入操作。大部分屏幕操作是合理的——启动时清屏，然后写入启动信息——但我发现了一次意外的屏幕写入。在下面的汇编代码中，Y 寄存器应该写入零页地址 5e，X 寄存器应该写入地址 66，这些都是 BASIC 解释器使用的一些位置。 `` d3c8 84 5e STY 5e d3ca 86 66 STX 66 `` 然而，下面的逻辑分析仪输出了一个显示出了问题。第一行应该从地址 d3c8 获取操作码 84，但处理器从 ROM 接收到了操作码 8c，这是写入 16 位地址的指令。结果是，6502 没有写入零页地址，而是又获取了一个字节来写入 16 位地址。具体来说，它抓取了 STX 指令（86）并将其用作地址的一部分，将 FF（一个棋盘格字符）写入了屏幕内存中的 865E 2 (http://www.righto.com/2025/04/commodore-pet-repair.html#fn:screen)，而不是写入 005E 的 BASIC 数据结构。此外，STX 指令没有被执行，因为它被当作地址消耗掉了。因此，不仅一个无关字符被写入了屏幕，内存中的数据结构也没有更新。难怪 BASIC 解释器在尝试运行程序时失控了。 `` step address byte read/write' 186600 D3C8 8C 1 186601 D3C9 5E 1 186602 D3CA 86 1 186603 865E FF 0 `` 我们得出结论，一个 ROM 在地址 D3C8 处提供了错误的字节（8C）。结果发现这个 ROM 是我们替换的一个；编程器供电不足导致了一个不稳定的字节。Marc 用一台更强大的编程器重新烧录了 EPROM。系统启动了，但 RAM 比预期少了很多。原来 *又有一块* RAM 芯片失效了。 最终，我们让 PET 运行起来了。我输入了一个简单的程序来生成动画图形图案，那是大约我 13 岁 (http://www.righto.com/2025/04/commodore-pet-repair.html#fn:listing) 时记得的程序，并生成了如下输出： 最后，PET 正常工作了，并显示了一些图形。想象这个图案在不断变化。 最后，PET 正常工作了，并显示了一些图形。想象这个图案在不断变化。 现在回想起来，我应该在开始时就把所有 RAM 和 ROM 芯片都测试一遍，也许不用逻辑分析仪也能找到故障。不过，逻辑分析仪给了我一个学习 Ghidra 和 PET 汇编代码的借口，所以最终结果还不错。4 (http://www.righto.com/2025/04/commodore-pet-repair.html#fn:why) 坏芯片放在键盘上方。 坏芯片放在键盘上方。 最后，PET 共有 6 个坏芯片：两个 ROM 和四个 RAM。6502 处理器本身结果却是好的。5 (http://www.righto.com/2025/04/commodore-pet-repair.html#fn:6502) 下面的照片显示了放在 PET 小巧键盘上的 6 个坏芯片。在每个按键的顶部，你可以看到称为 PETSCII 的奇特图形字符集。6 (http://www.righto.com/2025/04/commodore-pet-repair.html#fn:petscii) 至于标题（6 又 1/2 个坏芯片），我把那个烧录有问题的 ROM 算作半个坏芯片，因为芯片本身没问题，但功能不稳定。 CuriousMarc 制作了一个关于 PET 修复的视频，如果你想看的话： 在 Bluesky (@righto.com (https://bsky.app/profile/righto.com)) 或 RSS (https://www.righto.com/feeds/posts/default) 上关注我以获取更新。（我不再使用 Twitter。）感谢 Mike Naberezny 提供了这台 PET。感谢 TubeTime (https://bsky.app/profile/tubetime.bsky.social)、Mike Stewart，特别是 CuriousMarc (https://www.youtube.com/CuriousMarc) 对修复工作的帮助。一些有用的 PET 故障排除链接在脚注中。7 (http://www.righto.com/2025/04/commodore-pet-repair.html#fn:troubleshooting) ## 脚注与参考