Игровые видеоприставки "Sony PlayStation" популярны во всем мире. Те из них, с которыми чаще всего приходится иметь дело в России и других странах СНГ, обычно имеют блоки адаптации (продавцы нередко называют их "чип-универсал", "чип-декодер" или просто "чип"). Им оснащают видеоприставки перед продажей в странах, откуда они поступают к нам на продажу. Автор делится с читателями секретами этого блока, которые ему удалось разгадать, и опытом его ремонта.
Блок адаптации [1] нужен для работы "Sony PlayStation" с игровыми CD южноазиатского производства, а также с содержащими русифицированные версии игровых программ. Фирмы, занимающиеся адаптацией, не спешат расставаться с "ноу-хау", приносящим им немалые доходы. Но тем не менее, если блок адаптации выходит из строя (а такие случаи известны), то отремонтировать его можно и своими силами.
Различают несколько поколений этих игровых видеоприставок: "единички" SCPH- 1ххх (1995 г.). "тройки" SCPH-Зххх (1996 г.), "пятерки" SCPH-5xxx (1997 г.). "семерки" SCPH-7xxx (1998 г.) и. наконец, "девятки" SCPH-9xxx (1999 г.). По мере возрастания номера модели улучшаются ее энергетические, технологические, надежностные и экономические показатели при сохранении программной и аппаратной совместимости.
На рис. 1, а-д приведены типичные схемы блоков адаптации различных видеоприставок. Позиционные обозначения микросхем, отсутствующие на печатной плате, отмечены апострофом. Бросается в глаза неповторяемость точек подключения блоков к процессорным платам и разнообразие типов микросхем. В качестве микросхемы 1С80Г используют в основном восьмиразрядные микроконтроллеры с внутренним ПЗУ PIC12C508/P. PIC16C54A-041I/P фирмы Microchip Technology, Z86E0208PSC фирмы Zilog или их бескорпусные аналоги. Последние после установки на плату залиты каплей компаунда. Жесткой связи между типом микроконтроллера и моделью "PlayStation" не существует. Например, в приставках SCPH-5502 можно встретить и PIC, и Z86, и бескорпусные контроллеры. Блоки адаптации одних моделей приставки могут не подходить к другим (сравните схемы на рис. 1, а, б, д).
Приступая к исследованию блока адаптации по методике, изложенной в [2]. прежде всего необходимо определить, какой из выводов микросхемы IC801 служит входом, а какой - выходом. Заранее это неизвестно, так как задается программой, находящейся во внутреннем ПЗУ микроконтроллера. Чтобы установить истину, следует изучить осциллограммы всех сигналов, поочередно отпаивая выводы от контактных площадок. Чтобы измерения были корректными (если выход - с открытым стоком), отпаянный вывод следует соединить с источником питания через резистор 100 кОм. Еще один стандартный прием - проверка реакции на нажатие кнопки "RESET" игровой приставки. Сигнал, который на сброс не реагирует, с большой вероятностью - выходной, и наоборот
В результате было выяснено, что устройства, схемы которых показаны на рис. 1, а. п имеют по одному входу тактовой частоты (3,98 или 4,23 МГц) и по два выхода. В блоке по схеме рис. 1, в тактовую частоту 4.433 МГц задает кварцевый резонатор ZQ1. Выходной сигнал PCLK синхронизирует кодер RGB-PAL IC501. Устройство, схема которого приведена на рис. 1. д, содержит два независимых канала: первый - со входом А и выходом В. второй - только с выходом Q2. Этот канал не имеет внешнего входа. Его работу синхронизирует внутренний тактовый RC-генера-тор микроконтроллера 1С80Т. В устройстве по схеме, изображенной на рис. 1. б. формирование сигнала Q2 также синхронизировано внутренним RC-генератором. Входной сигнал END поступает от механического переключателя, расположенного в приводе CD-ROM. Под его воздействием блок адаптации заново генерирует сигнал 02 каждый раз. когда каретка привода достигает начала информационной дорожки лазерного диска.
Чтобы определить моменты, когда "PlayStation" воспринимает сигналы блока адаптации, будем во время загрузки и исполнения игровых программ временно отключать его выходы Q1 и 02 от процессорной платы. Оказывается, во время игры блок адаптации не нужен! Он требуется лишь на протяжении первых 10... 12 с после нажатия на кнопку "RESET". За это время операционная система "PlayStation" дважды проверяет "фирменность" диска: первый раз - перед появлением на экране телевизора логотипа (стилизованного знака PS в виде "кобры" на черном фоне), второй - перед его исчезновением и переходом на загрузку игровой программы. Если в эти моменты сигнал Q2 отсутствует, видеоприставка "зависает", а на экране телевизора появляется та же надпись, что и при попытке работать с диском от IBM PC: "Please insert PlayStation CD-ROM". Аналогичная проверка выполняется после каждого открытия и закрытия крышки доступа к CD. Скорее всего, это сделано для исключения ситуаций, когда игру запускают с "фирменного", а продолжают с "нефирменного" диска.
Поиск логических закономерностей в сигналах блоков адаптации начнем с канала А - В устройства, схема которого приведена на рис. 1. д. С помощью двухлучевого осциллографа нетрудно убедиться, что В - инвертированная копия сигнала А, причем логической 1 соответствует высокоимпедансное состояние выхода. Эквивалентная схема этого канала - инвертор с открытым стоком (коллектором).
Логический уровень сигнала Q1. предусмотренного в устройствах по схемам рис. 1. а. в, г, устанавливается высоким сразу же после подачи напряжения питания нажатием на кнопку "POWER" и остается таким в течение 0,1... 1.2 с в зависимости от варианта программы микроконтроллера IC801. Все остальное время сигнал Q1 имеет низкий логический уровень, не реагируя на нажатие кнопки "RESET". На выходе 01 иногда можно наблюдать еще два-три коротких (длительностью в десятки микросекунд) импульса высокого уровня до или после основного, но они не оказывают влияния на работу видеоприставки. Устройство формирования сигнала Q1 можно представить в виде ждущего мультивибратора, генерирующего одиночный импульс при подаче напряжения питания. Конечно, в реальных устройствах никакого мультивибратора нет. Сигнал Q1 формируют программно, отсчитывая необходимое число импульсов тактовой частоты. Во многих случаях "PlayStation" нормально работает и без этого сигнала.
Наиболее запутанная картина наблюдается для сигнала Q2. Его генерируют все без исключения блоки адаптации. Очевидно, именно он содержит код, разрешающий загрузку программы с диска. Задача, которую предстоит решить, заключается в выяснении закона чередования низкого (логический 0) и высокого (логическая 1) уровней. Обычный осциллограф здесь не помощник, так как его развертку практически невозможно синхронизировать с сигналом, состоящим из большого числа импульсов переменной длительности. Однако по осциллограмме можно судить, что длительность импульсов как высокого, так и низкого уровня во всех моделях "PlayStation" близка к 4 мс или кратна этому значению. Более подробный анализ возможен с помощью запоминающего осциллографа с большим объемом памяти (С9-27. С9-28 или HP54C45D фирмы Hewlett Packard). Но рядовым радиолюбителям такие приборы, как и сложные логические анализаторы длинных импульсных последовательностей, к сожалению, недоступны.
"Вскрыть" ПЗУ микроконтроллера для анализа его программы практически невозможно. Как PIC. так и Z86 имеют встроенную систему защиты программного кода. Рассчитывать на то. что изготовитель забыл запрограммировать бит защиты - наивно. Нередко у микросхем, установленных в блоки адаптации, все "лишние" выводы обрезаны, а надписи с их корпусов стерты. Для бескорпусного микроконтроллера задача еще сложнее, поскольку под компаундной заливкой, кроме него самого, может находиться и дополнительный узел на жесткой логике.
К счастью, успешно срабатывает метод пошагового анализа генерируемой импульсной последовательности. Микроконтроллеры PIC и Z86 по структуре -статические. Это означает, что их тактовую частоту можно понижать до любого приемлемого значения, вплоть до подачи тактовых импульсов вручную с помощью кнопки. Подсчитав число таких импульсов между изменениями логического уровня выходных сигналов микроконтроллера, можно получить абсолютно точную картину. Зная действительную тактовую частоту микроконтроллера F. нетрудно перевести число импульсов N в длительность соответствующего интервала по формуле t [mc]=N/F [кГц].
Этот способ не годится, если микроконтроллер работает от внутреннего тактового RC-генератора, как в устройствах по схемам, показанным на рис. 1, б. д. Однако, учитывая совместимость разных моделей "PlayStation", есть надежда, что результаты анализа других вариантов удастся распространить и на эти.
"Платить" за простоту метода приходится увеличенным временем на проведение измерений. Например, чтобы проанализировать первые 10 с работы микроконтроллера по схеме, показанной на рис. 1. в. потребуется подать более 44 млн тактовых импульсов. Если делать это вручную с частотой 1 ...2 Гц, процесс займет около года. Ускорить его можно, поручив рутинную работу компьютеру. Подойдет любой - от РА-ДИО-86РК и ZX-SPECTRUM до IBM PC. Необходимо только, чтобы в нем имелись два одноразрядных порта (входной и выходной) с ТТЛ-уровнями сигналов.
На рис. 2 показано, как соединить микроконтроллер PIC с портами ввода/вывода, предназначенными для кассетного магнитофона, имеющимся в любом SPECTRUM-совместимом компьютере. Хотя в видеоприставках такие микроконтроллеры питают, как правило, напряжением 3,5 В. они успешно работают и при напряжении 5 В, так что в дополнительном источнике питания нет необходимости Показанные точки подключения относятся к компьютеру, описанному в [3]. В других случаях нужно найти вход цифровой микросхемы, соединенный через разделительный конденсатор с контактом розетки для подключения магнитофона и аналогичный выход.
Программа анализа написана на БЕЙСИКе и приведена в табл. 1. Она формирует тактовые импульсы в разряде D3 порта 0FEH и проверяет состояние разряда D6 того же порта (это стандартные для ZX-SPECTRUM адрес и разряды порта магнитофона). Для ускорения работы критичные по времени исполнения подпрограммы написаны на языке ассемблера микропроцессора Z80. Их коды записаны в операторах DATA и загружаются в оперативную память компьютера, начиная с ячейки 30000 (строка 30). Обращение к ассемблерным подпрограммам - с помощью операторов RANDOMIZE USR в строках 110 и 120.
После запуска программы необходимо ввести значение тактовой частоты в килогерцах и длительность анализируемого интервала работы микроконтроллера (обычно 10... 15 с). Процедура анализа займет 18...25 мин. Частота генерируемых тактовых импульсов - около 40 кГц, а если ZX-SPECTRUM турбирован - около 60 кГц. При переходе анализируемого сигнала на другой уровень меняется цвет бордюра экрана. Низкому уровню соответствует черный цвет, высокому - белый. Одновременно программа выводит на экран измеренную продолжительность интервала времени, в течение которого уровень сигнала оставался неизменным.
Данные на экране располагаются в четыре столбца, причем числа в нечетных столбцах соответствуют интервалам низкого, а в четных - высокого уровня. Для удобства анализа они округлены до сотых долей миллисекунды (строка 140). Если все операторы PRINT заменить на LPRINT, результаты напечатает принтер. При отсутствии изменений анализируемого сигнала в течение примерно 8 мин программа подает звуковой сигнал, выводит на экран предупреждающее сообщение и прекращает работу (строка 160).
В табл. 2 приведены результаты измерения длительности первых 100 интервалов сигнала Q2 блока адаптации видеоприставки SCPH-5502 при тактовой частоте 4,433 МГц. Первым следует короткий импульс низкого уровня, связанный, очевидно, с инициализацией микроконтроллера. Следующий за ним длинный импульс высокого уровня совпадает с сигналом начальной установки "PlayStation" после включения питания.
В некоторых из проверенных блоков адаптации этого импульса вообще нет или его уровень низкий. Далее циклически повторяются три кодовые последовательности импульсов (КП). разделенные паузами - интервалами низкого логического уровня продолжительностью около 80 мс. Нетрудно заметить, что все интервалы приблизительно кратны 4 мс, что подтверждает результаты измерений, сделанных с помощью осциллографа. Приняв за единицу и обозначив Т значение 4 мс. получим временную диаграмму сигнала Q2, показанную на рис. 3.
Первые 36 тактов всех трех КП идентичны, различаются лишь такты 37-41, а в такте 42, предшествующем паузе между КП, всегда логическая 1. Рабочая гипотеза - каждая из КП служит "ключом" к определенной модели "PlayStation", а исследуемый блок генерирует сразу три "ключа". Теоретически может быть 32 КП, различающихся логическими уровнями в пяти тактах, с 37-го по 41-й. Далее, говоря о КП. мы будем приводить только переменную часть кода, находящуюся в этих тактах.
Для дальнейших исследований потребуется программируемый генератор импульсных последовательностей. На рис. 4 приведена схема такого генератора на микроЭВМ КР1830ВЕ31 (КР1830ВЕ51). Программа его работы (табл. 3) занесена в ПЗУ DD3 К573РФ5 (К573РФ2). Регистр-защелка адреса DD2 включен по стандартной схеме. Переключателями SA1-SA5 задают логические уровни переменной части КП. Например, установив переключатели SA1 и SA3 в замкнутое (0). а остальные -в разомкнутое (1) положение, получим КП с кодом 11010.
Питают устройство от источника +5 В "PlayStation". Оно потребляет ток около 70 мА. Если в генераторе установлена микросхема КР1816ВЕ31 (КР1816ВЕ51). лучше воспользоваться внешним источником питания, так как потребляемый ток возрастет до 150...200 мА.
Сигнал с выхода любого из четырех разрядов порта Р1.4-Р1.7 (выводы 5-8 микросхемы DD1) подаем вместо сигнала Q2 блока сопряжения на вывод 17 микросхемы SC4309xx или вывод 42 микросхемы CXD2938Q на игровой приставке. Для исключения неожиданностей все остальные, кроме Q2, выводы блока адаптации должны оставаться на своих местах.
Прежде всего задаем переключателями SA1-SA5 один из вариантов КП. Устанавливаем в видеоприставку какой-либо диск и нажатием кнопки "RESET" запускаем его. Если хотя бы с одного "нефирменного" диска нормально загрузилась хотя бы одна игровая программа, код подобран верно. При неверном выборе КП на экране телевизора появится надпись, предупреждающая о невозможности дальнейшей работы. Можно изменять положение переключателей SA1-SA5, не выключая питания. Опрос их состояния производится примерно четыре раза в секунду.
Экспериментально удалось установить, что для каждой модели "PlayStation" существует единственная КП (назовем ее ключевой), при использовании которой "нефирменные" диски запускаются. Например, для SCPH-1001 ее код - 10110. для SCPH-5502. SCPH-7502. SCPH-9002 - 01110. а для SCPH-5501 - 11110. Не исключено, что могут встретиться и другие варианты.
Еще одно полезное наблюдение -ключевые КП могут следовать не только друг за другом, но и чередоваться с другими, например, содержащими "ключи" для разных моделей "PlayStation". По-видимому, операционная система видеоприставки просматривает все принимаемые КП. и неверный "ключ" эту работу не останавливает. Поиск продолжается 10... 12 с.
Остается определить, в каких пределах можно варьировать временные параметры КП. Для этого придется изменять значение байта программы генератора по адресу 0058Н до тех пор, пока игра не перестанет нормально вводиться. Эксперименты доказали, что допустима длительность такта Т в пределах 3.8...4.2 мс. Воспроизводить с абсолютной точностью временные интервалы в соответствии, например, с табл. 2 не обязательно.
Далее программно регулируем длительность паузы между КП, оставляя неизменными остальные интервалы. Оказывается, без ущерба для ввода игровых программ она может продолжаться от 16 до 65Т, а в некоторых видеоприставках даже до 1000Т. Теперь понятно, почему некоторые блоки адаптации генерируют КП с паузой не 20, а 22 или 23Т.
Иногда блок адаптации генерирует сигналы, параметры которых, на первый взгляд, не укладываются в только что построенную теорию. Если исключить случаи обычных ошибок программистов, следует признать, что применяются методы защиты ключевых КП, призванные создать максимальные сложности тем, кто попытается выяснить закон формирования сигнала Q2. Например, один из исследованных блоков генерировал сигнал, в котором первые 14 КП отличались от ключевой только тем. что в них отсутствовал такт 40, а общая длина составляла 41, а не 42Т. Все они были ложными, и лишь каждая пятнадцатая КП полностью соответствовала ключевой с кодом 01110. И этот случай не единичен. Нередко ключевую КП маскируют три-восемь ложных.
В такие "ловушки" попадаются те, кто не утруждает себя проверкой всех вариантов. Кроме того, очень сложно обнаружить ключевую КП с помощью осциллографа, когда на экране ее маскируют многочисленные почти совпадающие с ней ложные. Определенные сложности создает и нарушение строгой периодичности сигнала. Нередко интервал Т преднамеренно хаотически изменяют. Попытки точного воспроизведения этого хаоса (как выяснилось, абсолютно ненужного) вызывают у программистов наибольшие трудности. Тем не менее очень редко, но встречаются совсем не защищенные блоки адаптации. Их сигналы строго периодичны, а все формируемые КП - ключевые.
Зная закон формирования ключевой КП, можно изготовить самодельный блок адаптации на базе любого из известных микроконтроллеров, в том числе PIC 12С5хх, PIC 16Схх фирмы Microchip Technology, Z86xxx фирмы Zilog. АТ89С51хх фирмы Atmel, SX18xx фирмы Scenix. Все они микромощные, относительно дешевые, малогабаритные, имеют встроенное ПЗУ. Главное, чтобы в наличии были сама микросхема, программатор, справочная литература и программа-отладчик. К сожалению, собрать все эти составляющие воедино не всем удается.
Можно решить задачу и с помощью распространенных микроЭВМ серий КР1830. КМ1830. имеющих низкое энергопотребление и программно совместимых с известным семейством MSC-51 фирмы Intel. Использованный для экспериментов генератор импульсных последовательностей - по сути дела, готовый блок адаптации на микроэвм КР1830ВЕ31. Кроме сигнала Q2, он формирует и Q1 (в программе, приведенной в табл. 3, это предусмотрено). Последний снимают с любого из четырех младших разрядов порта Р1 (выводы 1 - 4 микросхемы DD1), как показано на рис. 4 штриховой линией. Заранее зная ключевую КП. переключатели SA1 - SA5 можно заменить перемычками.
(нажмите для увеличения)
Значительно упрощает блок применение микроЭВМ, имеющей встроенное ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием (КМ1830ВЕ751 или KM1830BE7S3). На рис. 5 показана схема такого устройства. Названия сигналов и точки подключения к разным моделям "PlayStation" совпадают с указанными на рис. 1.
В память программ микросхемы DD1 записывают коды из табл. 4.
Временная диаграмма, показанная на рис. 3, воспроизводится на выходе Q2 Ключ на транзисторе VT2 имитирует канал А-В (см. рис. 1, д). Аналогичный ключ на транзисторе VT1 защищает от повышенного напряжения ту микросхему процессорной платы видеоприставки, на которую поступает сигнал Q2. Обычно эта микросхема рассчитана на питание напряжением 3,5 В, и для нее уровень логической 1 (+5 В) на выходе микроЭВМ DD1 может быть опасным. Если это не так (например, на входы микросхем SC4309xx допускается подавать как 3.5, так и 5 В), сигналы Q1 и Q2' снимают непосредственно с выводов порта Р1 микросхемы DD1, как показано на рис. 5 штриховыми линиями. Нужно только в ячейке 000FH памяти программ микросхемы DD1 заменить код 0FFH на 00Н. что инвертирует формируемый сигнал.
Схема еще одного варианта самодельного блока адаптации изображена на рис. 6.
Он отличается от предыдущего применением значительно более дешевой микроЭВМ КМ1816ВЕ48. Его программа - в табл. 5.
Все, сказанное выше о блоке на микросхеме KM1830BE751, включая замену кода в ячейке 000FH, справедливо и в этом случае. Конденсатор С4 можно не устанавливать, если подать на вывод 4 DD1 сигнал RES от видеоприставки. Недостаток такой замены - повышенное энергопотребление. К счастью, в действительности потребляемый ток значительно меньше предельного значения, приводимого в справочниках. Микросхема КМ1816ВЕ48 фактически потребляет примерно 60 мА. Следовательно, устройство можно питать от внутреннего источника "PlayStation", не опасаясь перегрузки.
Частоту кварцевого резонатора ZQ1 во всех описанных выше блоках можно изменять в широких пределах. При этом необходимо подобрать значение константы, находящейся в ячейке 0058Н (табл. 3) или 0030Н (табл. 4 и 5) таким образом, чтобы длительность такта Т составила 4 мс. Например, если частота резонатора 4,433 МГц. код 41Н по адресу 0058Н в табл. 3 следует заменить на 48Н. Та же константа в табл. 4 находится по адресу 0030Н. В табл. 5 адрес константы тот же, что и в табл. 4. но ее значение другое. Здесь вместо ЗЗН следует записать 39Н.
Закон чередования временных интервалов в формируемых КП задан числами, расположенными в табл. 4 и 5 одинаково: вариант с кодом 10110 находится в ячейках 0037Н-0054Н. с кодом 11110 - в 0055Н-0070Н, с кодом 01110 - в 0071Н-008ЕН. Если интервал, в течение которого уровень выходного сигнала не меняется, имеет длительность Т, его задают числом 0АН (десятичное 10). интервалы другой длительности - пропорционально увеличенными числами. Например. 0С8Н (десятичное 200) соответствует интервалу в 20Т. При необходимости формируемые коды можно изменять, но цикл обязательно должен закончиться числом ООН, как в ячейке 008FH табл. 4 и 5.
Печатные платы блоков адаптации, собранных по схемам рис. 5 и 6, показаны соответственно на рис. 7 и 8.
Платы рассчитаны на применение резисторов ОМЛТ-0.125, конденсаторов КМ-5, КМ-6. К10-17, кварцевого резонатора РК-169. Места для размещения блока адаптации внутри "PlayStation" довольно мало. Поэтому при изготовлении следует уделять особое внимание уменьшению толщины устройства. Длина проводов, соединяющих его с процессорной платой, особого значения не имеет и может достигать 300...400 мм. От блокировочного конденсатора C3 и резисторов R3, R4 можно отказаться, если это не приведет к сбоям в работе блока. Вместо кварцевого резонатора допускается использовать пьезокерамический, например, HCJ-4.00MKC фирмы Herbert С. Jauch (Германия) с двумя внутренними конденсаторами емкостью по 33 пФ.
Резонатор ZQ1 и конденсаторы С1, С2 могут быть вообще исключены, если воспользоваться любым имеющимся в "PlayStation" тактовым сигналом ТТЛ-уровня частотой 3...5 МГц. Его подают через развязывающий резистор 200...510 Ом на вывод 19 микросхемы КМ1830ВЕ751 или на вывод 3 микросхемы КМ1816ВЕ48. Последнее не совпадает с рекомендациями [4], согласно которым на выводы 2 и 3 следует подавать противофазные тактовые сигналы. Однако на практике микросхема работает даже при уменьшенном до 3,5 В напряжении однофазного тактового сигнала.
Еще один момент, заслуживающий внимания. Некоторые приставки "PlayStation" первых выпусков, например, "американские" SCPH-1001. работают только с дисками системы NTSC. Никаким подбором кода, генерируемого блоком адаптации, нельзя заставить такую приставку работать с дисками системы PAL. Очевидно, дело в аппаратной неприспособленности к обработке видеосигналов этой системы.
Литература
Автор: С.Рюмик, г.Чернигов, Украина