Ігрові відеоприставки "Sony PlayStation" популярні в усьому світі. Ті з них, з якими найчастіше доводиться мати справу в Росії та інших країнах СНД, зазвичай мають блоки адаптації (продавці нерідко називають їх "чіп-універсал", "чіп-декодер" або просто "чіп"). Ним оснащують відеоприставки перед продажем в країнах, звідки вони надходять до нас на продаж. Автор ділиться з читачами секретами цього блоку, які йому вдалося розгадати, і досвідом його ремонту.
Блок адаптації [1] потрібен для роботи "Sony PlayStation" з ігровими CD південноазіатського виробництва, а також містять русифіковані версії ігрових програм. Фірми, що займаються адаптацією, не поспішають розлучатися з "ноу-хау", що приносить їм чималі доходи. Але тим не менше, якщо блок адаптації виходить з ладу (а такі випадки відомі), то відремонтувати його можна і своїми силами.
Розрізняють кілька поколінь цих ігрових видеоприставок: "одинички" SCPH - 1ххх (1995). "трійки" SCPH-Зххх (1996), "п'ятірки" SCPH-5xxx (1997 р.). "сімки" SCPH-7xxx (1998) і. нарешті, "дев'ятки" SCPH-9xxx (1999). По мірі зростанням номера моделі поліпшуються її енергетичні, технологічні, надежностние і економічні показники при збереженні програмної та апаратної сумісності.
На рис. 1, а-д наведені типові схеми блоків адаптації різних видеоприставок. Позиційні позначення мікросхем, відсутні на друкованій платі, відмічені апострофом. Впадає в очі неповторюваність точок підключення блоків до процесорних плат і різноманітність типів мікросхем. В якості мікросхеми 1С80Г використовують в основному восьмиразрядные мікроконтролери з внутрішнім ПЗУ PIC12C508/P. PIC16C54A-041I/P фірми Microchip Technology, Z86E0208PSC фірми Zilog або їх безкорпусні аналоги. Останні після установки на плату залиті краплею компаунда. Жорсткого зв'язку між типом мікроконтролера і моделлю "PlayStation" не існує. Наприклад, в приставках SCPH-5502 можна зустріти і PIC, і Z86, і безкорпусні контролери. Блоки адаптації одних моделей приставки можуть не підходити до інших (порівняйте схеми на рис. 1, а, б, д).
Приступаючи до дослідження блоку адаптації за методикою, викладеною в [2]. перш всього необхідно визначити, який з виводів мікросхеми IC801 служить входом, а будь - виходом. Заздалегідь це невідомо, так як задається програмою, знаходиться у внутрішньому ПЗУ мікроконтролера. Щоб встановити істину, слід вивчити осцилограми всіх сигналів, почергово отпаивая висновки від контактних майданчиків. Щоб виміри були коректними (якщо вихід з відкритим стоком), відпаяти висновок слід з'єднати з джерелом живлення через резистор 100 кОм. Ще один стандартний прийом - перевірка реакції на натиснення кнопки "RESET" ігровий приставки. Сигнал на скидання не реагує, з великою ймовірністю - вихідний, і навпаки
В результаті було з'ясовано, що пристрої, схеми яких показані на рис. 1, а. п мають по одному входу тактової частоти (3,98 або 4,23 МГц) і два виходи. В блоці за схемою рис. 1, тактову частоту 4.433 МГц задає кварцовий резонатор ZQ1. Вихідний сигнал PCLK синхронізує кодер RGB-PAL IC501. Пристрій, схема якого наведена на рис. 1. д, містить два незалежних канали: перший - з входом А і виходом Ст. другий - тільки з виходом Q2. Цей канал не має зовнішнього входу. Його роботу синхронізує внутрішній тактовий RC-генера-тор мікроконтролера 1С80Т. У пристрої за схемою, зображеною на рис. 1. б. формування сигналу Q2 також синхронізовано внутрішнім RC-генератором. Вхідний сигнал END надходить від механічного перемикача, розташованого в привід CD-ROM. Під його впливом блок адаптації заново генерує сигнал 02 кожен раз. коли каретка приводу сягає початку інформаційної доріжки лазерного диска.
Щоб визначити моменти, коли "PlayStation" сприймає сигнали блоку адаптації, будемо під час завантаження і виконання ігрових програм тимчасово відключати його виходи Q1 і 02 від процесорної плати. Виявляється, під час гри блок адаптації не потрібен! Він потрібен лише протягом перших 10... 12 с після натискання на кнопку "RESET". За цей час операційна система "PlayStation" двічі перевіряє "фірменість" диска: перший раз - перед появою на екрані телевізора логотипу (стилізованого знака PS у вигляді "кобри" на чорному тлі), другий - перед його зникненням і переходом на завантаження ігрової програми. Якщо у ці моменти сигнал Q2 відсутня, відеоприставка "зависає", а на екрані телевізора з'являється та ж напис, що і при спробі працювати з диском від IBM PC: "Please insert PlayStation CD-ROM". Аналогічна перевірка виконується після кожного відкриття і закриття кришки доступу до CD. Швидше за все, це зроблено для виключення ситуацій, коли гру запускають з "фірмового", а продовжують з "нефирменного" диска.
Пошук логічних закономірностей у сигналах блоків адаптації почнемо з каналу А - В пристрою, схема якого наведена на рис. 1. д. З допомогою двухлучевого осцилографа неважко переконатися, що - інвертована копія сигналу А, причому логічної 1 відповідає высокоимпедансное стан виходу. Еквівалентна схема цього каналу - інвертор з відкритим стоком (колектором).
Логічний рівень сигналу Q1. передбаченого в пристроях за схемами рис. 1. а. в, г, встановлюється високим відразу ж після подачі напруги живлення натисканням на кнопку "POWER" і залишається таким протягом 0,1... 1.2 в залежності від варіанту програми мікроконтролера IC801. Все інше час сигнал Q1 має низький логічний рівень, не реагуючи на натиснення кнопки "RESET". На вихід 01 іноді можна спостерігати ще два-три коротких (тривалістю в десятки мікросекунд) імпульсу високого рівня до або після основного, але вони не впливають на роботу відеоприставки. Пристрій формування сигналу Q1 можна уявити у вигляді режиму мультивібратора, генеруючого одиночний імпульс при подачі напруги живлення. Звичайно, в реальних пристроях ніякого мультивібратора немає. Сигнал Q1 формують програмно, відраховуючи необхідне число імпульсів тактової частоти. У багатьох випадках "PlayStation" нормально працює і без цього сигналу.
Найбільш заплутана картина спостерігається для сигналу Q2. Його генерують всі без виключення блоки адаптації. Очевидно, саме він містить код, що дозволяє завантаження програми з диска. Завдання, яке потрібно вирішити, полягає в з'ясуванні закону чергування низького (логічний 0) і високого (логічна 1) рівнів. Звичайний осцилограф тут не помічник, так як його розгортку практично неможливо синхронізувати з сигналом, що складається з великого числа імпульсів змінної тривалості. Однак по осцилограмі можна судити, що тривалість імпульсів як високого, так і низького рівня у всіх моделях "PlayStation" близька до 4 мс або кратна числу. Більш докладний аналіз можливий з допомогою запам'ятовуючого осцилографа з великим обсягом пам'яті (С9-27. С9-28 або HP54C45D фірми Hewlett Packard). Але пересічним радіоаматорам такі прилади, як і складні логічні аналізатори довгих імпульсних послідовностей, на жаль, недоступні.
"Розкрити" ПЗУ мікроконтролера для аналізу його програми практично неможливо. Як PIC. так і Z86 мають вбудовану систему захисту програмного коду. Розраховувати на те. що виробник забув запрограмувати біт захисту - наївно. Нерідко у мікросхем, встановлених в блоки адаптації, всі "зайві" висновки обрізані, а написи з їх корпусів стерті. Для безкорпусного мікроконтролера завдання ще складніше, оскільки під компаундною заливкою, крім нього самого, може знаходитися і додатковий вузол на жорсткій логіці.
На щастя, успішно спрацьовує метод покрокового аналізу генерується імпульсної послідовності. Мікроконтролери PIC і Z86 по структурі -статичні. Це означає, що їх тактову частоту можна знижувати до будь-якого прийнятного значення, аж до подачі тактових імпульсів вручну за допомогою кнопки. Підрахувавши число таких імпульсів між змінами логічного рівня вихідних сигналів мікроконтролера, можна отримати абсолютно точну картину. Знаючи дійсну тактову частоту мікроконтролера F. неважко перевести число імпульсів N тривалість відповідного інтервалу за формулою t [mc]=N/F [кГц].
Цей спосіб не годиться, якщо мікроконтролер працює від внутрішнього тактового RC-генератора, як в пристроях за схемами, показаним на рис. 1, б. д. Однак, враховуючи сумісність різних моделей "PlayStation", є надія, що результати аналізу інших варіантів вдасться поширити і на ці.
"Платити" за простоту методу доводиться збільшеним часом на проведення вимірювань. Наприклад, щоб проаналізувати перші 10 з роботи мікроконтролера за схемою, показаної на рис. 1. ст. потрібно подати понад 44 млн тактових імпульсів. Якщо робити це вручну з частотою 1 ...2 Гц, процес займе близько року. Прискорити його можна, доручивши рутинну роботу комп'ютера. Підійде будь - від РА-ДІО-86РК і ZX-SPECTRUM до IBM PC. Необхідно тільки, щоб у ньому були два одноразрядных порту (вхідний і вихідний) з ТТЛ-рівнями сигналів.
На рис. 2 показано, як з'єднати мікроконтролер PIC з портами вводу/виводу, призначеними для касетного магнітофона, наявним у будь-якому SPECTRUM-сумісному комп'ютері. Хоча в видеоприставках такі мікроконтролери мають, як правило, напругою 3,5 Ст. вони успішно працюють і при напрузі 5 В, так що в додатковому джерелі живлення немає необхідності Показані точки підключення відносяться до комп'ютера, описаному в [3]. В інших випадках потрібно знайти вхід цифрової мікросхеми, з'єднаний через розділовий конденсатор з контактом розетки для підключення магнітофона і аналогічний вихід.
Програма аналізу написана на Бейсіку і наведена в табл. 1. Вона формує тактові імпульси в розряд D3 порту 0FEH і перевіряє стан розряду D6 того порту (це стандартні для ZX-SPECTRUM адресу і розряди порту магнітофона). Для прискорення роботи критичні за часом виконання підпрограми написані мові асемблеру мікропроцесора Z80. Їх коди записані в операторах DATA і завантажуються в оперативну пам'ять комп'ютера, починаючи з клітинки 30000 (рядок 30). Звернення до ассемблерным подпрограммам - з допомогою операторів RANDOMIZE USR в рядках 110 і 120.
Після запуску програми необхідно ввести значення тактової частоти в кілогерцах і тривалість аналізованого інтервалу роботи мікроконтролера (зазвичай 10... 15 з). Процедура аналізу займе 18...25 хв. Частота генерованих тактових імпульсів - близько 40 кГц, а якщо ZX-SPECTRUM турбірованний - близько 60 кГц. При перехід аналізованого сигналу на інший рівень змінюється колір бордюру екрану. Низькому рівню відповідає чорний колір, високому - білий. Одночасно програма виводить на екран виміряну тривалість інтервалу часу, протягом якого рівень сигналу залишався незмінним.
Дані на екрані розташовуються в чотири стовпці, причому числа непарних стовпцях відповідають інтервалам низького, а в парних - високого рівня. Для зручності аналізу вони округлені до сотих часток мілісекунди (рядок 140). Якщо всі оператори PRINT замінити на LPRINT, результати принтер надрукує. При відсутність змін аналізованого сигналу протягом приблизно 8 хв програма подає звуковий сигнал, виводить на екран відповідне повідомлення і припиняє роботу (рядок 160).
В табл. 2 наведені результати вимірювання тривалості перших 100 інтервалів сигналу Q2 блоку адаптації відеоприставки SCPH-5502 при тактовій частоті 4,433 МГц. Першим слід короткий імпульс низького рівня, пов'язаний, очевидно, з ініціалізацією мікроконтролера. Наступний за ним довгий імпульс високої рівня співпадає з сигналом початкової установки "PlayStation" після включення харчування.
У деяких з перевірених блоків адаптації цього імпульсу взагалі немає або його рівень низький. Далі циклічно повторюються три кодові послідовності імпульсів (КП). розділені паузами - інтервалами низького логічного рівня тривалістю близько 80 мс. Неважко помітити, що всі інтервали приблизно кратні 4 мс, що підтверджує результати вимірювань, зроблених з допомогою осцилографа. Прийнявши за одиницю і позначивши Т значення 4 мс. отримаємо тимчасову діаграму сигналу Q2, показану на рис. 3.
Перші 36 тактів всіх трьох КП ідентичні, відрізняються лише такти 37-41, а в такті 42, що передує паузі між КП, завжди логічна 1. Робоча гіпотеза - кожна з КП є "ключем" до певної моделі "PlayStation", а досліджуваний блок генерує відразу три "ключа". Теоретично може бути 32 КП, що розрізняються логічними рівнями в п'яти тактах, з 37-го по 41-й. Далі, говорячи про КП. ми будемо приводити тільки змінну частину коду, що знаходиться в цих тактах.
Для подальших досліджень потрібно програмований генератор імпульсних послідовностей. На рис. 4 наведена схема такого генератора на мікроеом КР1830ВЕ31 (КР1830ВЕ51). Програма його роботи (табл. 3) занесена в ПЗУ DD3 К573РФ5 (К573РФ2). Регістр-засувка адреси DD2 включений за стандартною схемою. Перемикачі SA1-SA5 задають логічні рівні змінної частини КП. Наприклад, встановивши перемикачі SA1 і SA3 в замкнутий (0). а решта -в розімкнене (1) положення, отримаємо КП з кодом 11010.
Живлять пристрій від джерела +5 В "PlayStation". Воно споживає струм близько 70 мА. Якщо в генераторі встановлена мікросхема КР1816ВЕ31 (КР1816ВЕ51). краще скористатись зовнішнім джерелом живлення, так як споживаний струм зросте до 150...200 мА.
Сигнал з виходу будь-якого з чотирьох розрядів порту Р1.4-Р1.7 (5-8 висновки мікросхеми DD1) подаємо замість сигналу Q2 блоку спряження на висновок 17 мікросхеми SC4309xx або висновок 42 мікросхеми CXD2938Q на ігровій приставці. Для виключення несподіванок всі інші, крім Q2, висновки блоку адаптації повинні залишатися на своїх місцях.
Насамперед ставимо перемикачі SA1-SA5 один з варіантів КП. Встановлюємо у відеоприставка який-небудь диск і натисканням кнопки "RESET" запускаємо його. Якщо хоча б з одного "нефирменного" диска нормально завантажилася хоча б одна ігрова програма, код підібраний вірно. При невірному виборі КП на екрані телевізора з'явиться напис, що попереджає про неможливість подальшої роботи. Можна змінювати положення перемикачів SA1-SA5, не вимикаючи живлення. Опитування їх стану проводиться приблизно чотири рази в секунду.
Експериментально вдалося встановити, що для кожної моделі "PlayStation" існує єдина КП (назвемо її ключовий), при використанні якої "нефірмові" диски запускаються. Наприклад, для SCPH-1001 її код - 10110. для SCPH-5502. SCPH-7502. SCPH-9002 - 01110. а для SCPH-5501 - 11110. Не виключено, що можуть зустрітися й інші варіанти.
Ще одне корисне спостереження -ключові КП можуть слідувати не тільки один за одним, але і чергуватися з іншими, наприклад, містять "ключі" для різних моделей "PlayStation". Мабуть, операційна система відеоприставки переглядає всі вжиті КП. і невірний "ключ" цю роботу не зупиняє. Пошук триває 10... 12 с.
Залишається визначити, в яких межах можна варіювати тимчасові параметри КП. Для цього доведеться змінювати значення байта програми-генератора за адресою 0058Н до тих пір, поки гра не перестане нормально вводитися. Експерименти довели, що допустима тривалість такту Т в межах 3.8...4.2 мс. Відтворювати з абсолютною точністю тимчасові інтервали у відповідності, наприклад, з табл. 2 не обов'язково.
Далі програмно регулюємо тривалість паузи між КП, залишаючи незмінними інші інтервали. Виявляється, без шкоди для введення ігрових програм вона може тривати від 16 до 65Т, а в деяких видеоприставках навіть до 1000Т. Тепер зрозуміло, чому деякі блоки адаптації генерують КП з паузою не 20, а 22 або 23Т.
Іноді блок адаптації генерує сигнали, параметри яких, на перший погляд, не вкладаються в тільки що побудовану теорію. Якщо виключити випадки звичайних помилок програмістів, слід визнати, що застосовуються методи захисту ключових КП, покликані створити максимальні складності тим, хто спробує з'ясувати закон формування сигналу Q2. Наприклад, один з досліджених блоків генерував сигнал, у якому перші 14 КП відрізнялися від ключовий тільки тим. що в них був відсутній такт 40, а загальна довжина становила 41, а не 42Т. Всі вони були помилковими, і лише кожна п'ятнадцята КП повністю відповідала ключовий з кодом 01110. І цей випадок не поодинокий. Нерідко ключову КП маскують три-вісім помилкових.
В такі "пастки" потрапляють ті, хто не обтяжує себе перевіркою всіх варіантів. Крім того, дуже складно виявити ключову КП з допомогою осцилографа, коли на екрані її маскують численні майже збігаються з неї неправдиві. Певні складнощі створює і порушення суворої періодичності сигналу. Нерідко інтервал Т навмисно хаотично змінюють. Спроби точного відтворення цього хаосу (як з'ясувалося, абсолютно непотрібного) викликають у програмістів найбільші труднощі. Тим не менш дуже рідко, але зустрічаються зовсім не захищені блоки адаптації. Їх сигнали суворо периодичны, а всі формуються КП - ключові.
Знаючи закон формування ключової КП, можна виготовити саморобний блок адаптації на базі будь-якої з відомих мікроконтролерів, в тому числі PIC 12С5хх, PIC 16Схх фірми Microchip Technology, Z86xxx фірми Zilog. АТ89С51хх фірми Atmel, SX18xx фірми Scenix. Всі вони мікропотужні, відносно дешеві, малогабаритні, мають вбудоване ПЗУ. Головне, щоб в наявності були сама мікросхема, програматор, довідкова література і програма-отладчик. На жаль, зібрати всі ці складові воєдино не всім вдається.
Можна вирішити задачу і з допомогою поширених мікроеом серій КР1830. КМ1830. мають низьке енергоспоживання і програмно сумісних з відомим сімейством MSC-51 фірми Intel. Використаний для експериментів генератор імпульсних послідовностей - по суті справи, готовий блок адаптації на мікроеом КР1830ВЕ31. Крім сигналу Q2, він формує і Q1 (у програмі, наведеною в табл. 3, це передбачено). Останній знімають з будь-якого з чотирьох молодших розрядів порту Р1 (висновки 1 - 4 мікросхеми DD1), як показано на рис. 4 штриховою лінією. Заздалегідь знаючи ключову КП. перемикачі SA1 - SA5 можна замінити перемичками.
(натисніть для збільшення)
Значно спрощує блок застосування мікроеом, має вбудоване ПЗУ з ультрафіолетовим стиранням (КМ1830ВЕ751 або KM1830BE7S3). На рис. 5 показана схема такого пристрою. Назви сигналів і точки підключення до різних моделей "PlayStation" збігаються з зазначеними на рис. 1.
В пам'ять програм мікросхеми DD1 записують коди з табл. 4.
Тимчасова діаграма, наведена на рис. 3, відтворюється на виході Q2 Ключ на транзисторі VT2 імітує канал А-В (див. рис. 1, д). Аналогічний ключ на транзисторі VT1 захищає від підвищеного напруги ту мікросхему процесорної плати відеоприставки, на яку надходить сигнал Q2. Зазвичай ця мікросхема розрахована на живлення напругою 3,5 В, і для неї рівень логічної 1 (+5 В) на виході мікроеом DD1 може бути небезпечним. Якщо це не так (наприклад, на входи мікросхем SC4309xx допускається подавати як 3.5, так і 5 В), сигнали Q1 і Q2' знімають безпосередньо з висновків порту Р1 мікросхеми DD1, як показано на рис. 5 штриховими лініями. Потрібно тільки в клітинці 000FH пам'яті програм мікросхеми DD1 замінити код 0FFH на 00Н. що інвертує формується сигнал.
Схема ще один варіант саморобної блоку адаптації зображена на рис. 6.
Він відрізняється від попереднього застосуванням значно дешевшою мікроеом КМ1816ВЕ48. Його програма - в табл. 5.
Все, сказане вище про блок на мікросхемі KM1830BE751, включаючи заміну коду в комірці 000FH, справедливо і в цьому випадку. Конденсатор С4 можна не встановлювати, якщо подати на висновок 4 DD1 сигнал від RES відеоприставки. Недолік такої заміни - підвищене енергоспоживання. До щастя, насправді споживаний струм значно менше граничного значення, що приводиться в довідниках. Мікросхема КМ1816ВЕ48 фактично споживає приблизно 60 мА. Отже, пристрій можна живити від внутрішнього джерела "PlayStation", не побоюючись перевантаження.
Частоту кварцового резонатора ZQ1 у всіх описаних вище блоках можна змінювати в широких межах. При цьому необхідно підібрати значення константи, що знаходиться у комірці 0058Н (табл. 3) або 0030Н (табл. 4 і 5) таким чином, щоб тривалість такту Т склала 4 мс. Наприклад, якщо частота резонатора 4,433 МГц. код 41Н за адресою 0058Н в табл. 3 слід замінити на 48Н. Та ж константа в табл. 4 знаходиться за адресою 0030Н. В табл. 5 адресу константи той же, що і в табл. 4. але її значення іншого. Тут замість ЗЗН слід записати 39Н.
Закон чергування часових інтервалів формуються КП задано числами, розташованими в табл. 4 і 5 однаково: варіант з кодом 10110 знаходиться в клітинках 0037Н-0054Н. з кодом 11110 - в 0055Н-0070Н, з кодом 01110 - в 0071Н-008ЕН. Якщо інтервал, протягом якого рівень вихідного сигналу не змінюється, має тривалість Т, його задають числом 0АН (десяткове 10). інтервали іншої тривалості - пропорційно збільшеними числами. Наприклад. 0С8Н (десяткове 200) відповідає інтервалу у 20Т. При необхідності формуються коди можна змінювати, але цикл обов'язково повинен закінчитися числом ООН, як в комірці 008FH табл. 4 і 5.
Друковані плати блоків адаптації, зібраних за схемами рис. 5 і 6, показано відповідно на рис. 7 та 8.
Плати розраховані на застосування резисторів ОМЛТ-0.125, конденсаторів КМ-5, КМ-6. К10-17, кварцового резонатора РК-169. Місця для розміщення блоку адаптації всередині "PlayStation" досить мало. Тому при виготовленні слід приділяти особливу увагу зменшенню товщини пристрою. Довжина проводів, що з'єднують його з процесорною платою, особливого значення не має і може досягати 300...400 мм. Від блокувального конденсатора C3 і резисторів R3, R4 можна відмовитися, якщо це не призведе до збоїв в роботі блоку. Замість кварцового резонатора допускається використовувати п'єзокерамічні, наприклад, HCJ-4.00 МКС фірми Herbert С. Jauch (Німеччина) з двома внутрішніми конденсаторами ємністю по 33 пФ.
Резонатор ZQ1 і конденсатори С1, С2 можуть бути взагалі виключені, якщо скористатися будь-яким наявним у "PlayStation" тактовим сигналом ТТЛ-рівня частотою 3...5 МГц. Його подають через розв'язують резистор 200...510 Ом висновок 19 мікросхеми КМ1830ВЕ751 або на вивід 3 мікросхеми КМ1816ВЕ48. Останнє не співпадає з рекомендаціями [4], згідно з яким на висновки 2 і 3 слід подавати протифазні тактові сигнали. Однак на практиці мікросхема працює навіть при зменшеному до 3,5 В напрузі однофазного тактового сигналу.
Ще один момент, що заслуговує уваги. Деякі приставки PlayStation" перших випусків, наприклад, "американські" SCPH-1001. працюють тільки з дисками системи NTSC. Ніяким підбором коду, що генерується блоком адаптації, не можна змусити таку приставку працювати з дисками системи PAL. Очевидно, справа в апаратної непристосованості до обробки відеосигналів цієї системи.
Література
Автор: С. Рюмик, р. Чернігів, Україна