Чтение дискет Amiga на Arduino: открытое решение для восстановления данных

Необходимые компоненты

• Arduino UNO (или Pro Mini) — 1 шт.
• Флоппи-привод (3,5", из старого ПК) — 1 шт.
• IDE-кабель флоппи-привода — 1 шт.
• Платы для прототипирования (breadboard) — 1 шт.
• Перемычки — набор
• Резистор 1 кОм — 1 шт.
• Модуль питания для breadboard (5V/3.3V) — 1 шт.
• FTDI-адаптер (USB-UART) — 1 шт. (для высокоскоростной передачи данных)

Программное обеспечение

• Arduino IDE
• Windows-приложение для приёма и декодирования данных (исходный код на GitHub)

О проекте

Автор проекта Роб Смит (Rob Smith) создал дешёвое open-source решение для чтения дискет формата Amiga (DD, 880 КБ) на современном ПК. Коммерческие контроллеры вроде KryoFlux или Catweasel стоят дорого и часто закрыты, а стандартные ПК-флоппи-контроллеры не умеют читать специфическую запись Amiga (MFM, 11 секторов на дорожку, 512 байт/сектор, 300 об/мин).

Идея и подход

Arduino (ATmega328, 16 МГц) напрямую подключается к интерфейсу флоппи-привода. Главная сложность — частота данных 500 кГц (битовой поток MFM). Стандартные прерывания и digitalRead слишком медленны. Решение: использовать аппаратный таймер/счётчик ATmega328 для подсчёта импульсов от привода и программную фазовую автоподстройку частоты (PLL) для синхронизации с дрифтом скорости вращения диска.

Эволюция решения (кратко)

1. Попытка 1: Два сдвиговых регистра 74HC594 для параллельного захвата 8 бит при 62,5 кГц. Не сработало — данные невалидны.
2. Попытка 2: Прерывание (ISR) на каждом импульсе. Накладные расходы ISR + медленный digitalRead привели к потере тактов.
3. Попытка 3: Аппаратный счётчик Timer0 считает импульсы, Timer2 генерирует окно 2 мкс. Появились синхронизационные ошибки из-за нестабильной скорости диска.
4. Попытка 4: Программная PLL: сброс счётчика Timer2 при каждом импульсе (фазовая коррекция). Данные стали читаться, но с ошибками контрольных сумм.
5. Попытка 5: Перенос фазовой коррекции в «голое» прерывание (ISR_NAKED) на пине INT0. Минимизированы такты: всего 5 инструкций (0,3125 мкс). Качество чтения значительно выросло.
6. Попытка 6: Добавлен триггер Шмитта (74HCT14) и подтяжка 1 кОм — заметного улучшения нет.
7. Попытка 7: Проверка правил MFM-кодирования (не может быть двух «1» подряд, не более трёх «0» подряд) для исправления ошибок.

Декодирование MFM и формирование ADF

• Сырые импульсы от привода — это уже MFM-данные (переходы фазы).
• Поиск синхро-слова 0x44894489 (или 0x2AAAAAAA44894489 с маской) — начало сектора.
• Чтение заголовка и данных сектора, проверка CRC.
• Повторное чтение той же дорожки до получения 11 валидных секторов.
• Запись 512 байт × 11 секторов × 2 стороны × 80 дорожек = 901 120 байт в файл .ADF (Amiga Disk File).

Перспективы (V2 и дальше)

• V2 уже доступна: улучшенное чтение и поддержка записи.
• Планируется поддержка формата FDI (универсальный, документированный) для дисков с нестандартной защитой от копирования.
• Весь проект под GPL v3: GitHub репозиторий.

Ссылки

• Сайт проекта: amiga.robsmithdev.co.uk
• GitHub: ArduinoFloppyDiskReader