Arduino-читалка/записчик дискет Amiga — версия 2.2

Компоненты и материалы

• Arduino UNO — 1 шт.
• Arduino Pro Mini 328 (5V/16MHz) — 1 шт.
• Резистор 1 кОм — 1 шт.
• Беспаяльная макетная плата — 1 шт.
• Провода-перемычки — 1 комплект
• FTDI Basic Breakout 5V — 1 шт.

Программное обеспечение

• Arduino IDE

О проекте

Продолжение проекта: первая версия читалки дискет Amiga.

Подробности: amiga.robsmithdev.co.uk

Цель

Создать простое, дешёвое и открытое решение для чтения и записи данных на дискеты Amiga DD (Double Density) под Windows 10 (портируемо на другие ОС).

Почему это нужно

• Сохранение данных с старых дискет для будущих поколений.
• Обычный ПК не может читать/писать дискеты Amiga из-за особенностей формата записи (MFM, уникальная структура секторов).

История разработки: 7 попыток записи

Попытка 1: Программный контроль потока

После успешного чтения дисков, автор решил реализовать запись. Проблема: трек в формате AmigaDOS после MFM-кодирования занимает 14 848 байт, что не помещается в ОЗУ Arduino (2 КБ) ни в EEPROM (1 КБ).

Решение: передача данных побайтово из ПК с подтверждением (ACK). Скорость 2 Мбод → 5.5 мкс на байт. Arduino должен выдавать бит каждые 16 мкс (500 кГц). Казалось — достаточно времени.

Результат: полный провал. ОС (Windows) не успевала реагировать на подтверждения, данные терялись. Чтение работало за счет буферизации входящего потока, но запись требовала жёсткой синхронизации.

Попытка 2: Аппаратный контроль потока (CTS/DTR)

Использованы линии CTS (Clear To Send) и DTR на FTDI-плате. Arduino управляет CTS: «0» — можно слать, «1» — стоп. ПК отправляет блок данных целиком, управление на уровне ядра.

Цикл выдачи бита «развёрнут» в 8 последовательных команд для точности таймингов.

Результат: без записи на диск — байты приходят идеально. С записью — теряются байты. Вероятно, изменение CTS не останавливает передачу мгновенно — следующий байт уже в пути.

Попытка 3: Перехват «лишнего» байта в цикле

Между выдачей бит проверялся входной буфер UART. Идея: когда поднимается CTS, ПК уже передаёт следующий байт — его нужно перехватить и использовать в следующем цикле.

Результат: данные передались без потерь. Но при чтении записанного — ничего не обнаружилось. Голова не перемещалась при записи.

Причина: для перемещения головы нужно поднять сигнал /WRITE_GATE в HIGH. Добавлено управление этим сигналом — голова начала двигаться.

Но чтение всё равно не работало: либо данные записаны неверно, либо процесс записи некорректен. Проверка через декодер MFM показала — генерируемые данные верны. Значит, ошибка в «железе» записи.

Попытка 4: Осциллограф и поиск таймингов

Проверка сигнала /WRITE_DATA: импульсы, переключение, установка уровня — ничто не работало. Автор записал постоянный паттерн 0xAA (10101010) — идеальная меандра на осциллографе.

В режиме x10 («mag») обнаружилось: каждые ~12 бит появляется пауза (линия в HIGH). 12 бит — странное число для 8-битных байт.

Причина: несовершенный цикл ожидания байта. После приёма второго байта Arduino дергал CTS, но следующий байт уже уходил от ПК.

Исправление: после использования второго байта — кратковременно опускать и поднимать CTS, чтобы следующий байт уже ждал в буфере.

Результат: идеальная меандра без пауз. Но запись всё равно не читалась на Amiga — ошибка контрольной суммы.

Улучшение чтения (новая методика)

Старая методика чтения была нетерпима к джиттеру импульсов. Новый подход:

• Синхронизация по импульсу /INDEX (метка начала трека).
• Свободно бегущий счётчик (0–255), защёлкиваемый по фронту импульса от головки чтения.
• Минимальный интервал: 32 отсчёта (2 мкс), максимальный: 128 (три нуля подряд в MFM).
• Формула: value = (COUNTER - 16) / 32, обрезаем к 0–3.
• Декодирование: 00 — невозможно, 01 → «01», 10 → «001», 11 → «0001».

Результат: 100% успешное чтение множества дискет. Минимум повторных попыток.

Попытка 5: Точная запись с верификацией

С надёжным чтением стало возможно тестировать запись. Анализ показал: сдвиг бит из-за работы с таймером и UART.

Исправление таймера: не сбрасывать счётчик, а писать биты при значениях 16, 48, 80… (Timer2 8-битный, переполнение каждые 8 бит = точно 500 кбит/с).

Оптимизирован приём байта из UART — минимальный код между битами.

Добавлена верификация в Windows-приложении. 95% треков проходят с первой попытки, остальные — со второй.

Результат: диск загрузился на реальном Amiga 500+ идеально!

Попытка 6: Защита от ранней записи бита

Обнаружено: после записи байта цикл мог начать следующий до переполнения таймера → первый бит уходил раньше времени. Добавлено ожидание переполнения таймера перед стартом следующего байта.

Попытка 7: Команда стирания трека (Track Erase)

Жалобы на ошибки контрольных сумм у некоторых пользователей. Причина: недостаточная длина записанного сигнала — остаточный магнетизм портил начало следующего трека.

Решение: перед записью трека — заполнить его паттерном 0xAA (стирание), затем писать данные. XCopy Pro показал 100% качество.

Диагностика

Добавлен диагностический режим в прошивку: проверка проводки, датчиков, двигателей, связи с ПК. Помогает новичкам выявить ошибки сборки.

Что дальше?

• Проект открыт под GPL v3 — свободное использование и развитие.
• Порт на Arduino UNO с буфером 23K256 (SPI SRAM) для записи без отдельного FTDI.
• Поддержка формата FDI (универсальный, документированный, близкий к «сырым» данным трека) вместо ограниченного ADF.
• Изучение IPF (CAPS/SPS) — но формат закрыт, ориентирован на коммерческое железо.

Исходный код

Скетч Arduino + Windows-приложение (C#):
GitHub репозиторий

Схемы подключения