ZX-UNO: Clon actual de Spectrum

La del ZX-UNO es una historia de buenas ideas, iniciativa y trabajo duro. Pero sobre todo de excelencia. Y cuando todo esto se cuece en nuestra tierra, yo añado al puchero una buena dosis de orgullo. Todo arranca con un tipo genial, el malagueño Antonio Villena en un momento de inspiración. Cierto día decide colgar el post que veis aquí arriba en el foro de Zona de Pruebas. Es muy importante un dato: tanto la idea original y sus primeros desarrollos, como un pequeño teclado que ha diseñado Antonio, complementario al proyecto, son previos al famoso y polémico ZX Spectrum Vega (Trademark Sinclair). ZX-UNO es una plataforma para el diseño de reimplantaciones de ordenadores y consolas clásicas. No un emulador, como es el caso de ZX Spectrum Vega.

Recientemente hemos asistido a la conferencia sobre ZX-UNO de Antonio Villena y Miguel Ángel Rodríguez en la feria Retro Sevilla. Ello nos ha proporcionado un torrente de datos que ha avivado el ya de por sí enorme interés de la comunidad sobre este tema. En este mismo enlace, disponible el audio de la ponencia. Retro Sevilla pronto colgará en su página web el montaje de audio+video que seguro hará las delicias de los amantes del cacharreo. También estarán disponibles las demás charlas en la web del evento.

Si sabes bien qué son palabros como FPGA, ULA o AD724, seguramente no te costará nada seguir el hilo que inició Antonio. Pero este señor es ingeniero informático, como Miguel Ángel; Jordi Bayó se dedica al diseño y Superfo es… bueno, nadie lo sabe, muahaha. Por suerte, no soy el único al que le daría igual que los sucesivos mensajes entre ellos estuviesen escritos en el idioma de los elfos. Comprenderíamos lo mismo. Con un poco de paciencia, hasta los más torpes en estas lides podemos entender en cierta medida de qué hablan los expertos. Por otra parte, creo que ellos sabrán apreciar el esfuerzo y son sobradamente listos como para saber que la divulgación de sus ideas siempre es positiva.

Empecemos por el principio… osea traducir el post inicial…

Hasta la definición de FPGA parece cosa de brujería. “Field Programmable Gate Array: placa semiconductora que contiene bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad puede ser configurada 'in situ' mediante un lenguaje de descripción especializado. La lógica programable puede realizar desde funciones tan sencillas como las de una puerta lógica o un sistema combinacional hasta complejos sistemas en un chip”. Con esa premisa, uno esperaría cierto misterioso cacharro carísimo. Pero en realidad es poco más que un pedazo de algo parecido al plástico, de color pardo y, según el post, cuesta en este caso unos 6 euros. Os adjunto otra definición made-in Miguel Ángel Rodríguez, y un comentario suyo: “imagínate que tienes una bolsa llena de chips, y una plaquita de estas de prototipos, blanca con muchos agujeritos. La FPGA automáticamente coge los chips que necesita de la bolsa, los pincha en la placa, y los conecta, según lo que diga el documento donde se describe el circuito que quieres hacer”… “Por razones de espacio (¡y económicas!) el procesador, la ULA y el resto de chips de soporte que tenía el Spectrum 48K/128K se alojan (en el ZX-UNO) en el interior de una FPGA. Esta FPGA tiene dentro el equivalente a 250.000 puertas lógicas. El número de puertas lógicas estimado que hay en el Spectrum (sumando las de la ULA, las del Z80 y las del resto de chips de soporte, excluyendo la memoria) es de unas 3000.”

SRAM (Static Random Access Memory), que significa memoria estática de acceso aleatorio (o RAM estática). Son memorias que permiten simplificar el diseño, y que no requieren ciertos compomentes que deben incorporarse en las de tipo dinámico (como la original del Spectrum o de La mayoría de PC actuales). La “memoria rápida” del ordenador. Hoy se siguen comercializando memorias de 128 Kb, e incluso de 48Kb o 16 Kb, pero para ciertas cosas en la vida, siempre en mejor andar sobrados. Sobre este asunto, Miguel Ángel nos aclara: “El Spectrum 48K implementaba su memoria RAM de 48K usando 16 chips (el Spectrum 128K/+2 gris también usaban 16 chips para sus 128K). El ZX-Uno implementa 512K de memoria RAM con 1 chip.”.

ROM es la memoria de solo lectura (Read-Only Memory). Mantiene los datos incluso después de que se haya retirado la alimentación del chip. El Bus SPI (Serial Peripheral Interface) es un estándar de comunicaciones, usado para transferir información entre circuitos integrados. En el diseño de Antonio, se menciona la posibilidad de que la FPGA incluya esa funcionalidad. SPI es por ejemplo el protocolo que usan las tarjetas SD/MMC para comunicarse con el dispositivo en donde van pinchadas, así que si queremos que nuestro Spectrum pueda usar DivMMC o ZXMMC, hay que añadir un host SPI, y de hecho esta característica se ha incluido en el ZX-UNO. Miguel Ángel nos aclara: “El Spectrum 48K usaba un chip de ROM que no podía alterarse (después vinieron las EPROM del 128K que sí se podían alterar). En el ZX-Uno la ROM es seleccionable, modificable y todo lo –able que quieras. Además, lo que en el Spectrum eran 16K de ROM, en el ZX-Uno es un diminuto chip que ocupa lo que una uña, y que puede guardar 1MByte de información. ¡Eso son muchas ROMs!”.

Todo ello se integra en una PCB o circuito impreso (Printed Circuit Board). Es una superficie, normalmente de resina y fibra de vidrio, con caminos hechos de cobre. Las PCB pueden tener un número de capas variables. Nos comenta Miguel Ángel al respecto: “ZX-Uno usa una PCB de 2 capas, aunque Antonio estuvo barajando usar una de 4. Superfo es el genio detrás del rutado del circuito, ya que a menos capas, más pericia se necesita para “rutar” un circuito complejo como éste”. Mientras más capas, más posibilidad de añadir complejidad al diseño, pero también más precio. El resto de componentes son los llamados “pasivos” y “reguladores de tensión”. Miguel Ángel añade: “el número total de chips del ZX-Uno es de 4 (SRAM, ROM SPI, FPGA y codificador PAL). El número de chips del Spectrum +2 gris (que ZX-Uno implementa y supera) es de 35. El clon Harlequin, lo más parecido que tenemos hasta ahora de un Spectrum moderno, implementa un 48K usando 46 chips. Si el ZX-Uno se hubiera fabricado con las mismas prestaciones que tiene, pero usando tecnología de la época, calculo que habría necesitado entre 40 y 50 chips, incluyendo algún tipo de ULA”.

Las características de la electrónica actual hacen que el equipo consuma comparativamente mucha menos energía respecto al Spectrum original. Miguel Ángel nos ilustra este dato con una curiosa comparativa: “en los primeros años del Spectrum, la empresa Pin Soft comercializó un sistema de alimentación ininterrumpida usando 6 baterías de NiCd para dar alrededor de una hora y media de autonomía en caso de corte de corriente. ZX-Uno podría funcionar durante más de 10 horas con ese mismo array de baterías”.

ZX-UNO se concibió para caber en las carcasas de Raspberry. Es evidente que está inspirado en la Raspi. Sin embargo, la popularización de las impresoras 3D ha ayudado a que surjan nuevos diseños. Este es un mundillo que está comenzando, pero os aseguro que yo mismo he tenido una de estas obras de artesanía en la mano y es una maravilla del diseño. También dispondrán de un kit de pegatinas con el que se puede maquillar un teclado actual, y tener de ese modo a la vista toda la información contenida en el teclado de un gomas. En el grupo de desarrollo hay una persona dedicada al diseño, pero me resisto a diferenciarles: ZX-UNO es una obra coral, fruto del esfuerzo de todos sus componentes. Aquí el post en el que nació la denominación final de ZX-UNO:

Por último queda añadir eso que llaman ROM del Spectrum (estrictamente, programar esa ROM). Este asunto es quizás lo más peliagudo. Las posibilidades técnicas de los componentes actuales superan ampliamente a los de hace treinta años. De una parte, pese a que Antonio Villena no lo menciona en el inicio de su hilo, la intención de ZX-UNO es funcionar cual Spectrum, pero superarle con todo el descaro y diversión potencial gracias a la programación, si lo deseamos, explotando muchos más recursos. Por ello incluye algo similar a una BIOS absolutamente inspirada en la de los PC.

Antes de continuar: ¿qué es la BIOS?… Basic Input/Output System (BIOS), también conocido como System BIOS, ROM BIOS o PC BIOS, es un interfaz estándar o pequeño programa para interactuar con el ordenador instalado en el PC. Es el primer programa que se ejecuta cuando se enciende la computadora. El propósito es inicializar y probar el hardware del sistema y cargar un bootloader o un sistema operativo. Esta BIOS –que no es realmente BIOS- de ZX-UNO está diseñada para que podamos personalizar el funcionamiento del pequeño Frankenstein hasta límites impresionantes. Al respecto, Antonio Villena nos aclara lo siguiente: “la BIOS es una capa de software intermedia que corre entre el hardware y el Sistema Operativo. Técnicamente hablando el ZX-Uno no tiene BIOS. Lo que he copiado es la interfaz de la «BIOS configuration utility» o también llamada «BIOS setup utility» que en España solemos denominar BIOS incorrectamente. Por eso para evitar confusiones en la documentación lo llamo firmware a secas. Sirve para configurar las ROMs de Spectrum con la que queremos que arranque y algunos parámetros de configuración y la razón de calcarlo a la «BIOS setup utility» es simplemente para que los usuarios no tengan que tirar de ningún manual”.

Todo aficionado al cacharreo ha visto en alguna ocasión las bestialidades que hacen los rusos con el Spectrum. Pues en esa dirección, y gracias al diseño de este firmware, podemos tener en nuestras manos una especie de clon dopado, además del clásico entre los clásicos.

Pero saber que un edificio se hace con ladrillos y cemento no es todo. Todos los componentes deben de colocarse en su sitio según un plan. Y software/hardware jamás funcionan perfectamente a la primera. Esta es la fase de diseño y requiere correcciones, ajustes y añadir detalles que hacen las delicias de sus creadores y de los que asistimos a la función. Sufrieron y sufrirán reveses en el proceso. Los autores siempre dejaron claro que el acceso al proyecto es libre y lo ponen a disposición de todos en su página web. De hecho, si no se consiguiese comercializar, insisten en que sus diseños pueden ser llevados a término por cualquiera con los conocimientos suficientes.

Esta es la página de ZX-UNO, con absolutamente toda la información técnica del proyecto:
http://zxuno.speccy.org/media.shtml

Tenía intención de comentar más la siguiente imagen, pero creo que lo dice todo. Los autores van más allá. Lo quieren todo, y lo quieren ahora. Bien, tíos, estamos en la misma onda…

Es especialmente importante esta meta que se ponen: clones usables por usuarios casuales. Y es que por mucho que nos guste a algunos Raspberry, y por cerca que estemos de poder “enchufar y jugar” con ella, esa meta con Raspi aun no se ha alcanzado. Raspberry es una amante difícil: te lo da todo, pero te lo tienes que currar. En este sentido Antonio Villena ha publicado recientemente su Pi Bacteria. Los emuladores capaces de funcionar del tirón en un aparato se llaman, por lo visto, bare metal. Pi Bacteria es el primer emulador Spectrum de tipo bare metal para Raspberry. No resulta especialmente difícil de echar a andar en la Raspi, pero sigue requiriendo cierto esfuerzo y conocimientos previos, además de que aun no funciona con teclados usb normales.

http://www.speccy.org/tag/bacteria/

http://xn--bacteria-7dg.speccy.org/

En algún momento he escrito que la supervivencia de este mundillo pasa por atraer a los simpatizantes. Es ese usuario “casual” al que inteligentemente se dirigen los cerebros de ZX-UNO.

Pero Antonio es todo un crack. Si es difícil enchufar a la Raspi un teclado por usb… no problema, tenemos otras vías para comunicarnos con ella. Y ¿para qué está la materia gris, sino para diseñar cosas nuevas?. Pues aquí tenemos el pequeño teclado low cost que se sacó de la manga para que la Raspi emule del tirón a nuestro querido Speccy con Pi-Bacteria (y creo que también se puede enchufar a ZX-UNO). Su primer nombre ha sido Vegalizator –me suena de algo…-, pero pronto será bautizado de otro modo:

Estado del proyecto en la actualidad.

En este momento, los miembros del grupo de desarrollo se encuentran probando la funcionalidad de ZX-UNO en diferentes teclados y monitores, además de optimizando nuevos modos gráficos, como el que os he mostrado “radastadiano” y algunas sorpresas más. Nos proyectaron capturas de imágenes (creo recordar que Miguel Ángel las llamaba “mocos” que son, lo que el común de los mortales llamaríamos juegos de genios). Al respecto, nos comenta Miguel Ángel: “el nombre “técnico” de esto que os enseñé es “mock-up” y viene a ser un montaje gráfico para que el cliente se haga una idea de cómo va a quedar el producto final. Como aquí somos como somos, el término “mock-up” lo hemos traducido como “moco”. Los mock-ups se emplean en la industria del videojuego como reclamo publicitario para atraer la atención sobre un juego aún no publicado ni desarrollado (estos mock-ups fueron liberados por el autor del juego, el mismísimo Radastan, en su cuenta de Twitter). También se usan de forma interna por el equipo de desarrollo para hacerse una mejor idea de cómo plantear las pantallas del juego, y en definitiva, organizar el trabajo”.

Pero lo más importante, y la verdadera prueba de fuego del proyecto, es la financiación. Actualmente ellos sólo pueden proporcionar a quien quiera un ZX UNO el kit para soldar sus piezas y fabricárselo uno mismo. ¿Os suena esta forma de venta?. El precio es realmente económico en esta modalidad, pero aun sólo hablamos de prototipos más que de desarrollos comerciales reales. Las modalidades de crowdfunding son complejas desde el punto de vista legal y de tributación. Por ello, según comentaron, se decantan por buscar empresas con capacidad para servir los ZX-UNO ya montados a precios razonables. Este es el estado actual de ZX-UNO: técnicamente terminado (por más que sus desarrolladores no paren de añadir cosas al spectrum original), con perspectiva de crecimiento (tanto en lo que se refiere a otras máquinas como dopando al propio spectrum) y pendientes de encontrar empresas interesadas en la comercialización.

Por parte de EMS, creo que hablo en boca de todos cuando acabo este artículo con: mucho ánimo, colegas, ojalá esto acabe de cuajar; todo nuestro apoyo desde aquí.

Saludos Spectrumeros de Manu Sevilla; mi agradecimiento a Antonio Villena y a Miguel Ángel Rodríguez por su supervisión del texto.