November 28, 2022
A History of Early Microcontrollers, Part 3: The Rockwell Microelectronics PPS-4/1
by Steven Leibson
Une version "francisée" approximativement par un traducteur en ligne.
Une histoire des premiers microcontrôleurs, partie 3 : Le PPS-4/1 de Rockwell Microelectronics
par Steven Leibson
Maintenant que nous sommes bien entrés dans le 21 e siècle, la plupart des gens pensent rarement à Rockwell Microelectronics en relation avec les microprocesseurs et les microcontrôleurs. La société mère, North American Rockwell (rebaptisée Rockwell International en 1973), était un important entrepreneur militaire / aérospatial. Rockwell a construit le vaisseau spatial Apollo, le bombardier B1 Lancer et la navette spatiale américaine. Les moteurs Rocketdyne de Rockwell ont longtemps été utilisés pour la plupart des fusées spatiales et des ICBM aux États-Unis. Rockwell a présenté le troisième microprocesseur à succès commercial au monde, le PPS-4 4 bits, en 1972. En 1976, Rockwell avait annoncé un microcontrôleur monopuce basé sur l'architecture PPS-4. Il s'appelait le PPS-4/1.
Comme c'était la mode pour de nombreux grands conglomérats dans les années 1960, Rockwell a lancé sa propre opération de fabrication de semi-conducteurs au sein de sa division Autonetics en 1967. Autonetics a développé divers systèmes d'avionique militaire/aérospatiale, y compris des systèmes de navigation et de guidage inertiels pour les sous-marins américains et les ICBM, qui ont créé le besoin de semi-conducteurs avancés. North American Rockwell Microelectronics Corp (NRMEC) a développé une première technologie de procédé MOS/LSI pour ses projets militaires et aérospatiaux.
Lorsque Sharp au Japon est allé chercher un fournisseur de semi-conducteurs pour fabriquer un jeu de puces de calculatrice qu'il avait conçu, les capacités MOS/LSI de NRMEC se sont alignées sur les besoins de Sharp. Le résultat de cette collaboration a été un jeu de quatre puces, que Sharp a intégré dans sa calculatrice QT-8D. Sharp a annoncé cette calculatrice en août 1968. En fait, on pourrait dire que le jeu de puces Rockwell dans la calculatrice Sharp QT-8D a lancé l'ère MOS/LSI. En 1970, Rockwell avait commencé à publier un catalogue de puces MOS/LSI.
Comme Texas Instruments l'avait découvert avec le microcontrôleur TMS1000, il n'y a qu'un pas entre l'architecture d'une calculatrice électronique et un microprocesseur 4 bits ou, dans le cas de TI, un microcontrôleur. Rockwell a annoncé la famille de microprocesseurs 4 bits PPS-4 en août 1972. Il s'agissait du troisième microprocesseur à succès commercial au monde, et son introduction a suivi les annonces d'Intel des microprocesseurs 4 bits 4004 et 8 bits 8008. La désignation « PPS » de Rockwell signifiait « Système de traitement parallèle ».
Deux choses distinguaient le microprocesseur PPS-4 de Rockwell de ses concurrents. Le premier était l'emballage unique de l'appareil QUIP (Quad Inline Package) de Rockwell. Les puces QUIP de Rockwell sont facilement identifiables par leurs fils décalés. Les puces sont souvent appelées "araignées" en raison de leur apparence. La configuration des fils QUIP facilitait la conception de cartes de circuits imprimés pour ces appareils à l'époque où les traces et les espaces minimums sur les cartes de circuits imprimés étaient de l'ordre de 10 mils environ.
La deuxième caractéristique distinctive était la grande famille de puces compagnons que Rockwell a développées pour le microprocesseur PPS-4. En 1975, la famille de chipsets comprenait le processeur, le générateur d'horloge / pilote nécessaire pour l'horloge à quatre phases unique de Rockwell, une RAM 256 × 4 bits, des ROM de 1 et 2 Ko, des puces combinées RAM / ROM, un clavier et écran contrôleur, un contrôleur d'imprimante, une puce d'E/S à usage général et un modem analogique 1200 bps. (Le modem analogique 1200 bps a lancé une longue gamme de puces de modem qui a conduit NRMEC à devenir Conexant Systems, qui a finalement été acquis par Synaptics.)
Le grand nombre de puces de la famille de microprocesseurs PPS-4 de Rockwell a entraîné la sélection et l'utilisation du processeur dans une large gamme de produits finaux, notamment les caisses enregistreuses, les télécopieurs, les appareils électroménagers, les flippers, les jouets et les calculatrices. Cependant, le marché d'une famille de microprocesseurs 4 bits multi-puces a été de courte durée. La technologie des semi-conducteurs progressait rapidement et les densités de dispositifs augmentaient à un rythme effréné. Rockwell a incorporé le générateur d'horloge dans le microprocesseur et a fusionné la RAM, la ROM et les périphériques d'E / S dans un ensemble à 2 puces appelé PPS-4/2 en octobre 1975, mais l'ensemble à 2 puces a également été de courte durée grâce à d'autres les progrès de la technologie des procédés semi-conducteurs. Au début de 1976, Rockwell avait annoncé le PPS-4/1, un véritable microcontrôleur monopuce basé sur l'architecture originale du microprocesseur PPS-4.
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Il y a très peu d'histoire sur Internet qui décrit les nombreuses applications Rockwell PPS-4, à l'exception des informations sur les calculatrices basées sur le PPS4 et une application plutôt inhabituelle : les flippers Gottlieb. Gottlieb a passé un contrat avec Rockwell pour développer la carte contrôleur de flipper System 1, basée sur le microprocesseur PPS-4/2. Gottlieb a utilisé la carte System 1 dans les flippers sortis de 1977 à 1980. Le premier flipper à utiliser la carte System 1 s'appelait Cleopatra. D'autres jeux de flipper à microprocesseur ont suivi, tels que Sinbad, Dragon, Charlie's Angels, Incredible Hulk, Buck Rogers et Totem. Il y avait 16 jeux de flipper dans cette série.
Crédit image : Frédéric BISSON, Wikimedia Commons
Remarque perso : c'est marqué Funflip sur l'apron du Totem !
C'est le genre d'histoire qui peut facilement être perdue dans le temps, mais l'histoire du PPS-4 en tant que contrôleur de flipper n'a pas été perdue pour deux raisons. Tout d'abord, les collectionneurs apprécient les flippers Gottlieb basés sur le plateau System 1. Deuxièmement, la porte métallique, les ROM/puces périphériques MOS/LSI PPS-4 de ces cartes sont défaillantes maintenant qu'elles approchent d'un demi-siècle d'âge. Habituellement, les collectionneurs de flippers seraient coincés avec des machines mortes après la défaillance de ces pièces, car ces pièces n'ont pas été fabriquées depuis des décennies et le fournisseur de semi-conducteurs, NRMEC, est parti depuis longtemps.
AA55 Consulting en France a développé une solution à ce problème. La société a créé une recréation basée sur FPGA des puces périphériques Rockwell PPS-4. Il semble que la cible du code FPGA d'AA55 Consulting soit faite par AMD/Xilinx car les fichiers du projet sont formatés pour le logiciel de développement ISE de Xilinx. AA55 Consulting n'a pas encore procédé à la rétro-ingénierie du processeur PPS-4/2, mais prévoit de le faire à l'avenir. Peut-être l'année prochaine.
Étant donné que les composants Rockwell sont désormais presque de l'unobtanium pur, une société de Honeoye Falls, New York, appelée NI-Wumpf, a développé des cartes qui remplacent fonctionnellement les cartes Gottlieb System 1 d'origine et n'utilisent aucun semi-conducteur Rockwell. La carte NI-Wumpf d'origine semble avoir été basée sur un microprocesseur Zilog Z80. La dernière version utilise un microcontrôleur STMicroelectronics STM32F103, qui intègre un processeur Arm Cortex-M3 à 72 MHz. À titre de comparaison, la fréquence de fonctionnement du microprocesseur PPS-4/2 était de 199 kilohertz. Une entreprise en France nommée Flippp! a adopté une approche similaire en développant des remplacements au niveau de la carte pour la carte System 1 appelées PI-1 et PI-1 × 4, conçues et programmées par Pascal Janin. Cette carte semble également être basée sur un microcontrôleur plus moderne.
Il est amusant de lire certains des commentaires de personnes qui possèdent des flippers Gottlieb basés sur la carte System 1. La plupart considèrent que Rockwell a été strictement un entrepreneur de la défense. Un site Web appelé Pinsite.com consacre un forum à Gottlieb et il y a un fil intitulé "Pourquoi le système 1 de Gottlieb était-il si puant ?" Voici quelques citations de ce fil :
"A l'époque, Rockwell semblait être un bon choix. Après tout, ils ont conçu du matériel informatique pour la NASA et le ministère de la Défense, qu'est-ce qui pourrait mal tourner ? Apparemment, beaucoup. Rockwell, décidant de prendre des décisions douteuses avec leur mise à la terre, en utilisant des composants conçus sur mesure et d'autres bizarreries ont vraiment foutu Gottlieb.
"Pourquoi Rockwell consacrerait-il du temps et des efforts supplémentaires à concevoir des puces araignées personnalisées alors qu'elles étaient encore inférieures aux puces 68xx standard avec lesquelles William et Bally étaient allés ? Il semble à peine que le passage à du matériel personnalisé leur aurait permis d'économiser de l'argent.
« Gottlieb ne disposait pas des connaissances en interne et certains mauvais choix ont été faits en s'approvisionnant. En ce qui concerne Rockwell, vous pouvez vous demander quel est le plus grand miracle : que les flippers aient fonctionné ou que leurs trucs de la NASA aient fonctionné ?"
"Je suppose que Rockwell a utilisé ce qui était, pour eux, des pièces" prêtes à l'emploi "en termes d'araignées. Une partie du problème était probablement qu'ils n'avaient jamais conçu de matériel pour le type d'environnement dans lequel un flipper se serait trouvé. Du matériel qui n'est pas "sur étagère" pour quiconque n'est pas dans l'industrie de la défense ? »
"Je ne veux pas devenir trop politique, mais juste mon opinion, si je cherchais à embaucher une entreprise pour concevoir de l'électronique pour moi, même si Rockwell avait une bonne réputation, je ne voudrais pas utiliser une entreprise qui a l'habitude de faire du gouvernement. projets. Ils sont gonflés, chers, surdimensionnés, etc. dans la plupart des cas. Je ne sais pas si c'était comme ça à la fin des années 70, mais ce n'est pas parce que l'équipement spatial fonctionnait bien qu'il n'était pas trop cher et trop conçu.
"Rockwell a conçu le système pour qu'il soit un système 4 bits - quelque chose qui était obsolète avant même sa sortie."
Il ne devrait pas être surprenant que les personnes qui collectionnent aujourd'hui des flippers pour un passe-temps ne sachent pas que Rockwell était un vendeur de puces marchandes dans les années 1970, ou que le PPS-4 a une riche histoire, ou pourquoi des microprocesseurs et microcontrôleurs 4 bits ont été développés. du tout, ou pourquoi Rockwell a développé le QUIP "araignée", ou que les systèmes qui ont été mal entretenus pendant un demi-siècle ont tendance à tomber en panne. Cependant, certains de ces collectionneurs sont bien informés. Par exemple:
«Électroniquement – Les System 1 utilisaient la technologie du milieu des années 70. Tous les composants électroniques étaient des composants de type standard, pas de composants personnalisés. Le fait que Rockwell ait utilisé ses propres composants - qui pourrait les blâmer. Je n'ai que deux défauts avec eux - de mauvaises techniques de mise à la terre et des connecteurs * edge *.
«En ce qui concerne leurs processeurs qui ne sont pas devenus populaires, ils ont été très populaires dans les terminaux de point de vente pendant un certain temps. Mais, lorsque MOS Tech[nology] est sorti avec les processeurs abordables de la série 6502, cela a tué leurs anciens processeurs 4 bits.
Rockwell Microelectronics et la gamme de produits PPS-4 ont également disparu de la mémoire collective des personnes activement impliquées dans l'industrie électronique, et l'histoire du PPS-4 est très difficile à trouver sur le Web. Vous avez presque besoin de recourir à de vieux livres. Heureusement, j'ai quelques-uns de ces livres à portée de main sur l'étagère de mon bureau.
Par exemple, l'édition 1981 du Osborne 4 & 8-Bit Microprocessor Handbook répertorie dix membres de la famille de microcontrôleurs Rockwell PPS-4/1. Les membres de la famille disposaient de 640 à 2048 octets de ROM et de 48 à 128 morceaux de RAM 4 bits. Tous les membres de la famille sauf un avaient trois ports d'E / S série intégrés, qui n'étaient en réalité rien de plus que des registres à décalage série 4 bits. Un membre de la famille, le MM76C, disposait d'un sous-système de minuterie/compteur à grande vitesse pouvant fonctionner comme un compteur 16 bits ou deux compteurs 8 bits. Le compteur pourrait également gérer les entrées codées en quadrature, utilisées par les codeurs optiques. Le sous-système temporisateur/compteur a ouvert un monde d'applications industrielles supplémentaires pour le microcontrôleur Rockwell PPS-4/1, notamment la commande de moteur, le comptage de fréquence, la conversion analogique-numérique et la synthèse de fréquence.
Si vous n'êtes pas familier avec NRMEC, Rockwell Microelectronics ou Rockwell Semiconductor, c'est probablement parce que la société a été créée sous le nom de Conexant Systems en 1999, dans le cadre d'une tentative mondiale d'exposer la valeur des sociétés de semi-conducteurs détenues en interne au marché boursier. Conexant est devenu sans usine en 2002 en créant sa fabrique de plaquettes, à l'origine la fabrique de plaquettes de Rockwell, sous le nom de Jazz Semiconductor. Tower Semiconductor a acheté Jazz Semiconductor en 2008 et est devenu TowerJazz. La société est revenue au nom de Tower Semiconductor en 2020 et Intel est maintenant en train d'acheter la société. Pendant ce temps, l'époque des premiers processus MOS/LSI de Rockwell est révolue depuis longtemps et pour la plupart oubliée.
Références :
Manuel des microprocesseurs Osborne 4 et 8 bits , Tom Osborne et Gerry Kane, Osborne/McGraw-Hill, 1981
Calculatrice programmable Rockwell 960 , The Old Calculator Web Museum
Rockwell PPS-4 – Le jeu passe au numérique – Gotteib, Pinball, Dragon, 11660EC , ChipScapes
