Restauration d'un Micral N

Début 2021 un Micral N a été confié à l'association MO5.COM. Un projet a alors été lancé afin de préserver cette machine.
Je ne vais pas entrer dans les détails historiques, mais il s'agit là du premier Micro-ordinateur, c'est-à-dire la première machine à base du microprocesseur 8008 d'Intel.
Elle a en effet vu le jour en 1972 et a été conçue par la société Française R2E.
De futur articles et documentaires produits par l'association MO5.COM devraient détailler ces aspects historiques.

Les informations techniques ci-dessous ont été obtenues/réalisées à partir des observations faites sur la machine et de la documentation encore disponible.
Nous espérons que cela puisse aider la réparation et la restauration de Micral N encore en circulation.

Nous sommes toujours à la recherche d'informations sur cette machine donc si vous possédez ou avez possédé dans le passé cette machine et/ou ses logiciels, n'hésitez-pas à nous contacter !

A noter qu'une campagne est ouverte pour aider à financer l'acquisition de cette machine et sa préservation :

https://micral.mo5.com/ : MO5.COM : Acquisition d'un Micral N

https://mag.mo5.com/ : Aidez-nous à préserver le tout premier micro-ordinateur, le Micral N !

Articles MO5:

8 Fevrier 2023 : Acquisition du Micral N par l'association MO5

15 Fevrier 2023 : Premier aperçu du Micral N de l'association MO5

22 Fevrier 2023 : À la recherche de documentation

1 Mars 2023 : Analyse des cartes électroniques du Micral N

8 Mars 2023 : Lecture et sauvegarde des ROMs du Micral N

15 Mars 2023 : L'équipe MO5 de restauration du Micral N

22 Mars 2023 : Les débuts d'un émulateur

30 Mars 2023 : Vérification de bon fonctionnement et premier démarrage du Micral N

5 Avril 2023 : A la recherche des ingénieurs de la R2E : Jacky Dubois

12 Avril 2023 : Avancées sur l'émulateur du Micral N

20 Avril 2023 : Analyse approfondie des cartes électroniques du Micral N

26 Avril 2023 : A la recherche des ingénieurs et des techniciens de la R2E : Yann Lanoë, Frédéric Cousin

Cette page sera complétée au fur et à mesure des avancées et des analyses.

Sommaire

Identification de la machine

Composition du Micral N

Brochage des connecteurs

Alimentation de la machine

Dump des ROMs et test des SRAMs

Une bref explication sur l'utilisation de la console/façade

Chronologie / resumé / historique de la restauration

ROMs & Logiciels

Format et émulation des disquettes Micral-N

Emulateur

Photos

La machine en fonctionnement

Articles connexes

Identification de la machine

Composition du Micral N

La machine se présente sous la forme d'un rack avec un fond de panier avec 22 emplacements, composé en 2 fonds de panier de 11 emplacements.
L'exemplaire présenté ici possède les cartes suivantes (indices de positions numérotés de gauche à droite vue de l'arrière) :

Position	Référence	Fonction	Commentaire	Photo
1<>11	-	Fond de panier Pluribus	11 Slots + entrées d'alimentations
12<>22	-	Fond de panier Pluribus	11 Slots + entrées d'alimentations
1	11200/S/A	Carte mémoire vive 2K	16 SRAMs P2102 (16 * 128 octets = 2Ko) Mapping configuration : 0x2800-0x2FFF
2	11200/S/B	Carte mémoire vive 2K	16 SRAMs P2102 (16 * 128 octets = 2Ko) Mapping configuration : 0x1000-0x17FF
3	11200/S/D	Carte mémoire vive 2K	16 SRAMs P2102 (16 * 128 octets = 2Ko) Mapping configuration : 0x1800-0x1FFF
4	11200/S/A	Carte mémoire vive 2K	16 SRAMs P2102 (16 * 128 octets = 2Ko) Mapping configuration : 0x2000-0x27FF
5	11200/S/A	Carte mémoire vive 2K	16 SRAMs P2102 (16 * 128 octets = 2Ko) Mapping configuration : 0x3000-0x37FF
6	12400/SB	Carte mémoire vive 4K	32 SRAMs P2102 (32 * 128 octets = 4Ko) + 1 EPROM 1702A (256 octets contenant le bootstrap) SRAM Mapping configuration : 0x0000-0x0FFF EPROM Mapping configuration : 0x0000-0x00FF
7	(Emplacement libre)	-
8	10900/S (indA)	Carte 32-32 (Carte I/O)	IO Base address : 0xC (Logic: 0x4/0x1)
9	10900/SC	Carte 32-32 (Carte I/O)	Marquée "SPECIALE LECT. MDS"
10	(Emplacement libre)	-
11	11100/SC	Coupleur Asynchrone	Interface série AY-5-1012. Connectée et controlée par une carte 32-32 (position 19 dans ce système) Pas de lien avec le pluribus mis à part le reset système. D'origine réglée en 110 Bauds,8 Bits, pas de paritée. Attention : Mode 7 bits avec paritée émulé par soft par le moniteur !
---
12	(Emplacement libre)	-
13	(Emplacement libre)	-
14	(Emplacement libre)	-
15	13400 SA (N)	Carte formateur coupleur	IO Base address : 0x14 (Logic: 0xC/0x4) Contrôleur de lecteur de disquette - 100% logique cablée Format de disque géré par le bootloader : 256KiB, 1 side, 64 tracks, 32 x 128 Bytes sectors per track, Custom Hardsectored FM format.
16	(Emplacement libre)	-
17	10300/SA	Carte pile_canal	IO Base address : 0x1E (Logic: 0x16/0x6) Carte utilisée comme pile par le bootloader et le moniteur. (Note : Insérée dans le mauvais sens sur la photo!!!)
18	10300/SB	Carte pile_canal	IO Base address : 0x1D (Logic: 0x15/0x5) Carte en mode canal vers la carte formateur coupleur (contrôleur de disquette)
19	10900/S (indB)	Carte 32-32	IO Base address : 0x8 (Logic: 0x0/0x0) Connectée à la carte coupleur asynchrone (port série)
20	10200/S ind B	Carte Processseur	La carte processeur i8008 - Fréquence ~500 KHz
21	10400 SB	Carte memoire	8 EPROMs 1702A (256 octets, 2048 octets au total contenant le moniteur) + 8 sockets SRAM (vides) Mapping configuration : 0x3800-0x3FFF
22	11600/S_B	Carte console	Carte de gestion des LEDs et des switch de la façade

Note : D'un point de vue technique/électrique la position dans le châssis des différentes cartes importe peu.

Voici une autre vue présentant la répartition des différentes cartes et leurs interconnexions
Micral n system diagram

Note importante:

Certains éléments nécessaires au fonctionnement de la machine étaient absents :

- Le bloc d'alimentation.
- Les deux câbles d'alimentations.
- La nappe de liaison carte formateur coupleur vers la carte pile_canal.
- La nappe de liaison carte formateur coupleur vers le lecteur.
- La nappe de liaison carte asynchrone vers la carte io 32-32.
- Le câble de liaison carte asynchrone vers le terminal.

Il a fallu recreer l'ensemble de ces éléments.
Beaucoup de ces câblages n'étaient pas documentés.
Il a notamment fallu recréer les nappes de liaisons inter-cartes en analysant en profondeur le fonctionnement de certaines cartes et du bootloader.

Datasheet des circuits intégrés utilisés :

Attention : Liste non exhaustive !

Manufacturer Ref	Description / Datasheet	Carte(s)
Intel 8008	8 Bit Parallel Central Processor Unit	Carte Processeur
Intel 1702A	2K (256 * 8) UV ERASABLE PROM	12400/SB Carte mémoire vive 4K,10400 SB Carte memoire
General Instrument AY-5-1012A	UAR/T Universal Asynchronous Receiver/Transmitter	11100/SC Coupleur Asynchrone
MK4007P	256 Bit MOS Random Access Memory	10300/SA,10300/SB Carte pile_canal
Intel P2102	1K * 1 Bit Static RAM	11200/S/A, 11200/S/B, 11200/S/D Carte mémoire vive 2K, 12400/SB Carte mémoire vive 4K

Brochage des connecteurs

Connecteur	Brochage	Type
Alimentations châssis positions 1<>11		Attention : La machine nécéssite près de 7 Ampères sur le +5V ! Il faut bien soigner le câblage !
Alimentations châssis positions 12<>22		Attention : La machine nécéssite près de 7 Ampères sur le +5V ! Il faut bien soigner le câblage !
Brochage fond de panier / Pluribus		-
Brochage cartes Pile/Canal		-
Brochage carte Formateur/Coupleur		-
Brochage carte Coupleur Asynchrone		-
Brochage cartes 32 - 32		-
Interconnexions carte Formateur/Coupleur <> carte Pile Canal		-
Interconnexions carte Coupleur-Asynchrone <> Carte 32-32		-

Alimentation de la machine

TODO (premières mise sous tension, recréation des câbles, étage de régulation/distribution)

Fabrication des nouveaux câbles d'alimentation (1 seul présent sur la photo) :

Branchement d'un des nouveaux câbles sur le micral :

Dump des ROMs et test des SRAMs

TODO (conception d'un dumper de i1702 et testeur SRAM de 4007 & 2102)

L'outil de dump des EPROMs 1702 et de test des RAM 2102 et 4007 développé pour le projet:

Sources du projet sur github

Une bref explication sur l'utilisation de la console/façade

Exemple : Démarrage du moniteur.

Explication générale : l'entrée dans la console se fait par injection successif des octets 0x44, 0x30, 0x3B, ce qui correspond à l'instruction JMP $3B30.

- Système en route, en mode AUTO (led AUTO allumée)
- Placer les clés de données sur $C0 (1100 0000), instruction LAA/NOP
- Presser la clé CYCLE (mode Cycle du pas à pas)
- Presser la clé P/P (mode pas à pas)
- Presser la clé SUB (mode de substitution de donnée sur le bus)
- Les LEDs correspondantes aux mode s'allument, la LED auto s'éteint lors du passage en mode P/P
- Presser AV (avancée d'un cycle, LAA/NOP est pris en compte par le processeur)
- Placer les clés de données sur $44 (0100 0100), instruction JMP
- Presser AV
- Placer les clés de données sur $30 (0011 0000), partie basse de l'adresse
- Presser AV
- Placer les clés de données sur $3B (0011 1011), partie haute de l'adresse
- Presser AV
- La ligne d'adresse doit changer et afficher $3B30 (11 1011 0011 0000)
- La machine est à présent prête à lancer le moniteur
- Presser la clé SUB (annulation du mode substitution, la LED doit s'éteindre)
- Presser la clé AUTO (la LED P/P doit s'éteindre et la machine exécuter le moniteur)

Mapping Mémoire

Chronologie / resumé / historique de la restauration

Quelques dates à propos de l'étude Micral N

Date	Action
21 Janvier 2021	Philippe présente le projet en interne.
24 Janvier 2021	Réception des premières photos des cartes de la machine. Premières analyses à partir des photos du matériel
25 Janvier 2021	Mise en place de l'environnement de travail en commun (drive, lieu d'échanges et de discussions...)
24 Février 2021	émulateur 8008 « au cycle » fonctionnel
27 Février 2021	Prêt/collecte de la machine.
21 Mars 2021	Début de conception du dumper d'EPROM 1702A.
3 Avril 2021	Dumper d'EPROM 1702A terminé.
4 Avril 2021	Ajout des fonctions de test des SRAMs 2102 et 4007 au dumper d'EPROMs.
5 Avril 2021	Tests des RAMs (-> 1 HS), Dump des ROMs, désassemblage et première analyse
15 Avril 2021	Les deux ROMs sont analysées, écriture des conclusions
29 Avril 2021	Réception du schéma de la carte processeur
4 Mai 2021	L'émulateur fait tourner la ROM de boot et attend les données
10 Mai 2021	Suite à l'analyse du code du bootstrap début de recherche autour d'une éventuelle interface floppy drive. Premières suppositions autour de la carte non identifiée/non documentée "Formateur coupleur"
11 Mai 2021	Mise sur github des sources du dumper 1702A.
11 Mai 2021	Constat : "Il nous manque certaines interconnexion essentielles au fonctionnement nominal de la machine !" On sait a partir de là qu'il va falloir les "réinventer"
20 Mai 2021	Achat de quelques SRAM 2102A pour remplacer celle non fonctionnelle.
27 Mai 2021	Le schéma de la carte processeur est recréé au propre
28 Mai 2021	Reverse de la somme de contrôle attendue par la ROM de boot
30 Mai 2021	Présentation par Philippe du projet Micral N aux membres de l'association
1 Juin 2021	Réception de 4 SRAMs 2102A de remplacements
5 Juin 2021	Scans des cartes en haute résolution et début d'analyse
5 Juin 2021	Début de recherche autour des connecteurs d'alimentation Redump des EPROMs a différentes tensions pour detecter des éventuels cas de "bit-flip". RAS Compréhension du système de backup des alimentations des SRAMs
6 Juin 2021	Début des annotations/reverse à partir des scans des cartes.
9 Juin 2021	Lancement de la campagne de financement MO5.COM
16 Juin 2021	échange téléphonique entre Philippe et J.D.
18 Juin 2021	Réception d'un catalogue de références de carte Micral : Plus de 160 références !
19 Juin 2021	Premières remises sous tension des cartes individuellement avec limitation de courant. RAS
26 Juin 2021	Twitch live pour présenter la machine et le projet
3 Juillet 2021	Mise au propre du désassemblage commenté de la ROM de Boot
17 Juillet 2021	Première écriture de la procédure d'accès au moniteur via panneau de contrôle
18 Juillet 2021	Démarrage du Micral N. Mise en oeuvre de la procédure d'accès sur le matériel, corrections qui s'en suivent
31 Juillet 2021	Une adaptation de SCELBAL au MICRAL N tourne sur l'émulateur
18 Septembre 2021	Le schéma de la carte formateur/coupleur est recréé au propre
9 Novembre 2021	Réception des connecteurs 2x37 points pour la réalisation des interconnexions carte à carte
13 Novembre 2021	Identification et commande des connecteurs d'alimentations en plus du nécessaire pour la futur carte de régulation
18 Décembre 2021	Session de travail à Viveris
18 Décembre 2021	Adaptation d'une valise de transport pour le Micral
18 Décembre 2021	Ajout du support du format disque Micral N dans le soft HxC Floppy Emulator
20 Décembre 2021	Identification du lecteur et directement compatible avec la carte Formateur coupleur : Le Memorex 651 Ce lecteur utilise un format spécifique de disquette 8"
13 Janvier 2022	Nappe/adaptateur d'interconnexion carte formateur coupleur<->carte canal<->lecteur terminée
15 Janvier 2022	Premières tentatives d'amorçage de la machine sur l'émulateur de disquette "Pauline"
15 Janvier 2022	Début de mise au propre de l'alimentation Un boîtier de régulation et d'interconnexion est conçu
16 Janvier 2022	Chargement et exécution d'un programme (LED Demo) depuis Pauline ! :) Mise à jour du soft HxC avec le format Micral N fonctionnel
17 Janvier 2022	Début de l'exploitation de l'interface série. Premiers tests et réglages du baudrate. Constatation d'un problème de rupture de réception après 15/20 minutes de fonctionnement. Début des investigations
18 Janvier 2022	Fabrication des câbles d'alimentations propres. "Le problème de la carte série est il lié a un problème d'alimentation?" spoiler : Non
20 Janvier 2022	Conclusion après de nombreux essais sur l'AY-5-1012 : Le composant a définitivement un défaut interne provoquant cette rupture de réception après plusieurs minutes de fonctionnement
21 Janvier 2022	Démarrage réussi de SCELBAL sur le Micral N réel
24 Janvier 2022	Test d'UART compatible pour remplacer l'AY-5-1012 capricieux : Le COM2502 et l'AY-3-1015D sont fonctionnels dans la durée ! AY-5-1012 remplacé.
25 Janvier 2022	Réception de cartes de prototypage
29 Janvier 2022	Portage de "Shooting Stars" (programme SCELBI) sur Micral N
26 Mars 2022	"Shooting Stars" se lance du Micral N réel
14 Juin 2022	Publication d'un assembleur 8008 qui reconnaît les instructions spécifiques du Micral N.
4 Décembre 2022	Prises de vues chez Viveris
8 Fevrier 2023	Parution du premier article MO5.COM : Acquisition du Micral N par l'association MO5
15 Fevrier 2023	Parution du second article MO5.COM : Premier aperçu du Micral N de l'association MO5
22 Fevrier 2023	Parution du troisième article MO5.COM : À la recherche de documentation
1 Mars 2023	Parution du quartrième article MO5.COM : Analyse des cartes électroniques du Micral N
8 Mars 2023	Parution du cinquième article MO5.COM : Lecture et sauvegarde des ROMs du Micral N
15 Mars 2023	Parution du sixième article MO5.COM : L'équipe MO5 de restauration du Micral N
22 Mars 2023	Parution du septième article MO5.COM : Les débuts d'un émulateur
30 Mars 2023	Parution du huitième article MO5.COM : Vérification de bon fonctionnement et premier démarrage du Micral N
5 Avril 2023	Parution du neuvième article MO5.COM : A la recherche des ingénieurs de la R2E : Jacky Dubois
12 Avril 2023	Parution du dixième article MO5.COM : Avancées sur l'émulateur du Micral N
20 Avril 2023	Parution du onzième article MO5.COM : Analyse approfondie des cartes électroniques du Micral N
26 Avril 2023	Parution du douzième article MO5.COM : A la recherche des ingénieurs et des techniciens de la R2E : Yann Lanoë, Frédéric Cousin

ROM & Logiciels

TODO

Les ROMs de la machine ont été dumpées. Voici leurs CRC32/SHA-256/MD5 :

------------------------------------------------------------------------------------
MIC_1_EPROM_CARTE_MEM_4K.BIN - 256 Bytes - 1702 Boot ROM - Base address 0x0000

CRC32 : 922ECF5C
SHA-256 : 19D8FCBBD326A6BA08D7DCAD5B2AB173BE9B4A90CA36D8D3FDD50FE8424D31DB
MD5 : 87FDA1EA8240905E300E9D44B3A5D953
------------------------------------------------------------------------------------
MIC_38.BIN - 256 Bytes - 1702 Monitor ROM - Base address 0x3800

CRC32 : 4BA38B67
SHA-256 : 7863836D4374DD77626DF4CAFFD3253664D0D38B7C905DC9AF2FA190F8143E07
MD5 : 9148DDA28A392D953BFFAE0E76A0E883
------------------------------------------------------------------------------------
MIC_39.BIN - 256 Bytes - 1702 Monitor ROM - Base address 0x3900

CRC32 : B0F1216C
SHA-256 : 1263D54215A7E7B3B4D89076A6110F442BB117E56226A2D1A002775905317CB4
MD5 : A9561D9C52F690E4209304CA14C869DB
------------------------------------------------------------------------------------
MIC_3A.BIN - 256 Bytes - 1702 Monitor ROM - Base address 0x3A00

CRC32 : 9268CB4E
SHA-256 : 5E323752E181CF8EA3FE0EC15DB3859FE2C5C80CDE1A4F55B9190A79FE669783
MD5 : B7E57D7E5F3EB5E7C3614051A968FD01
------------------------------------------------------------------------------------
MIC_3B.BIN - 256 Bytes - 1702 Monitor ROM - Base address 0x3B00

CRC32 : 65EB8F9B
SHA-256 : 7A6563C24CA2E86F9CD2814FD71382D6780681DE90ED90B6F848B61D0B8F2E42
MD5 : AB7F881253C2B04FEA238C12FAED551A
------------------------------------------------------------------------------------
MIC_3C.BIN - 256 Bytes - 1702 Monitor ROM - Base address 0x3C00

CRC32 : BCC5F759
SHA-256 : C31A8F9CF4049433665CDBB3C76398D9433C2E59DD2A84BADF950A645509FC73
MD5 : 008317F1AD80D07299B3D8E86A398EF8
------------------------------------------------------------------------------------
MIC_3D.BIN - 256 Bytes - 1702 Monitor ROM - Base address 0x3D00

CRC32 : 96DE1C04
SHA-256 : 20E28850ECE1BE44987C287058C3B78D78D7ED4FB7F607085DD2631754731F7E
MD5 : BF24319258ED9C03F99D2530C7C84E0E
------------------------------------------------------------------------------------
MIC_3E.BIN - 256 Bytes - 1702 Monitor ROM - Base address 0x3E00

CRC32 : BFAC262A
SHA-256 : 2711964EF72E68EC3198169935584C7850C62FBF4B1667A48F2968FBB57AFA8E
MD5 : 23D318BC928C902E3F11A2B02059A5CA
------------------------------------------------------------------------------------
MIC_3F.BIN - 256 Bytes - 1702 Monitor ROM - Base address 0x3F00

CRC32 : 7A661654
SHA-256 : 0EDD78BEE060F9CF05D0DC7E672724BF78B33E5663D055F113A5FA6A6C7035E4
MD5 : B1918AB6139287E88F94461115979069
------------------------------------------------------------------------------------
MIC_38_3F.BIN - 2048 Bytes - 8 * 1702 Monitor ROM - Base address 0x3800 (concatenated file)

CRC32 : 8D212125
SHA-256 : 781DB385D40582F187B4B2F70C2441743FFB90DA06259908E99954467CF1CC57
MD5 : 30238D34CF20BAB5C6B0344A8D43DF27
------------------------------------------------------------------------------------

Micral N MO5.COM test programm

Micral N SCELBAL Basic

Micral N Shooting Stars

Format et émulation des disquettes Micral-N

Câble lecteur <-> carte formateur coupleur <-> carte canal :

Pauline connectée à la carte formatteur coupleur + carte canal:

HxC Floppy Emulator Micral N image disk view:

HxC Floppy Emulator Micral N image sector view:

Micral N low level sector format: