較正カートリッジ: 組み立ての記録、進むままに

2026-09-30、フラッシュのチップがベンチに届いた晩に始めた。計画は calibration-plan.md (C0 の部品の側)、手順は build-the-cal-cart.md の 第 8 節、空のボードは cart-blanks.md にある。このページは組み立てそのものの 記録だ: 何を、どの順でやり、各段が何と答え、何がまだ開いているか。組み立てが 進むにつれて伸びていく。ある段を「押さえた」と記すのは、何かを測ったとき だけだ。

組み立ての現在地

プログラマはベンチの Pi につなぎ、minipro で動かす

チュートリアルはメーカーの Windows 用ソフトを前提に書かれていた。実際に 使ったのは minipro で、すでにベンチにある Pi の上で動かした。プログラマの USB ケーブルが届くのがそこで、焼く作業が、あとから読み返せるコマンドとして 残るからだ。

• プログラマは TL866II Plus として認識される (実測 2026-09-30、USB ディスクリプタから)。ファームウェアは 04.2.83。minipro は 04.2.132 を 期待していて、走らせるたびにそう言う。これは警告で、以下の読み書きは どれも古いファームウェアのまま通った。
• minipro は 0.7.4 で、gitlab.com/DavidGriffith/minipro から Pi の上で ビルドした。GitHub にある同名のリポジトリは古いツリーで (自分では 0.2-dev と名乗る)、このプログラマもこのチップも知らない。ビルドもインストールも 通り、そのうえで "Unknown device" と答えるので、ベンチの故障のように 見える。
• デバイス名は、何も付かない SST39SF040 だ。接尾辞の付いた名前は PLCC と TSOP のパッケージを指す。

minipro -p SST39SF040 -D                 # チップの ID。この部品なら 0xBFB7
minipro -p SST39SF040 -b                 # 空かどうかの検査、チップ全体
minipro -p SST39SF040 -w prg.bin         # 消去、書き込み、照合
minipro -p SST39SF040 -r readback.bin    # それから sha256sum でイメージと並べる

minipro -t はプログラマの自己診断で、ソケットを空にして走らせなければ ならない: 書き込み電圧をピンに一本ずつ掛けるからだ。ここではチップ 1 を 座らせたまま走らせてしまった。警告がパイプの中で失われたためだ。チップは そのあとも名乗り、消去でき、書き込めて、照合も通ったので、何の痕も見えない。 だがそれは運であって、手順ではない。

一つ目のチップ: 二度の座らせ損ない、それから部品自身の ID

最初に座らせたときは、ID を読むたびにプログラマの過電流保護が働いた (四回中 四回、実測 2026-09-30)。一度だけ先へ進んだ空の検査は、ID を 0x0000 と 読んだ。座らせ直すと過電流は消え、ID は三回とも 0xFFFF と読めた。チップ全体を 読むと、0xFF が 524,288 バイト返ってきた。もう一度座らせ直すと、ID は二回 0xBFB7 と読め、空の検査はチップ全体で通った。

ここから残しておく価値のあることが二つ:

• 全部が 0xFF という読み取りでは、空のチップと空のソケットを区別 できない。 区別できるのは ID だけだ。部品は空であろうとなかろうと ID の コマンドに答えるからだ。まず ID を読み、それが正しくなるまでは他の何も 信じないこと。
• ID の読み取りで過電流が出たら、そうでないと分かるまでは座らせ方の 問題だ。 四回それを起こしたチップが、いまプログラムを持っているチップだ。 それぞれの座らせ方の何が悪かったのかは記録していない。それを終わらせた 決まりはチュートリアルのものだ: チップはレバーから最も遠い 32 箇所に、 切り欠きをレバーの側に向け、レバーに近い 8 箇所は空ける。

一つ目のチップはプログラムのイメージを持っている

tools/nesprep.py roms/cal.nes が二つのイメージを書き出し、その sha256 は チュートリアルの表にあるものと同じだ (何かを書き込む前に確かめた)。チップ 1 には prg.bin を書き込んだ: プログラマ自身の照合が通り、別にチップ全体を 読んだもののハッシュがイメージと一致し (実測 2026-09-30)、そのあとの ID は 0xBFB7 と読めた。これが PRG のチップで、U4 に入る。

最初の 32 KiB ではなくチップ全体を比べる理由: イメージはチップを満たすよう 16 回敷き詰めてあるので、容量の足りないダイや貼り替えたダイは、低いページ では照合が通り、もっと上でだけ失敗する。

二つ目のチップはタイルのイメージを持っている

チップ 2 は一度目で正しく座った: ID は 0xBFB7、チップ全体が空で、それから chr.bin を書き込み、プログラマの照合が通り、別にチップ全体を読んだものが イメージと 1 バイトずつ一致して、ハッシュもチュートリアルの値になり、その あとの ID は 0xBFB7 と読めた (すべて実測 2026-09-30)。これが CHR のチップで、 U3 に入る。こちらはイメージを 64 回敷き詰めてあるので、チップ全体を比べる ことは、プログラムのときよりも大事だ。

これで二つのチップはどちらも、チュートリアルの表が言うとおりのものになった。 見た目は同じなので、プログラマから外す前にそれぞれに印を付ける: PRG は U4、CHR は U3。

NROM にするには、ボードにはんだブリッジを五つ作る

ボードは v3.3 のディスクリートマッパーのボードだ。その文字の意味はボード自身の 裏面に凡例として書かれている: A は AxROM、B は BNROM、U は UxROM (この三つは CHR RAM)、C は CNROM、G は GNROM、N は NROM (この三つは CHR ROM)。較正 ROM は NROM なので、ラベルに N を含むジャンパはすべてつなぎ、含まないものはすべて 開けておく。2026-09-30 にシルクスクリーンから読んだもので、部品の上ではまだ 証明されていない。それを証明するのはリーダーの吸い出しだ。

ミラーリングの文字は逆になっていて、ボードは言葉でそう言っている。 cal.nes のミラーリングは垂直だ。H と記されたパッドの横には "VERTICAL Mirroring" と印刷され、V と記されたパッドの横には "HORIZONTAL Mirroring" と ある。ボードの手引きもそれを認めている: "Solder the middle pad to either H (for vertical mirroring) or V (for horizontal mirroring). Yes, I know it's backwards" (中央のパッドを、垂直ミラーリングなら H へ、水平ミラーリングなら V へはんだ付けすること。逆なのは分かっている)。だから H だ。文字ではなく、 言葉に従う。絵はスクロールせず、ネームテーブルを一つしか使わないので、 間違ったパッドでも同じ画面が映る。それでもボードとファイルは一致している べきだ。

この接写は、裏面の ROM の行の間を上から下へたどる: A/B と U の組、 C/G、A/B、U の組が二つ、そして一番下が、ここで肝心な C/G/N と A/B/U の 組だ。その二本の列はどちらも、中央のパッドを上のパッドにつなぐ。

裏面の抵抗の位置 R0 から R7 には注意書きがある: スプライトが乱れるなら、 中央の配線を切って 100 オームの抵抗を足すこと。まだ見ていない不具合のための 修理なので、何も切らない。

このカートリッジのためにボードに載せる部品

ボードの手引き (https://mousebitelabs.com/2020/09/11/nes-reproduction-quick-guide-custom-pcb/) とシルクスクリーンから。値は手引きのもので、どれも測っていない。

コンデンサは、その日に撮った部品の山には無い。手持ちの在庫から出す。U3 と U4 に 32 ピンのソケットを一対付ければ、ROM を改訂したときにチップを プログラマへ戻せる。ソケットに挿したチップがシェルに収まるかどうかは、 確かめていない。

一枚目のボードは灰色の画面を出した。チップのせいではなかった

一枚目のボードは 2026-10-01 に組み、シェル無しの裸のままコンソールに入れた。 裸のボードはどちらを上にして入れるか: チップの面を上に。フロントローダー ではカートリッジはラベルを上にして入れ、"pins 01-36 are the top side of the connector" (ピン 01 から 36 がコネクタの上側)、そして NES のカートリッジでは "most chips and components appear on the label side" (チップと部品の大半は ラベルの側にある) (nesdev の Cartridge connector、2026-10-01 に読んだ)。この ボードもそれと合っている: 端子の番号はチップの面が 5 から 35、裏面が 40 から 70 だ。裸のボードには向きを決めるシェルが無いので、裏返しでも、ピン一本ぶん 左右にずれても入ってしまう。そしてピン 36 は +5 V で、その向かいの 72 が グラウンドだ。

電源を入れると、画面は灰色だった: 変わらない灰色で、点滅はしていなかった (翌日の持ち主の報告)。

そのあと二つのチップをどちらもボードから外し、プログラマへ戻した。どちらも 名乗り (0xBFB7)、どちらもイメージと 1 バイトも違わずに読めた: U4 にあった ものは prg.bin、U3 にあったものは chr.bin だった (実測 2026-10-01)。 つまりチップは正しく、正しい位置にあり、ボードにもコンソールにも傷められて いなかった。プログラムのイメージのリセットベクタは、16 ある写しのどの てっぺんでも $8000 と読める。コンソールが動き出す場所だ。

残るのは二つで、別々に片付けていく:

• ボード。 組んだ本人の見立てでは、はんだ付けの出来が悪かった。二枚目の ボードを組んでいるところだ。プログラム ROM の横の二つのブリッジは、 できていなければプログラムがまったく読めなくなるものだ。
• コンソール。 このカートリッジにはロックアウトチップが無いので、 ロックが邪魔をしないコンソールでしか動かない。そしてそこは、確かめずに 信じてきた。鍵の無いカートリッジにロックが何をするか、目でどう見分けるか、 そしてリセット線の測り方は lockout.md にある。変わらない灰色はロックの しるしではない: 生きているロックは点滅する。今回の灰色は変わらなかった ので、カートリッジを止めたのはロックではなく、ボードだ。

チュートリアルがコンソールの前に置いている段を、ここでは飛ばした。次は 飛ばすべきではない: リーダーの吸い出しは二つの半分を別々に読むので、 コンソールのコネクタを疑う余地が無くなる。

二枚目のボード、はんだ付けする順に

上の二つの表を、ベンチで上から順にたどる一つのリストにしたもの。新しい ことは何も無い。ジャンパの表と部品の表を作業が楽になる順に並べ、チップを 挿す前に済ませる確認を添えただけだ。

作るブリッジは五つ:

開けておくもの: U4 の輪郭の内側にある星印付きの BRIDGE IF 28-PIN のパッド、 表の A と G G のパッド、EXP0、そして裏面のほかのジャンパの組すべて。何も 切らない。R0 から R7 の配線はそのままにしておく。

順番:

1. まず五つのブリッジ。 ボードが平らに置けるうちにやる。先へ進む前に、 U4 の輪郭の内側の星印付きのパッドを見ておくこと: ソケットがその上に かぶさるので、きれいでなければならない。
2. 二つのセラミックコンデンサ。
3. ソケット。 対角の角のピンを二本仮止めし、ソケットが浮かずに座って いて切り欠きの向きが正しいことを確かめてから、残りをはんだ付けする。
4. 電解コンデンサは最後。 長い足を + へ。
5. チップを挿す前に、テスター。 各ソケットのピン 32 とピン 16 の間は +5 V とグラウンドの間で、開いていなければならない。五つのブリッジは どれも閉じていて、パッド三つのジャンパではどれも、作らなかった側が 開いていること。
6. チップを挿す。 PRG を U4 に、CHR を U3 に。それからコンソールの前に リーダーへ。

パッド三つのジャンパでは、両方のパッドにフラックスを塗り、小さなはんだの 粒を一つだけ使って、三つ目のパッドから離しておく。粒がすき間をまたげない なら、切り取った部品の足を渡してはんだ付けすれば届く。

はんだごてについて。ここで何かを測ったわけではなく、助言として: 温度調節の できる 60 から 70 W のこてで、はんだガンではないもの (ワット数は、この ボードの銅を相手に温度を保つためで、もっと熱くするためではない)。有鉛の 63/37 のやに入りはんだなら 320 から 350 度、無鉛なら 350 から 380 度。 小さな平たいこて先、およそ 1.6 から 2.4 mm のもの。針のように尖った先は 熱をうまく伝えないからだ。はんだは 0.6 から 0.8 mm。一つの接合に二、三秒。 パッドとピンを一緒に温め、はんだは接合部へ送り込む。

山の残りは別の組み立てのためのもの

プロセッサ、インターフェースアダプタ、RAM、NAND は、ブレッドボードで組む 65C02 のコンピュータによくある一式だ (山を見ての読みで、誰かがそう言った わけではない)。W65C02 は CMOS の部品で、シミュレータがそのダイを走らせている NMOS の 6502 ではない。

まだ開いていること

• リセット線から読んだロックアウト: 目では答えが出ていて、 tools/lockout-check.py がそれを記録にする (lockout.md)。
• 二枚目のボード: 五つのブリッジ、コンデンサ、二つのチップ。
• 完成したカートリッジをリーダーで吸い出したもの。その本体の crc32 は 21091B99 でなければならない。上のジャンパの表を証明するのもこれだ。
• コンソールに差したカートリッジと、取り込んだフレームから読んだ帯。

ビルド時に nes-bench/docs/cal-cart-build.md から取り込まれる。リポジトリが唯一の写しだ。報告書は独自の作業用語をいくつか使っている: 報告書で使われる言葉。