基于 Arduino 的 Amiga 软盘读写器 —— Version 2.2

所需组件与物料

• Arduino UNO × 1
• Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz × 1
• 1kΩ 电阻 × 1
• 面包板 × 1
• 杜邦线若干
• FTDI Basic Breakout - 5V × 1

所需软件

• Arduino IDE

项目背景

本项目延续了我之前的软盘读取项目： Arduino Project Hub 原项目

更多详情请访问： amiga.robsmithdev.co.uk

• 目标： 创建一个简单、低成本、开源的方案，在 Windows 10 下读写 Amiga DD（双密度）软盘数据。
• 方案： Arduino 固件 + Windows 应用程序（可移植到其他操作系统），且真正可用！
• 初衷： 为未来保存这些磁盘上的数据。普通 PC 因写入方式不同，无法直接读写 Amiga 磁盘。

写入数据 —— 尝试 1：软件流控

成功读取磁盘后，我想实现反向写入。从软件层面入手：将 ADF 磁盘镜像转换为 MFM 编码数据供接口写入。我添加了读取 ADF 并将所有扇区编码为一磁道的类，并计划用解码器验证生成的数据。

与此同时，我尝试修复手头的 Amiga A500+ 以便测试写入的磁盘。拆机发现时钟电池漏液腐蚀主板，清理焊点、除尘、甚至用 Retr0brite 处理发黄外壳，最终修复了电源接口附近的虚焊点。

代码方面，我发现必须在启动驱动器前将 /WRITE_GATE 引脚拉低才能启用写入并读取写保护状态。Amiga 一次写入整个磁道（11×512 字节 = 5632 字节），MFM 编码后扩展为 14848 字节，远超 Arduino 2KB RAM 和 1KB EEPROM 容量。

我尝试用高优先级线程逐字节发送并等待 Arduino 回复（波特率 2M），理论上每字节 16μs，但 Windows 调度延迟导致完全失败——读取时 OS 缓冲输入尚可，写入时数据发送过快丢包，双向确认机制反而拖慢流程。

写入数据 —— 尝试 2：硬件流控 (CTS/DTR)

改用 FTDI 模块的 CTS（Clear To Send）引脚进行硬件流控。实验发现 Arduino 可控制 CTS 电平，PC 端据此控制发送。我将 CTS 设为高电平表示“不接收数据”，低电平表示“可接收”，期望 OS 内核级处理批量发送。

将逐位输出循环展开为 8 条指令以优化时序，但仍失败：不运行写入逻辑时通信正常，一旦运行写入代码即丢字节。推测 CTS 信号切换不够快，PC 已开始发送下一字节。

写入数据 —— 尝试 3：利用写入间隙缓冲单字节

不想用串口中断干扰写入时序。观察到写入每位之间有 CPU 空闲周期，决定在每位写入间隙检查是否有新字节到达（CTS 拉高后 PC 可能已发出一个字节），暂存备用。

此法通过，Arduino 无丢包完成写入。但读回数据全为乱码。经验证编码算法无误，问题出在写入物理层面。编码全 80 磁道测试时发现磁头不移动——读取时正常。发现必须先拉高 /WRITE_GATE 才能移动磁头（防止移动时误写）。

写入真实 ADF 镜像后读回仍无数据。示波器检测写入 0xAA 模式（应产生完美方波），发现每 12 位出现一次异常高电平——流控仍有问题：每两字节需等待一次，导致周期性停顿。

写入数据 —— 尝试 4：优化流控时序

修改循环：使用第二个字节后，Arduino 短暂拉低再拉高 CTS，允许 PC 发送下一字节，下一轮循环直接读取无需等待。示波器显示完美方波！

但读回数据仅写入磁盘一面。推测 /WRITE_GATE 拉低可能触发擦除头，导致另一面噪声。修改代码：仅在启动驱动器和写入循环期间拉低该引脚。双面写入成功！

写入真实 ADF 并验证，读取速度极慢（虽无 MFM 错误但扇区查找困难）。放入修好的 A500+ 启动，出现校验和错误——数据写入了但不稳定。

重新优化读取算法

原读取算法对脉冲到达时间容差不足。新思路：同步 /INDEX 脉冲，记录脉冲间隔而非简单采样。利用 8 位计数器自由运行至 255，检测脉冲时读取计数值。理论最小 32（2μs），最大 128（三个连续 0）。经采样统计，主要分布在 52、89、120 附近。采用公式 value = (COUNTER - 16) / 32 截取 0~3，每 4 个值组成一个字节。利用 MFM “不允许连续两个 1”特性解码：00 无效视为 01，01→01，10→001，11→0001。实测多张磁盘 100% 成功读取，极少需重试。

写入数据 —— 尝试 5：定时器精准控制

有了可靠读取验证，分析写入偏差。写入 0x55 序列读回发现偶尔位偏移。原因有二：串口处理耗时、定时器复位方式。改为：首位在计数器 16 写入，随后每 32 计数写一位（16, 48, 80...），Timer2 8 位溢出正好对齐 8 位，实现精准 500kbps。同时压缩串口读取代码至最短。修改 Windows 端支持校验，95% 磁道一次通过，剩余 5% 重写一次即可。放入 Amiga 启动 —— 完美运行！

写入数据 —— 尝试 6：防止字节边界提前写入

用户反馈仍有校验错误。发现满字节写入后循环回始，可能在定时器溢出前提前写入首位。添加等待循环确保定时器归零后再写入首位。

写入数据 —— 尝试 7：磁道擦除预写

大量校验错误报告（XCopy Pro 显示代码 4 和 6，即扇区头和数据区校验错）。减少磁道后填充从 256 字节至 8 字节后验证大量报错，推测写入数据不足。添加 磁道擦除命令：先用 0xAA 模式全磁道写入，再写入实际数据。XCopy Pro 给出 100% 通过。

诊断模块

集成诊断命令与自检流程，帮助用户排查接线与硬件问题。

后续计划

• 项目完全开源（GPL v3），希望社区共同完善，传承 Amiga 遗产。
• Arduino UNO 写入需额外 FTDI/串口板，计划利用 23K256 SRAM 缓冲磁道数据实现 UNO 独立写入。
• 支持更多格式：ADF 仅支持 AmigaDOS 标准格式，无法处理复制保护、非标准扇区。关注 FDI 通用格式（维基百科有文档），尽可能还原原始磁道数据。
• 关注 Software Preservation Society 的 IPF 格式，但其闭源且绑定硬件销售，不予采用。
• FDI 格式无校验和，数据完整性验证需另想办法。

源代码

Arduino 固件与 Windows 应用程序源码：
GitHub 仓库

原理图

Arduino Pro Mini 接线图：

Arduino UNO 接线图：