По правде сказать, портативные консоли — одни из самых интересных устройств для анализа схемотехники и инженерных решений. Ведь в отличии от тех же самых телефонов, игровые гаджеты нередко собраны на относительно распространенных и известных компонентах, из сервисных центров то и дело утекают схемы, а особо прожженные энтузиасты умудряются ретрассировать целые платы.

Сегодня я хотел бы поговорить об инженерном чуде Sony образца 2004 года — Sony PSP, и рассказать о том, что у неё скрывается под капотом...

❯ Предисловие

Вообще, я с давних лет люблю заниматься аппаратным ремонтом игровых гаджетов. Если ко мне в руки попадает устройство с аппаратными или софтовыми проблемами, то порой я сижу неделями в попытках его восстановить и вдохнуть в него новую жизнь. За такое упорство я получаю несоизмеримо большую награду: огромный прилив дофамина и хорошее настроение на неделю вперёд.

При этом я ремонтирую не только известные устройства, но и NoName-консоли, которые по каким-то причинам кажутся мне интересными. Например одна из первых статей в моём блоге была про один из клонов PSP на Android родом из 2012 года — JXD S601. А иногда я покупаю на Авито что-то совсем уставшее за пару сотен рублей, восстанавливаю и пишу об экспириенсе использования настоящей игровой консоли по цене шаурмы:

Нередко в процессе диагностики находятся и неизвестные ранее детские болячки и нюансы при проектировании тех или иных устройств. Например в своей практике я встречал несколько JXD S7300, у которых был отвал процессора без визуальных признаков падения, неизвестную консоль от DNS, где повально горел контроллер питания от AXP, а также JXD S5100, где консоль умудрялась сама себя окирпичить за счёт бага в драйвере NAND. Благо всё это легко поддаётся диагностике и восстановлению благодаря наличию тест-поинтов с UART, где можно почитать логи консоли и сделать вывод о потенциальной неисправности:

Но вот обычные консоли от большой тройки — совсем другой разговор... Тут и логи не почитаешь, и документации на программную часть нет, и обычно их аппаратным ремонтом никто не занимается. Зачем нужно перекатывать процессор на PSP, если можно просто купить донора с битым дисплеем? Зачем на PS2 Slim менять драйвер привода, если можно купить другую консоль за 2.000 рублей?

Но я лично считаю, что материнские платы по возможности должны оставаться в своём родном корпусе. Если относится к ним потребительски — то с годами консолей будет всё меньше и меньше, а учитывая что ремонт многих неисправных экземпляров занимает от силы пару часов, потребительское отношение я считаю неоправданным. Недавно у меня оказалось парочку плат PSP без корпусов, которые я попытался оживить. А в процессе диагностики, я начал изучать аппаратную платформу этого шедевра инженерной мысли...

❯ Что внутри?

В первую очередь хотелось бы отметить конструктив PSP, который здесь весьма своеобразный. Сама консоль разбирается не особо сложно, однако сомнительных инженерных моментов хватает: например в 3008'ой способ фиксации динамиков выглядит сомнительно, а триггеры поддерживают пластиковые вставки, которые больше похожи на костыли. Одна из самых известных болячек некоторых ревизий PSP — это использование токопроводящей резинки для обеспечения контакта между стиком и платой консоли и из-за износа/засора, консоль начинала уводить ось влево и вниз, что многие ошибочно принимали за неисправность платы или дрифт стика:

Пожалуй главным конструктивным недостатком PSP я могу назвать отсутствие какой-либо защиты дисплея, даже с учетом огромной воздушной прослойки между дисплеем и корпусом. Даже китайские инженеры, которые проектировали клоны PSP, решили эту проблему путём добавления углубления в дисплей. Особый «прикол» был в PSP 3000, где контроллер дисплея не был прикрыт от внешних воздействий и вибрации, из-за чего от падения в районе драйвера могли образоваться микротрещины и матрица начинала полосить.

Но это издержки проектирования корпуса, в конце-концов у Sony это отнюдь не единственный случай своеобразного конструктива: те же ноутбуки серии VAIO также отличались немного странным подходом к инжинирингу. Самое интересное — это конечно плата, и вот тут инженерам Sony я выражаю огромный респект!

В первую очередь, в глаза бросается сердце устройства — процессор Sony CXD2962GG. В крошечном чипе скрывается целая система на кристалле, которая включает в себя:

• Одно ядро MIPS R4000, способное работать на частоте до 333МГц, с 16КБ кэша инструкций и 16КБ кэша данных, а также FPU-сопроцессор в паре с сопроцессором для векторных операций. Интересно то, что в первых версиях прошивки процессор работал на частоте 222МГц, однако с появлением первых тяжелых игр, Sony разрешила устанавливать частоту динамически.

• GPU собственной разработки Sony, функционально схожий с видеочипом в PlayStation 2, при этом не особо уступающий ему в производительности. В основе GPU лежит растеризатор линий, треугольников, спрайтов и кривых с максимальным филлрейтом до 664МП/с и до 33 миллионов текстурированных и затененных треугольников в секунду. В отличии от десктопных GPU, которые в 2004 стремительно переходили на программируемый конвейер (шейдеры), PSP использовала классический FFP подход, который местами упрощал разработку графического движка игры. Функционал стандартный для тех лет: аппаратная трансформация вершин, затенение по Гуро, линейный и экспонентный туман, фильтрация текстур и... аппаратный скиннинг. Последнее ожидаешь меньше всего в FFP :)
  
  Интересно что нет мультитекстурирования, однако сблендить две текстуры возможно с помощью многопроходного рендеринга. Объём видеопамяти в GPU — 2МБ.

• Встроенный контроллер для дисплеев с параллельным RGB-интерфейсом, контроллеры I2S, USB 2.0, UART, MemoryStick/SDIO (Wi-Fi подключен как раз через SDIO, тогда это было стандартом) и, что сейчас вероятно удивит многих, PATA!

• А также 32 мегабайта NAND Flash-памяти для хранения прошивки. Да, Sony настолько позаботилась о пиратах, что даже флэшку расположила в одном кристалле с процессором!

• И всё это на техпроцессе 90нм с очень умеренным потреблением и тепловыделением!

На момент 2004 года, уровень интеграции просто супер! Для сравнения: процессор TI OMAP в смартфонах Symbian интегрировал в себя AP-процессор, Baseband-процессор и DSP, но не имел GPU и FPU.

Главной аппаратной болячкой PSP 1000'ой серии были отвалы процессора. Иногда консоль могла не перенести очередного падения на асфальт, отключалась и при попытке включения мы получали лишь мигающий на 1 секунду светодиод, а при подключении к ЛБП консоль показывала скачок потребления с 50мА до 200мА и затем резкий переход в Standby-режим с потреблением 32мА. Происходило это из-за того, что PSP появилась аккурат во время перехода на бессвинцовые припои — состав всё ещё был с огрехами, из-за чего мелкие шарики (<0.5мм) под BGA-чипами могли покрываться микротрещинами, и из-за нарушения контакта консоль либо артефачила, либо висла.

Поскольку информации об аппаратной платформе и ремонте PSP в сети особо нет, я решил сам анализировать работу платформы и поочередно снимал процессор, ОЗУ и Mechacon и смотрел как меняется поведение консоли. Вкратце, power-on sequence можно описать так:

• После подачи дежурного питания SYS_+2.5V, Syscon переходит в режим ожидания и подтягивает линию STANDBY_HOLD. С этого момента он ожидает перевод рычажка в состояние включения и потребляет около 32мА.

• После запроса на включение, Syscon разрешает DC-DC преобразователю формирование основных шин питания и ожидает ответ от процессора. Если снять процессор или ОЗУ, Syscon не отключается — он просто бесконечно ждёт ответ.

• После снятия RESET'а с процессора, он начинает выполнение BootROM'а и инициализацию контроллера DRAM. Если ему это не удается — он просто продолжает висеть на потреблении ~150мА, поскольку PLL скорее всего настроен на максимальный клок. Если DRAM проинициализирована — начинается вторая стадия загрузки.

• Примерно на второй стадии включается Watchdog и происходит инициализация периферии. Если у процессора нет стабильной связи с Mechacon или Syscon — он отключает консоль, иначе — показывает логотип PlayStation и потребляет около 200мА, пока потребление не падает до 150мА на экране настройки.

Перекатать процессор тоже было не так уж и просто. Плата оригинальной PSP очень теплоемкая, без нижнего подогрева перекатывать процессор весьма рискованная затея — межслой сильно трещит. В противовес могу отметить крепкие пятаки, в том числе и NC :)

Рядом с процессором можно найти микросхему SDRAM от Samsung объёмом в 32МБ. В 2000 и выше, ОЗУ переехала прямо в процессор!

Чуть ниже расположился чип CXD1876 — так называемый Mechacon. Это второй процессор в PSP, который отвечает за работу с UMD-приводом и декодирование видео. Внутри он скрывает DSP-ядро и предположительно ещё одно MIPS R4000-совместимое ядро с собственной прошивкой. Кроме того, из него «торчит» JTAG и UART наружу, а к процессору он подключен с помощью интерфейса PATA. На самом деле это уже вызывает некоторые вопросы: почему в качестве физического уровня именно ATA (команды то понятно), если в Embedded-устройствах для подобной периферии используют обычную параллельную шину? Может Mechacon — доработка уже существующего контроллера DVD-привода от Sony?

Чуть левее Mechacon'а расположился чип SC901583EPR2 — это драйвер привода, именно он управляет двигателем, который раскручивает диск и скорее всего он же управляет считывающим лазером.

Левее расположился чип Fujitsu MB44C001ABGL, выполняющий роль контроллера питания. В него входит несколько LDO'шек и понижающих DC-DC преобразователей, плюс шина I2C. С Syscon'ом его связывает общая с микросхемой зарядки шина I2C, поэтому если чарджер вдруг уйдет в КЗ и посадит I2C на землю — консоль не включится, но после выпаивания чарджера и замены на условный TP4056 скорее всего заработает без проблем. За зарядку аккумулятора отвечает микросхема TI SN105257BRHBR.

А с правой стороны платы, аккурат рядом с рычажком переключения Wi-Fi, мы видим Syscon — или системный контроллер. В его задачи входит мониторинг состояния консоли, управление питанием, а также опрос кнопок и стика (!). В целом увидеть ADC и опрос GPIO в отдельном микроконтроллере было немного неожиданно. К слову, Syscon присутствует во всех «плойках» начиная с PS2.

С обратной стороны платы мы видим аудиокодек Wolfson WM8973, который подключен к процессору через I2S, драйвер подсветки LM3503ITLX, а также RF-усилитель для Wi-Fi модуля CXA2707GL-T. Тут в целом ничего необычного.

❯ Заключение

В целом, мне хочется похвалить инженеров Sony за грамотную и адекватную схемотехнику, а также немного поругать за сомнительный конструктив корпуса и особенно дисплея. Но в общем и целом, PSP — шедевр инженерной мысли! Кто знает, если тема с PSP вам интересна, то может будет и вторая/третья часть — с подробным процессом аппаратного ремонта и разработки 3D-игры с нуля...

Ну а я надеюсь, что вам было интересно. Подписывайтесь на блог, чтобы не пропускать новые статьи каждую неделю! А если вам интересна тематика ремонта, моддинга и программирования для гаджетов прошлых лет — подписывайтесь на мой Telegram-канал ‭«Клуб фанатов балдежа‭», куда я выкладываю бэкстейджи статей, ссылки на новые статьи и видео, а также иногда выкладываю полезные посты и щитпостю. А ролики (не всегда дублирующие статьи) можно найти на моём YouTube канале.

У меня также есть Boosty, а если вы хотите что-нибудь подарить из железа и увидеть о них статью — пишите мне в Telegram. Интересны разные гаджеты: игровые консоли, смартфоны/телефоны, коммуникаторы/КПК, ретро ПК железо и всякое такое. Если девайс интересный, то я порой могу и недели потратить на восстановление его платы. Всем большое спасибо!

Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram-канале ↩