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3b10fd110e
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9c2d15e171
Author | SHA1 | Date | |
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9c2d15e171 | |||
ba09e75c57 | |||
ac3e34b2ef | |||
14cf222a6c |
17
flake.nix
17
flake.nix
|
@ -12,7 +12,7 @@
|
||||||
verilator = import ./verilator.nix pkgs ;
|
verilator = import ./verilator.nix pkgs ;
|
||||||
yosys = pkgs.yosys;
|
yosys = pkgs.yosys;
|
||||||
|
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||||||
vflags = ''-Wpedantic -Wwarn-lint -Wwarn-style -Wno-PINCONNECTEMPTY -CFLAGS "-Wpedantic -std=c++20"'';
|
vflags = ''-Wpedantic -Wwarn-lint -Wwarn-style -Wno-PINCONNECTEMPTY -Wno-BLKSEQ -CFLAGS "-Wpedantic -std=c++20"'';
|
||||||
|
|
||||||
verilate-src = cmd: ''
|
verilate-src = cmd: ''
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||||||
cp -r ${./src} ./src
|
cp -r ${./src} ./src
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||||||
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@ -32,9 +32,18 @@
|
||||||
mkdir "$out/bin" && cp "$out/Valu" "$out/bin/alu-sim"
|
mkdir "$out/bin" && cp "$out/Valu" "$out/bin/alu-sim"
|
||||||
'';
|
'';
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||||||
|
|
||||||
|
alu-sim-trace = pkgs.runCommandCC "alu-sim-trace" {} ''
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${verilate-src "--cc --build --exe --trace -CFLAGS -DTRACE=1 ./simulation/tester.cpp ./simulation/test_alu.cpp -top alu"}
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||||||
|
mv obj_dir "$out"
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||||||
|
mkdir "$out/bin" && cp "$out/Valu" "$out/bin/alu-sim"
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|
$out/bin/alu-sim $out/trace.vcd
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||||||
|
echo "${pkgs.gtkwave}/bin/gtkwave $out/trace.vcd" > $out/bin/alu-sim-trace
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chmod u+x $out/bin/alu-sim-trace
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||||||
|
'';
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||||||
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||||||
alu-synth = pkgs.runCommandCC "alu-synth" {} ''
|
alu-synth = pkgs.runCommandCC "alu-synth" {} ''
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||||||
mkdir -p "$out"
|
mkdir -p "$out"
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||||||
find ${./src} -name '*.v' -exec ${yosys}/bin/yosys -Q -p "synth_ice40 -top topmost -json $out/synth.json -dsp" {} +
|
find ${./src} -name '*.v' -exec ${yosys}/bin/yosys -f ' -sv' -Q -p "synth_ice40 -top topmost -json $out/synth.json -dsp" {} +
|
||||||
'';
|
'';
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||||||
|
|
||||||
alu-synth-view = pkgs.writeScriptBin "alu-synth-view" ''
|
alu-synth-view = pkgs.writeScriptBin "alu-synth-view" ''
|
||||||
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@ -42,7 +51,7 @@
|
||||||
'';
|
'';
|
||||||
|
|
||||||
deps = [
|
deps = [
|
||||||
yosys pkgs.nextpnrWithGui pkgs.icestorm verilator
|
yosys pkgs.nextpnrWithGui pkgs.icestorm verilator pkgs.gtkwave
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||||||
];
|
];
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||||||
in rec {
|
in rec {
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||||||
packages.verilator = verilator;
|
packages.verilator = verilator;
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||||||
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@ -50,6 +59,8 @@
|
||||||
packages.lint = lint;
|
packages.lint = lint;
|
||||||
|
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||||||
packages.alu-sim = alu-sim;
|
packages.alu-sim = alu-sim;
|
||||||
|
packages.alu-sim-trace = alu-sim-trace;
|
||||||
|
|
||||||
packages.alu-synth = alu-synth;
|
packages.alu-synth = alu-synth;
|
||||||
packages.alu-synth-view = alu-synth-view;
|
packages.alu-synth-view = alu-synth-view;
|
||||||
|
|
||||||
|
|
|
@ -1,4 +1,5 @@
|
||||||
set_io clk 39
|
set_io clk 39
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|
set_io en 38
|
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set_io op[0] 40
|
set_io op[0] 40
|
||||||
set_io op[1] 41
|
set_io op[1] 41
|
||||||
set_io op[2] 42
|
set_io op[2] 42
|
||||||
|
|
|
@ -3,16 +3,31 @@
|
||||||
#include "tester.hpp"
|
#include "tester.hpp"
|
||||||
|
|
||||||
#include <stdint.h>
|
#include <stdint.h>
|
||||||
|
#include <iostream>
|
||||||
#include <random>
|
#include <random>
|
||||||
|
|
||||||
|
#ifdef TRACE
|
||||||
|
#include "verilated_vcd_c.h"
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||||||
|
#endif
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|
struct state {
|
||||||
|
VerilatedContext *ctx;
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||||||
|
Valu *valu;
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#ifdef TRACE
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|
VerilatedVcdC *trace;
|
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|
#endif
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|
};
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||||||
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||||||
struct alu_testcase {
|
struct alu_testcase {
|
||||||
|
state *state;
|
||||||
|
|
||||||
std::string name;
|
std::string name;
|
||||||
// Inputs
|
// Inputs
|
||||||
uint32_t A, B;
|
uint32_t A, B;
|
||||||
uint8_t op;
|
uint8_t op;
|
||||||
|
|
||||||
// Outputs
|
// Outputs
|
||||||
uint32_t O;
|
uint64_t O; // {O_hi, O_lo}
|
||||||
std::optional<bool> overflow, zero;
|
std::optional<bool> overflow, zero;
|
||||||
|
|
||||||
std::optional<unsigned int> max_cycles;
|
std::optional<unsigned int> max_cycles;
|
||||||
|
@ -30,77 +45,157 @@ std::string fmt_hex(uint32_t n) {
|
||||||
return hex;
|
return hex;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
void test_op(Valu *valu, Tester *tester, alu_testcase test) {
|
void posedge(state *state) {
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|
#ifdef TRACE
|
||||||
|
state->ctx->timeInc(1);
|
||||||
|
state->valu->CLK = 1;
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||||||
|
state->valu->eval();
|
||||||
|
state->trace->dump(state->ctx->time());
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||||||
|
|
||||||
|
state->ctx->timeInc(1);
|
||||||
|
state->valu->CLK = 0;
|
||||||
|
state->valu->eval();
|
||||||
|
state->trace->dump(state->ctx->time());
|
||||||
|
#else
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||||||
|
state->ctx->timeInc(1);
|
||||||
|
state->valu->CLK = 1;
|
||||||
|
state->valu->eval();
|
||||||
|
|
||||||
|
state->ctx->timeInc(1);
|
||||||
|
state->valu->CLK = 0;
|
||||||
|
state->valu->eval();
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void test_op(Tester *tester, alu_testcase test) {
|
||||||
Tester subtester(tester, test.name);
|
Tester subtester(tester, test.name);
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||||||
|
|
||||||
// assign inputs
|
posedge(test.state);
|
||||||
valu->op = test.op;
|
|
||||||
valu->A = test.A;
|
|
||||||
valu->B = test.B;
|
|
||||||
|
|
||||||
valu->eval();
|
// assign inputs
|
||||||
|
test.state->valu->op = test.op;
|
||||||
|
test.state->valu->A = test.A;
|
||||||
|
test.state->valu->B = test.B;
|
||||||
|
test.state->valu->EN = 1;
|
||||||
|
posedge(test.state);
|
||||||
|
test.state->valu->EN = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
int max_cycles = test.max_cycles.has_value() ? *test.max_cycles : 10000;
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||||||
|
|
||||||
|
int n_cycles = 1;
|
||||||
|
for (; !test.state->valu->RDY && n_cycles < 10 + max_cycles * 2; n_cycles++) {
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||||||
|
posedge(test.state);
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||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
char rdy_after_s[100];
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||||||
|
snprintf(rdy_after_s, sizeof rdy_after_s, "RDY = 1 (after %d cycle(s))", n_cycles);
|
||||||
|
subtester.assert_eq(rdy_after_s, test.state->valu->RDY, 1);
|
||||||
|
|
||||||
|
if (test.max_cycles.has_value()) {
|
||||||
|
if (n_cycles <= test.max_cycles) {
|
||||||
|
char n_cycles_s[100];
|
||||||
|
snprintf(n_cycles_s, sizeof n_cycles_s, "Finished within %d cycle(s) (was: %d)", max_cycles, n_cycles);
|
||||||
|
subtester.assert_eq(n_cycles_s, n_cycles, n_cycles);
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
subtester.assert_eq("Finished within correct number of cycles", n_cycles, max_cycles);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
std::string o_name("O == ");
|
std::string o_name("O == ");
|
||||||
o_name.append(fmt_hex(test.O));
|
o_name.append(fmt_hex(test.O));
|
||||||
|
|
||||||
subtester.assert_eq(o_name, valu->O, test.O);
|
uint64_t O = (((uint64_t) test.state->valu->O_hi) << 32) | (uint64_t) test.state->valu->O_lo;
|
||||||
|
subtester.assert_eq(o_name, O, test.O);
|
||||||
|
|
||||||
if (test.overflow.has_value()) {
|
if (test.overflow.has_value()) {
|
||||||
if (*test.overflow)
|
if (*test.overflow)
|
||||||
subtester.assert_eq("overflow flag set", valu->Fflow, 1);
|
subtester.assert_eq("overflow flag set", test.state->valu->Fflow, 1);
|
||||||
else
|
else
|
||||||
subtester.assert_eq("no overflow flag", valu->Fflow, 0);
|
subtester.assert_eq("no overflow flag", test.state->valu->Fflow, 0);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
if (test.zero.has_value()) {
|
if (test.zero.has_value()) {
|
||||||
if (*test.zero)
|
if (*test.zero)
|
||||||
subtester.assert_eq("zero flag set", valu->Fzero, 1);
|
subtester.assert_eq("zero flag set", test.state->valu->Fzero, 1);
|
||||||
else
|
else
|
||||||
subtester.assert_eq("no zero flag", valu->Fzero, 0);
|
subtester.assert_eq("no zero flag", test.state->valu->Fzero, 0);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
int main(int argc, char **argv) {
|
int main(int argc, char **argv) {
|
||||||
|
bool DO_AUTO = false;
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||||||
|
|
||||||
VerilatedContext *vctx = new VerilatedContext;
|
VerilatedContext *vctx = new VerilatedContext;
|
||||||
|
Verilated::traceEverOn(true);
|
||||||
Valu *valu = new Valu(vctx);
|
Valu *valu = new Valu(vctx);
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||||||
|
|
||||||
|
#ifdef TRACE
|
||||||
|
if (argc != 2) {
|
||||||
|
std::cout << "Run with argument for destination!" << std::endl;
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||||||
|
return 1;
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||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
VerilatedVcdC *trace = new VerilatedVcdC;
|
||||||
|
valu->trace(trace, 99);
|
||||||
|
trace->open(argv[1]);
|
||||||
|
std::cout << "(writing trace to " << argv[1] << ")" << std::endl;
|
||||||
|
|
||||||
|
state state = {
|
||||||
|
.ctx = vctx,
|
||||||
|
.valu = valu,
|
||||||
|
.trace = trace,
|
||||||
|
};
|
||||||
|
#else
|
||||||
|
state state = {
|
||||||
|
.ctx = vctx,
|
||||||
|
.valu = valu,
|
||||||
|
};
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
|
||||||
Tester alu_t("alu");
|
Tester alu_t("alu");
|
||||||
{
|
{
|
||||||
Tester add_t(&alu_t, "add", true);
|
Tester add_t(&alu_t, "add", true);
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &add_t, {
|
test_op(&add_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x2137+0x1234",
|
.name = "0x2137+0x1234",
|
||||||
.A = 0x2137, .B = 0x1234, .op = 0b000,
|
.A = 0x2137, .B = 0x1234, .op = 0b000,
|
||||||
.O = 0x336b, .overflow = false,
|
.O = 0x336b, .overflow = false,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &add_t, {
|
test_op(&add_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x09+0x10",
|
.name = "0x09+0x10",
|
||||||
.A = 0x09, .B = 0x10, .op = 0b000,
|
.A = 0x09, .B = 0x10, .op = 0b000,
|
||||||
.O = 0x19, .overflow = false,
|
.O = 0x19, .overflow = false,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &add_t, {
|
test_op(&add_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x5555+0x5555",
|
.name = "0x5555+0x5555",
|
||||||
.A = 0x5555, .B = 0x5555, .op = 0b000,
|
.A = 0x5555, .B = 0x5555, .op = 0b000,
|
||||||
.O = 0xaaaa, .overflow = false,
|
.O = 0xaaaa, .overflow = false,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &add_t, {
|
test_op(&add_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0xfffffffe+0x1",
|
.name = "0xfffffffe+0x1",
|
||||||
.A = 0xfffffffe, .B = 0x1, .op = 0b000,
|
.A = 0xfffffffe, .B = 0x1, .op = 0b000,
|
||||||
.O = 0xffffffff, .overflow = false, .zero = false,
|
.O = 0xffffffff, .overflow = false, .zero = false,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
test_op(valu, &add_t, {
|
test_op(&add_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0xffffffff+0x1",
|
.name = "0xffffffff+0x1",
|
||||||
.A = 0xffffffff, .B = 0x1, .op = 0b000,
|
.A = 0xffffffff, .B = 0x1, .op = 0b000,
|
||||||
.O = 0x0, .overflow = true, .zero = true,
|
.O = 0x0, .overflow = true, .zero = true,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
test_op(valu, &add_t, {
|
test_op(&add_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0xffffffff+0x2",
|
.name = "0xffffffff+0x2",
|
||||||
.A = 0xffffffff, .B = 0x2, .op = 0b000,
|
.A = 0xffffffff, .B = 0x2, .op = 0b000,
|
||||||
.O = 0x1, .overflow = true, .zero = false,
|
.O = 0x1, .overflow = true, .zero = false,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
test_op(valu, &add_t, {
|
test_op(&add_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x0+0x0",
|
.name = "0x0+0x0",
|
||||||
.A = 0x0, .B = 0x0, .op = 0b000,
|
.A = 0x0, .B = 0x0, .op = 0b000,
|
||||||
.O = 0x0, .overflow = false, .zero = true,
|
.O = 0x0, .overflow = false, .zero = true,
|
||||||
|
@ -110,31 +205,36 @@ int main(int argc, char **argv) {
|
||||||
{
|
{
|
||||||
Tester sub_t(&alu_t, "sub", true);
|
Tester sub_t(&alu_t, "sub", true);
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &sub_t, {
|
test_op(&sub_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x2137-0x0420",
|
.name = "0x2137-0x0420",
|
||||||
.A = 0x2137, .B = 0x0420, .op = 0b001,
|
.A = 0x2137, .B = 0x0420, .op = 0b001,
|
||||||
.O = 0x1d17, .overflow = false,
|
.O = 0x1d17, .overflow = false,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &sub_t, {
|
test_op(&sub_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x0-0x1",
|
.name = "0x0-0x1",
|
||||||
.A = 0x0, .B = 0x1, .op = 0b001,
|
.A = 0x0, .B = 0x1, .op = 0b001,
|
||||||
.O = 0xffffffff, .overflow = true,
|
.O = 0xffffffff, .overflow = true,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &sub_t, {
|
test_op(&sub_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x100-0x0200",
|
.name = "0x100-0x0200",
|
||||||
.A = 0x100, .B = 0x200, .op = 0b001,
|
.A = 0x100, .B = 0x200, .op = 0b001,
|
||||||
.O = 0xffffff00, .overflow = true,
|
.O = 0xffffff00, .overflow = true,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &sub_t, {
|
test_op(&sub_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x21-0x9",
|
.name = "0x21-0x9",
|
||||||
.A = 0x21, .B = 0x9, .op = 0b001,
|
.A = 0x21, .B = 0x9, .op = 0b001,
|
||||||
.O = 0x18, .overflow = false, .zero = false,
|
.O = 0x18, .overflow = false, .zero = false,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &sub_t, {
|
test_op(&sub_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x20-0x20",
|
.name = "0x20-0x20",
|
||||||
.A = 0x20, .B = 0x20, .op = 0b001,
|
.A = 0x20, .B = 0x20, .op = 0b001,
|
||||||
.O = 0x0, .overflow = false, .zero = true,
|
.O = 0x0, .overflow = false, .zero = true,
|
||||||
|
@ -145,31 +245,36 @@ int main(int argc, char **argv) {
|
||||||
Tester bitwise_t(&alu_t, "bitwise", true);
|
Tester bitwise_t(&alu_t, "bitwise", true);
|
||||||
// 0x3 = 0b0011, 0x5 = 0b0101
|
// 0x3 = 0b0011, 0x5 = 0b0101
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &bitwise_t, {
|
test_op(&bitwise_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x3&0x5",
|
.name = "0x3&0x5",
|
||||||
.A = 0x3, .B = 0x5, .op = 0b100,
|
.A = 0x3, .B = 0x5, .op = 0b100,
|
||||||
.O = 0x1, .zero = false,
|
.O = 0x1, .zero = false,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &bitwise_t, {
|
test_op(&bitwise_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x3|0x5",
|
.name = "0x3|0x5",
|
||||||
.A = 0x3, .B = 0x5, .op = 0b101,
|
.A = 0x3, .B = 0x5, .op = 0b101,
|
||||||
.O = 0x7, .zero = false,
|
.O = 0x7, .zero = false,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &bitwise_t, {
|
test_op(&bitwise_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "0x3^0x5",
|
.name = "0x3^0x5",
|
||||||
.A = 0x3, .B = 0x5, .op = 0b110,
|
.A = 0x3, .B = 0x5, .op = 0b110,
|
||||||
.O = 0x6, .zero = false,
|
.O = 0x6, .zero = false,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &bitwise_t, {
|
test_op(&bitwise_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "~0xa5a5a5a5",
|
.name = "~0xa5a5a5a5",
|
||||||
.A = 0xa5a5a5a5, .B = 0x0, .op = 0b111,
|
.A = 0xa5a5a5a5, .B = 0x0, .op = 0b111,
|
||||||
.O = 0x5a5a5a5a, .zero = false,
|
.O = 0x5a5a5a5a, .zero = false,
|
||||||
});
|
});
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &bitwise_t, {
|
test_op(&bitwise_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = "~0xffffffff",
|
.name = "~0xffffffff",
|
||||||
.A = 0xffffffff, .B = 0x0, .op = 0b111,
|
.A = 0xffffffff, .B = 0x0, .op = 0b111,
|
||||||
.O = 0x0, .zero = true,
|
.O = 0x0, .zero = true,
|
||||||
|
@ -177,6 +282,50 @@ int main(int argc, char **argv) {
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
{
|
{
|
||||||
|
Tester mul_t(&alu_t, "mul", true);
|
||||||
|
|
||||||
|
test_op(&mul_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
|
.name = "0x55*0x1",
|
||||||
|
.A = 0x55, .B = 0x1, .op = 0b010,
|
||||||
|
.O = 0x55,
|
||||||
|
.max_cycles = 33,
|
||||||
|
});
|
||||||
|
|
||||||
|
test_op(&mul_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
|
.name = "0x1*0x55",
|
||||||
|
.A = 0x1, .B = 0x55, .op = 0b010,
|
||||||
|
.O = 0x55,
|
||||||
|
.max_cycles = 33,
|
||||||
|
});
|
||||||
|
|
||||||
|
test_op(&mul_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
|
.name = "0x5*0x5",
|
||||||
|
.A = 0x5, .B = 0x5, .op = 0b010,
|
||||||
|
.O = 0x19,
|
||||||
|
.max_cycles = 33,
|
||||||
|
});
|
||||||
|
|
||||||
|
test_op(&mul_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
|
.name = "0x21*0x37",
|
||||||
|
.A = 0x21, .B = 0x37, .op = 0b010,
|
||||||
|
.O = 0x717,
|
||||||
|
.max_cycles = 33,
|
||||||
|
});
|
||||||
|
|
||||||
|
test_op(&mul_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
|
.name = "0x12345678*0x87654321",
|
||||||
|
.A = 0x12345678, .B = 0x87654321, .op = 0b010,
|
||||||
|
.O = 0x9a0cd0570b88d78,
|
||||||
|
.max_cycles = 33,
|
||||||
|
});
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (DO_AUTO) {
|
||||||
Tester auto_t(&alu_t, "auto", true);
|
Tester auto_t(&alu_t, "auto", true);
|
||||||
|
|
||||||
std::default_random_engine eng;
|
std::default_random_engine eng;
|
||||||
|
@ -194,7 +343,8 @@ int main(int argc, char **argv) {
|
||||||
name.append("+");
|
name.append("+");
|
||||||
name.append(fmt_hex(B));
|
name.append(fmt_hex(B));
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &auto_t, {
|
test_op(&auto_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = name,
|
.name = name,
|
||||||
.A = A, .B = B, .op = 0b000,
|
.A = A, .B = B, .op = 0b000,
|
||||||
.O = A + B, .overflow = (A + B < A), .zero = (A + B == 0),
|
.O = A + B, .overflow = (A + B < A), .zero = (A + B == 0),
|
||||||
|
@ -206,7 +356,8 @@ int main(int argc, char **argv) {
|
||||||
name.append("-");
|
name.append("-");
|
||||||
name.append(fmt_hex(B));
|
name.append(fmt_hex(B));
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &auto_t, {
|
test_op(&auto_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = name,
|
.name = name,
|
||||||
.A = A, .B = B, .op = 0b001,
|
.A = A, .B = B, .op = 0b001,
|
||||||
.O = A - B, .overflow = (B > A), .zero = (A == B),
|
.O = A - B, .overflow = (B > A), .zero = (A == B),
|
||||||
|
@ -218,7 +369,8 @@ int main(int argc, char **argv) {
|
||||||
name.append("&");
|
name.append("&");
|
||||||
name.append(fmt_hex(B));
|
name.append(fmt_hex(B));
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &auto_t, {
|
test_op(&auto_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = name,
|
.name = name,
|
||||||
.A = A, .B = B, .op = 0b100,
|
.A = A, .B = B, .op = 0b100,
|
||||||
.O = A & B, .overflow = 0, .zero = ((A & B) == 0),
|
.O = A & B, .overflow = 0, .zero = ((A & B) == 0),
|
||||||
|
@ -230,7 +382,8 @@ int main(int argc, char **argv) {
|
||||||
name.append("|");
|
name.append("|");
|
||||||
name.append(fmt_hex(B));
|
name.append(fmt_hex(B));
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &auto_t, {
|
test_op(&auto_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = name,
|
.name = name,
|
||||||
.A = A, .B = B, .op = 0b101,
|
.A = A, .B = B, .op = 0b101,
|
||||||
.O = A | B, .overflow = 0, .zero = ((A | B) == 0),
|
.O = A | B, .overflow = 0, .zero = ((A | B) == 0),
|
||||||
|
@ -242,7 +395,8 @@ int main(int argc, char **argv) {
|
||||||
name.append("^");
|
name.append("^");
|
||||||
name.append(fmt_hex(B));
|
name.append(fmt_hex(B));
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &auto_t, {
|
test_op(&auto_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = name,
|
.name = name,
|
||||||
.A = A, .B = B, .op = 0b110,
|
.A = A, .B = B, .op = 0b110,
|
||||||
.O = A ^ B, .overflow = 0, .zero = ((A ^ B) == 0),
|
.O = A ^ B, .overflow = 0, .zero = ((A ^ B) == 0),
|
||||||
|
@ -253,7 +407,8 @@ int main(int argc, char **argv) {
|
||||||
name.append("~");
|
name.append("~");
|
||||||
name.append(fmt_hex(A));
|
name.append(fmt_hex(A));
|
||||||
|
|
||||||
test_op(valu, &auto_t, {
|
test_op(&auto_t, {
|
||||||
|
.state = &state,
|
||||||
.name = name,
|
.name = name,
|
||||||
.A = A, .B = B, .op = 0b111,
|
.A = A, .B = B, .op = 0b111,
|
||||||
.O = ~A, .overflow = 0, .zero = (A == 0xffffffff),
|
.O = ~A, .overflow = 0, .zero = (A == 0xffffffff),
|
||||||
|
@ -263,4 +418,9 @@ int main(int argc, char **argv) {
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
#ifdef TRACE
|
||||||
|
state.trace->close();
|
||||||
|
#endif
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
156
src/alu/alu.v
156
src/alu/alu.v
|
@ -12,44 +12,144 @@
|
||||||
111 = not A
|
111 = not A
|
||||||
*/
|
*/
|
||||||
module alu(
|
module alu(
|
||||||
|
input CLK,
|
||||||
|
input EN,
|
||||||
|
output reg RDY,
|
||||||
|
|
||||||
input [31:0] A,
|
input [31:0] A,
|
||||||
input [31:0] B,
|
input [31:0] B,
|
||||||
input [2:0] op,
|
input [2:0] op,
|
||||||
output [31:0] O,
|
output wire [31:0] O_lo,
|
||||||
output Fflow,
|
output wire [31:0] O_hi, // only used for OP_MUL
|
||||||
output Fzero
|
output wire Fflow,
|
||||||
|
output wire Fzero
|
||||||
);
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
// Constants
|
||||||
|
/* verilator lint_off UNUSEDPARAM */
|
||||||
|
localparam OP_ADD = 3'b000;
|
||||||
|
localparam OP_SUB = 3'b001;
|
||||||
|
localparam OP_MUL = 3'b010;
|
||||||
|
localparam OP_AND = 3'b100;
|
||||||
|
localparam OP_OR = 3'b101;
|
||||||
|
localparam OP_XOR = 3'b110;
|
||||||
|
localparam OP_NOT = 3'b111;
|
||||||
|
|
||||||
|
localparam ST_IDLE = 0;
|
||||||
|
localparam ST_MULTIPLY_START = 1;
|
||||||
|
localparam ST_MULTIPLY_END = 32;
|
||||||
|
|
||||||
|
localparam OUT_ADD = 0;
|
||||||
|
localparam OUT_SUB = 1;
|
||||||
|
localparam OUT_BW = 2;
|
||||||
|
localparam OUT_MUL = 3;
|
||||||
|
|
||||||
|
// State
|
||||||
|
|
||||||
|
reg [8:0] state = ST_IDLE;
|
||||||
|
reg [2:0] selected_out;
|
||||||
|
|
||||||
|
assign RDY = state == ST_IDLE;
|
||||||
|
|
||||||
|
reg [31:0] bitwise_out;
|
||||||
|
|
||||||
|
// Multiplication
|
||||||
|
|
||||||
|
reg [63:0] mult_out;
|
||||||
|
reg [31:0] factorA, factorB; // factorA is static, factorB is shifted each cycle
|
||||||
|
|
||||||
|
// Outputs
|
||||||
|
|
||||||
|
assign O_lo =
|
||||||
|
(selected_out == OUT_ADD || selected_out == OUT_SUB) ? adder_out :
|
||||||
|
selected_out == OUT_MUL ? mult_out[31:0] :
|
||||||
|
bitwise_out;
|
||||||
|
|
||||||
|
assign O_hi =
|
||||||
|
selected_out == OUT_MUL ? mult_out[63:32] :
|
||||||
|
0;
|
||||||
|
|
||||||
|
assign Fflow =
|
||||||
|
selected_out == OUT_ADD ? adder_carry_out :
|
||||||
|
selected_out == OUT_SUB ? ~adder_carry_out :
|
||||||
|
selected_out == OUT_MUL ? 0 :
|
||||||
|
0;
|
||||||
|
|
||||||
|
assign Fzero = ~((| O_lo) | (| O_hi));
|
||||||
|
|
||||||
|
// Modules
|
||||||
|
|
||||||
|
reg [31:0] adder_A, adder_B;
|
||||||
|
reg adder_carry_in, adder_carry_out;
|
||||||
wire [31:0] adder_out;
|
wire [31:0] adder_out;
|
||||||
|
|
||||||
begin : addsub
|
carry_select_adder adder(adder_A, adder_B, adder_carry_in, adder_out, adder_carry_out);
|
||||||
wire addition = op == 3'b000;
|
|
||||||
wire subtraction = op == 3'b001;
|
|
||||||
wire [31:0] adder_B = subtraction ? ~B : B;
|
|
||||||
wire adder_cout;
|
|
||||||
|
|
||||||
carry_select_adder a(A, adder_B, subtraction, adder_out, adder_cout);
|
// Clocking
|
||||||
assign Fflow =
|
|
||||||
addition ? adder_cout :
|
always @(posedge CLK) begin
|
||||||
subtraction ? ~adder_cout :
|
reg [63:0] mult_out_tmp;
|
||||||
0;
|
|
||||||
|
if (state == ST_IDLE && EN) begin
|
||||||
|
case (op)
|
||||||
|
OP_ADD: begin
|
||||||
|
adder_A <= A;
|
||||||
|
adder_B <= B;
|
||||||
|
adder_carry_in <= 0;
|
||||||
|
selected_out <= OUT_ADD;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_SUB: begin
|
||||||
|
adder_A <= A;
|
||||||
|
adder_B <= ~B;
|
||||||
|
adder_carry_in <= 1;
|
||||||
|
selected_out <= OUT_SUB;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_MUL: begin
|
||||||
|
factorA <= A;
|
||||||
|
factorB <= B;
|
||||||
|
mult_out <= 0;
|
||||||
|
adder_A <= 0;
|
||||||
|
adder_B <= A;
|
||||||
|
adder_carry_in <= 0;
|
||||||
|
state <= ST_MULTIPLY_START;
|
||||||
|
selected_out <= OUT_MUL;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_AND: begin
|
||||||
|
bitwise_out <= A & B;
|
||||||
|
selected_out <= OUT_BW;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_OR: begin
|
||||||
|
bitwise_out <= A | B;
|
||||||
|
selected_out <= OUT_BW;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_XOR: begin
|
||||||
|
bitwise_out <= A ^ B;
|
||||||
|
selected_out <= OUT_BW;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_NOT: begin
|
||||||
|
bitwise_out <= ~A;
|
||||||
|
selected_out <= OUT_BW;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
default: begin end // TODO: this should be $stop in verilator, no-op in synthesis
|
||||||
|
endcase
|
||||||
end
|
end
|
||||||
|
|
||||||
wire [31:0] mult_out_hi;
|
if (state >= ST_MULTIPLY_START && state <= ST_MULTIPLY_END) begin
|
||||||
wire [31:0] mult_out_lo;
|
mult_out_tmp = {
|
||||||
multiplier mult(A, B, mult_out_hi, mult_out_lo);
|
factorB[0] ? {adder_carry_out, adder_out} : {1'b0, mult_out[63:32]},
|
||||||
|
mult_out[31:1]
|
||||||
|
};
|
||||||
|
mult_out <= mult_out_tmp;
|
||||||
|
|
||||||
assign O =
|
factorB <= {1'b0, factorB[31:1]};
|
||||||
op == 3'b000 ? adder_out :
|
adder_A <= {mult_out_tmp[63:32]};
|
||||||
op == 3'b001 ? adder_out :
|
adder_B <= factorA;
|
||||||
op == 3'b010 ? mult_out_hi :
|
if (state < ST_MULTIPLY_END) begin
|
||||||
op == 3'b011 ? mult_out_lo :
|
state <= state + 1;
|
||||||
op == 3'b100 ? A & B :
|
end else begin
|
||||||
op == 3'b101 ? A | B :
|
state <= ST_IDLE;
|
||||||
op == 3'b110 ? A ^ B :
|
end
|
||||||
op == 3'b111 ? ~A :
|
end
|
||||||
'0;
|
end
|
||||||
|
|
||||||
assign Fzero = ~ (| O);
|
|
||||||
|
|
||||||
endmodule
|
endmodule
|
||||||
|
|
|
@ -1,11 +1,11 @@
|
||||||
// Dummy module for connecting ALU and similar things, without having to break all inputs and outputs into separate pads
|
// Dummy module for connecting ALU and similar things, without having to break all inputs and outputs into separate pads
|
||||||
module topmost(input clk, input [2:0] op, output xor_reduce);
|
module topmost(input clk, input en, input [2:0] op, output xor_reduce);
|
||||||
|
|
||||||
reg [31:0] A;
|
reg [31:0] A;
|
||||||
reg [31:0] B;
|
reg [31:0] B;
|
||||||
wire [31:0] O;
|
wire [63:0] O;
|
||||||
|
|
||||||
alu alu(.A(A), .B(B), .op(op), .O(O), .Fflow(), .Fzero());
|
alu alu(.CLK(clk), .EN(en), .A(A), .B(B), .op(op), .O_lo(O[31:0]), .O_hi(O[63:32]), .Fflow(), .Fzero());
|
||||||
|
|
||||||
always @(posedge clk) begin
|
always @(posedge clk) begin
|
||||||
A <= A + 1;
|
A <= A + 1;
|
||||||
|
|
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