cpu/src/alu_pkg.vhd

   1 library IEEE;
   2
   3 use IEEE.std_logic_1164.all;
   4 use IEEE.numeric_std.all;
   5
   6 use work.common_pkg.all;
   7 use work.extension_pkg.all;
   8 --use work.core_extension.all;
   9
  10
  11 package alu_pkg is
  12
  13         --type alu_interal_rec is record
  14         --
  15         --end record alu_internal_rec;
  16
  17         type alu_result_rec is record
  18                 result : gp_register_t;
  19                 result_addr : gp_addr_t;
  20
  21                 status : status_rec;
  22
  23                 alu_jump : std_logic;
  24                 brpr : std_logic;
  25                 reg_op : std_logic;
  26                 mem_op  : std_logic;
  27
  28                 mem_en : std_logic;
  29
  30                 hw_op   : std_logic;
  31                 byte_op : std_logic;
  32                 sign_xt : std_logic;
  33
  34         end record alu_result_rec;
  35
  36         constant SHIFT_WIDTH : integer := 5; --log2c(gp_register_t'length);
  37
  38         constant COND_ZERO : condition_t := "0001";
  39         constant COND_NZERO : condition_t := "0000";
  40         constant COND_NOFLO : condition_t := "0010";
  41         constant COND_OFLO : condition_t := "0011";
  42         constant COND_NCARRY : condition_t := "0100";
  43         constant COND_CARRY : condition_t := "0101";
  44         constant COND_NSIGN : condition_t := "0110";
  45         constant COND_SIGN : condition_t := "0111";
  46
  47         constant COND_ABOVE : condition_t := "1000";
  48         constant COND_BEQ: condition_t := "1001";
  49         constant COND_GEQ : condition_t := "1010";
  50         constant COND_LT : condition_t := "1011";
  51         constant COND_GT : condition_t := "1100";
  52
  53         constant COND_LEQ : condition_t := "1101";
  54         constant COND_ALWAYS : condition_t := "1110";
  55         constant COND_NEVER : condition_t := "1111";
  56
  57         function add_oflo(l_neg, r_neg, res_neg : std_logic) return std_logic;
  58         -- function addsub_op(left_operand, right_operand : gp_register_t; sub, addc : std_logic; alu_result : alu_result_rec) return alu_result_rec;
  59
  60         -- function and_op(left_operand, right_operand : gp_register_t; alu_result : alu_result_rec) return alu_result_rec;
  61         -- function or_op(left_operand, right_operand : gp_register_t; alu_result : alu_result_rec) return alu_result_rec;
  62         -- function xor_op(left_operand, right_operand : gp_register_t; alu_result : alu_result_rec) return alu_result_rec;
  63
  64         -- function shift_op(left_operand, right_operand : gp_register_t; arith,sleft,carry : std_logic ;alu_result : alu_result_rec) return alu_result_rec;
  65
  66         component alu is
  67         --some modules won't need all inputs
  68         port(
  69         --System inputs
  70
  71                         clk : in std_logic;
  72                         reset : in std_logic;
  73         --operation inputs
  74                         cond : in condition_t;
  75                         op_group : in op_info_t;
  76                         left_operand : in gp_register_t;
  77                         right_operand : in gp_register_t;
  78
  79             displacement : in gp_register_t;
  80                         prog_cnt    : in instr_addr_t;
  81                         brpr        : in std_logic;
  82
  83                         op_detail : in op_opt_t;
  84
  85                         alu_state  : in alu_result_rec;
  86                         pval            : in gp_register_t;
  87                         pval_nxt   : in gp_register_t;
  88
  89                         alu_result : out alu_result_rec;
  90             addr : out word_t; --memaddr
  91             data : out gp_register_t; --mem data --ureg
  92
  93                         pinc : out std_logic;
  94                         pwr_en : out std_logic;
  95                         paddr : out paddr_t
  96                 );
  97         end component alu;
  98
  99 end package alu_pkg;
 100
 101 package body alu_pkg is
 102
 103         function add_oflo(l_neg, r_neg , res_neg: std_logic) return std_logic is
 104         begin
 105                 return (l_neg AND r_neg AND not(res_neg)) OR
 106                                 (not(l_neg) AND not(r_neg) AND res_neg);
 107         end function add_oflo;
 108
 109         -- function addsub_op(left_operand, right_operand : gp_register_t; sub, addc : std_logic; alu_result : alu_result_rec) return alu_result_rec is
 110                 -- variable alu_result_out : alu_result_rec;
 111                 -- variable complement          : gp_register_t;
 112                 -- variable carry_res           : unsigned(gp_register_t'length downto 0);
 113                 -- variable tmp_right_operand : unsigned(gp_register_t'length downto 0);
 114                 -- variable oflo1, oflo2, l_neg, r_neg : std_logic;
 115                 -- variable addcarry            : unsigned(carry_res'range);
 116         -- begin
 117                 -- alu_result_out := alu_result;
 118
 119                 -- addcarry := (others =>'0');
 120                 -- addcarry(0) := unsigned(alu_result.status.carry and addc);
 121
 122                 -- complement := inc(not(right_operand));
 123                 -- l_neg := left_operand(gp_register_t'high);
 124
 125                 -- carry_res := unsigned('0' & left_operand)+addcarry;
 126                 -- oflo1 := add_oflo(l_neg,'0',std_logic_vector(carry_res)(gp_register_t'high));
 127
 128                 -- if sub = '1' then
 129                         -- tmp_right_operand := unsigned('0' & complement);
 130                 -- else
 131                         -- tmp_right_operand := unsigned('0' & right_operand);
 132                 -- end if;
 133
 134                 -- l_neg := std_logic_vector(carry_res)(gp_register_t'high);
 135                 -- r_neg := std_logic_vector(tmp_right_operand)(gp_register_t'high);
 136
 137                 -- carry_res := carry_res + tmp_right_operand;
 138                 -- oflo2 := add_oflo(l_neg,r_neg,std_logic_vector(carry_res)(gp_register_t'high));
 139
 140
 141                 -- alu_result_out.result := std_logic_vector(carry_res)(gp_register_t'range);
 142                 -- alu_result_out.status.carry := std_logic_vector(carry_res)(carry_res'high);
 143
 144
 145                 -- alu_result_out.status.carry := oflo1 or oflo2;
 146
 147                 -- --sign will be set globally.
 148                 -- --zero will be set globally.
 149
 150                 -- return alu_result_out;
 151         -- end function addsub_op;
 152
 153         -- function and_op(left_operand, right_operand : gp_register_t; alu_result : alu_result_rec) return alu_result_rec is
 154                 -- variable alu_result_out : alu_result_rec;
 155         -- begin
 156                 -- alu_result_out := alu_result;
 157                 -- alu_result_out.result := left_operand and right_operand;
 158         -- end function and_op;
 159
 160         -- function or_op(left_operand, right_operand : gp_register_t; alu_result : alu_result_rec) return alu_result_rec is
 161                 -- variable alu_result_out : alu_result_rec;
 162         -- begin
 163                 -- alu_result_out := alu_result;
 164                 -- alu_result_out.result := left_operand or right_operand;
 165         -- end function or_op;
 166
 167         -- function xor_op(left_operand, right_operand : gp_register_t; alu_result : alu_result_rec) return alu_result_rec is
 168                 -- variable alu_result_out : alu_result_rec;
 169         -- begin
 170                 -- alu_result_out := alu_result;
 171                 -- alu_result_out.result := left_operand xor right_operand;
 172         -- end function xor_op;
 173
 174         -- function shift_op(left_operand, right_operand : gp_register_t; arith,rs,carry : std_logic ;alu_result : alu_result_rec) return alu_result_rec is
 175                 -- variable alu_result_out : alu_result_rec;
 176                 -- variable tmp_shift : bit_vector(gp_register_t'length+1 downto 0);
 177                 -- variable tmp_sb : std_logic;
 178         -- begin
 179                 -- alu_result_out := alu_result;
 180
 181                 -- if rs = '1' then
 182                         -- tmp_sb := (carry and alu_result.status.carry and not(arith)) or (arith and left_operand(gp_register_t'high));
 183                         -- tmp_shift := bit_vector(tmp_sb & left_operand & alu_result.status.carry);
 184                         -- tmp_shift := tmp_shift sra to_integer(unsigned(right_operand)(SHIFT_WIDTH-1 downto 0));
 185
 186                         -- alu_result_out.status.carry := std_logic_vector(tmp_shift)(0);
 187                 -- else
 188                         -- tmp_sb := (carry and alu_result.status.carry and not(arith));
 189                         -- tmp_shift :=  bit_vector(alu_result.status.carry & left_operand & tmp_sb);
 190                         -- tmp_shift :=  tmp_shift sla to_integer(unsigned(right_operand)(SHIFT_WIDTH-1 downto 0));
 191
 192                         -- alu_result_out.status.carry := std_logic_vector(tmp_shift)(tmp_shift'high);
 193                 -- end if;
 194
 195                 -- alu_result_out.result := std_logic_vector(tmp_shift)(gp_register_t'length downto 1);
 196
 197         -- end function shift_op;
 198
 199 end package body alu_pkg;