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