cpu/src/alu_pkg.vhd

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