cpu/src/decoder_b.vhd

   1 --   `Deep Thought', a softcore CPU implemented on a FPGA
   2 --
   3 --  Copyright (C) 2010 Markus Hofstaetter <markus.manrow@gmx.at>
   4 --  Copyright (C) 2010 Martin Perner <e0725782@student.tuwien.ac.at>
   5 --  Copyright (C) 2010 Stefan Rebernig <stefan.rebernig@gmail.com>
   6 --  Copyright (C) 2010 Manfred Schwarz <e0725898@student.tuwien.ac.at>
   7 --  Copyright (C) 2010 Bernhard Urban <lewurm@gmail.com>
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  10 --  it under the terms of the GNU General Public License as published by
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  18 --
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  20 --  along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  21
  22 library IEEE;
  23 use IEEE.std_logic_1164.all;
  24 use IEEE.numeric_std.all;
  25
  26 use work.mem_pkg.all;
  27 use work.core_pkg.all;
  28 use work.common_pkg.all;
  29
  30
  31 architecture behav_d of decoder is
  32
  33 begin
  34
  35 split_instr: process(instruction)
  36
  37 variable instr_s : instruction_rec;
  38
  39 begin
  40
  41         instr_s.predicates := instruction(31 downto 28);
  42         instr_s.opcode := instruction(27 downto 27-OPCODE_WIDTH+1);
  43
  44         instr_s.reg_dest_addr := (others => '0');
  45         instr_s.reg_src1_addr := (others => '0');
  46         instr_s.reg_src2_addr := (others => '0');
  47
  48         instr_s.immediate := (others => '0');
  49         instr_s.jmptype := (others => '0');
  50         instr_s.high_low := '0';
  51         instr_s.fill := '0';
  52         instr_s.signext := '0';
  53         instr_s.bp := '0';
  54         instr_s.op_detail := (others => '0');
  55         instr_s.displacement := (others => '0');
  56         instr_s.int := '0';
  57
  58         instr_s.op_group := ADDSUB_OP;
  59
  60 --      type op_info_t is (ADDSUB_OP,AND_OP,OR_OP, XOR_OP,SHIFT_OP);
  61
  62 --  special function register operations missing
  63
  64 --      case opcode is
  65 --=================================================================
  66         if (instr_s.opcode = "00000" or instr_s.opcode = "00001" or instr_s.opcode = "00100" or instr_s.opcode = "00110" or instr_s.opcode = "01000") then
  67 --      when "00000" =>         --add
  68                 instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
  69                 instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
  70                 instr_s.reg_src2_addr := instruction(14 downto 11);
  71
  72                 instr_s.op_detail(NO_PSW_OPT) := instruction(0); --instr_s.sreg_update;
  73
  74                 instr_s.op_group := ADDSUB_OP;
  75
  76                 if (instr_s.opcode = "00000") then
  77                         instr_s.op_detail(CARRY_OPT) := instruction(1); --instr_s.carry;
  78                 end if;
  79
  80                 if (instr_s.opcode = "00001") then
  81                         instr_s.op_detail(SUB_OPT) := '1';
  82                         instr_s.op_detail(CARRY_OPT) := instruction(1); --instr_s.carry;
  83                 end if;
  84
  85                 if (instr_s.opcode = "00100") then
  86                         instr_s.op_group := AND_OP;
  87                 end if;
  88
  89                 if (instr_s.opcode = "00110") then
  90                         instr_s.op_group := OR_OP;
  91                 end if;
  92
  93                 if (instr_s.opcode = "01000") then
  94                         instr_s.op_group := XOR_OP;
  95                 end if;
  96
  97         end if;
  98 --      when "00001" =>         --sub
  99 --              instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 100 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
 101 --              instr_s.reg_src2_addr := instruction(14 downto 11);
 102 --              instr_s.carry := instruction(1);
 103 --              instr_s.sreg_update := instruction(0);
 104
 105
 106 --      when "00100" =>         --and
 107 --              instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 108 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
 109 --              instr_s.reg_src2_addr := instruction(14 downto 11);
 110 --              instr_s.carry := instruction(1);                        --negligible
 111 --              instr_s.sreg_update := instruction(0);
 112
 113 --      when "00110" =>         --or
 114 --              instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 115 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
 116 --              instr_s.reg_src2_addr := instruction(14 downto 11);
 117 --              instr_s.carry := instruction(1);                        --negligible
 118 --              instr_s.sreg_update := instruction(0);
 119
 120 --      when "01000" =>         --xor
 121 --              instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 122 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
 123 --              instr_s.reg_src2_addr := instruction(14 downto 11);
 124 --              instr_s.carry := instruction(1);                        --negligible
 125 --              instr_s.sreg_update := instruction(0);
 126
 127 --=================================================================
 128         if (instr_s.opcode = "00010" or instr_s.opcode = "00011") then
 129
 130 --      when "00010" =>         --addi
 131                 instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 132                 instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
 133                 instr_s.immediate(11 downto 0) := instruction(14 downto 3);
 134                 instr_s.signext := instruction(2);
 135
 136                 if (instr_s.signext = '1' and instr_s.immediate(11) = '1') then
 137                         instr_s.immediate(31 downto 12) := (others => '1');
 138                 end if;
 139
 140                 instr_s.op_detail(IMM_OPT) := '1';
 141                 instr_s.op_detail(CARRY_OPT) := instruction(1);
 142                 instr_s.op_detail(NO_PSW_OPT) := instruction(0);
 143
 144                 instr_s.op_group := ADDSUB_OP;
 145
 146                 if (instr_s.opcode = "00011") then
 147                         instr_s.op_detail(SUB_OPT) := '1';
 148                 end if;
 149         end if;
 150
 151 --      when "00011" =>         --subi
 152 --              instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 153 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
 154 --              instr_s.immediate(11 downto 0) := instruction(14 downto 3);
 155 --              instr_s.signext := instruction(2);
 156 --              instr_s.carry := instruction(1);
 157 --              instr_s.sreg_update := instruction(0);
 158
 159
 160
 161
 162 --=================================================================
 163         if (instr_s.opcode = "00101" or instr_s.opcode = "00111" or instr_s.opcode = "01001") then
 164
 165 --      when "00101" =>         --andx
 166                 instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 167                 instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);
 168                 instr_s.immediate(15 downto 0) := instruction(18 downto 3);
 169                 instr_s.high_low := instruction(2);
 170                 instr_s.fill := instruction(1);
 171
 172                 if (instr_s.fill = '1') then
 173                         instr_s.immediate(31 downto 16) := (others => '1');
 174                 end if;
 175
 176                 instr_s.op_detail(IMM_OPT) := '1';
 177                 instr_s.op_detail(NO_PSW_OPT) := instruction(0);
 178
 179                 if (instr_s.opcode = "00101") then
 180                         instr_s.op_group := AND_OP;
 181                 end if;
 182
 183                 if (instr_s.opcode = "00111") then
 184                         instr_s.op_group := OR_OP;
 185                 end if;
 186
 187                 if (instr_s.opcode = "01001") then
 188                         instr_s.op_group := XOR_OP;
 189                 end if;
 190         end if;
 191
 192 --      when "00111" =>         --orx
 193 --              instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 194 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);
 195 --              instr_s.immediate(15 downto 0) := instruction(18 downto 3);
 196 --              instr_s.high_low := instruction(2);
 197 --              instr_s.fill := instruction(1);
 198 --              instr_s.sreg_update := instruction(0);
 199 --
 200 --      when "01001" =>         --xorx
 201 --              instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 202 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);
 203 --              instr_s.immediate(15 downto 0) := instruction(18 downto 3);
 204 --              instr_s.high_low := instruction(2);
 205 --              instr_s.fill := instruction(1);
 206 --              instr_s.sreg_update := instruction(0);
 207 --
 208 --=================================================================
 209         if (instr_s.opcode = "01010") then
 210
 211 --      when "01010" =>         --shift
 212                 instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 213                 instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
 214                 instr_s.immediate(4 downto 0) := instruction(14 downto 10);
 215
 216                 instr_s.op_detail(RIGHT_OPT) := instruction(3);
 217                 instr_s.op_detail(NO_PSW_OPT) := instruction(0);
 218                 instr_s.op_detail(CARRY_OPT) := instruction(1);
 219                 instr_s.op_detail(ARITH_OPT) := instruction(2);
 220                 instr_s.op_detail(IMM_OPT) := '1';
 221
 222                 instr_s.op_group := SHIFT_OP;
 223         end if;
 224
 225 --      when "01011" =>         --stackop
 226 --              instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 227 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);
 228 --              instr_s.immediate(1 downto 0) := instruction(18 downto 17);
 229 --              instr_s.left_right := instruction(3);
 230 --              instr_s.arith := instruction(2);
 231 --              instr_s.carry := instruction(1);
 232 --              instr_s.sreg_update := instruction(0);
 233
 234 --=================================================================
 235         if (instr_s.opcode = "01110" or instr_s.opcode = "10000" or instr_s.opcode = "10010" or instr_s.opcode = "11010") then
 236
 237 --      when "01110" =>         --ldw
 238                 instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 239                 instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
 240                 instr_s.signext := instruction(2);
 241                 instr_s.high_low := instruction(1);
 242                 instr_s.displacement(14 downto 0) := instruction(14 downto 0);
 243
 244                 instr_s.op_group := LDST_OP;
 245                 instr_s.op_detail(NO_PSW_OPT) := '1';
 246
 247                 if (instr_s.displacement(14) = '1') then
 248                         instr_s.displacement(31 downto 15) := (others => '1');
 249                 end if;
 250
 251                 if (instr_s.opcode = "11010") then              --ldi
 252                         instr_s.reg_src1_addr := instr_s.reg_dest_addr;
 253                         instr_s.op_detail(LOW_HIGH_OPT) := instr_s.high_low;
 254                         instr_s.op_detail(LDI_REPLACE_OPT) := instr_s.signext;
 255
 256                         if (instr_s.high_low = '1') then
 257                                 instr_s.immediate(31 downto 16) := instruction(18 downto 3);
 258                                 instr_s.immediate(15 downto 0) := (others => '0');
 259                         else
 260                                 instr_s.immediate(15 downto 0) := instruction(18 downto 3);
 261                                 instr_s.immediate(31 downto 16) := (others => '0');
 262                         end if;
 263
 264                         if (instr_s.signext = '1' and instr_s.immediate(11) = '1') then
 265                                 instr_s.immediate(31 downto 16) := (others => '1');
 266                         end if;
 267
 268                         instr_s.op_detail(IMM_OPT) := '1';
 269                 end if;
 270
 271                 if (instr_s.opcode = "10000") then
 272                         instr_s.op_detail(HWORD_OPT) := '1';
 273                 end if;
 274
 275                 if (instr_s.opcode = "10010") then
 276                         instr_s.op_detail(BYTE_OPT) := '1';
 277                 end if;
 278         end if;
 279
 280 --      when "10000" =>         --ldh
 281 --              instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 282 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
 283 --              instr_s.displacement(14 downto 0) := instruction(14 downto 0);
 284 --              instr_s.immediate(15 downto 0) := instruction(18 downto 3);
 285 --              instr_s.signext := instruction(2);
 286 --              instr_s.high_low := instruction(1);
 287
 288 --      when "10010" =>         --ldb
 289 --              instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 290 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
 291 --              instr_s.displacement(14 downto 0) := instruction(14 downto 0);
 292 --              instr_s.immediate(15 downto 0) := instruction(18 downto 3);
 293 --              instr_s.signext := instruction(2);
 294 --              instr_s.high_low := instruction(1);
 295
 296 --      when "11010" =>         --ldi
 297 --              instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 298 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);
 299 --              instr_s.displacement(14 downto 0) := instruction(14 downto 0);
 300 --              instr_s.immediate(15 downto 0) := instruction(18 downto 3);
 301 --              instr_s.signext := instruction(2);
 302 --              instr_s.high_low := instruction(1);
 303
 304 --=================================================================
 305         if (instr_s.opcode = "01111" or instr_s.opcode = "10001" or instr_s.opcode = "10011" or instr_s.opcode = "10101") then
 306
 307         --when "01111" =>               --stw
 308                 instr_s.reg_src2_addr := instruction(22 downto 19);     -- register value
 309                 instr_s.reg_src1_addr := instruction(18 downto 15);     -- mem addr
 310                 instr_s.displacement(14 downto 0) := instruction(14 downto 0);
 311                 instr_s.op_detail(NO_PSW_OPT) := '1';
 312                 instr_s.op_detail(ST_OPT) := '1';
 313                 instr_s.op_group := LDST_OP;
 314
 315                 if (instr_s.displacement(14) = '1') then
 316                         instr_s.displacement(31 downto 15) := (others => '1');
 317                 end if;
 318
 319                 if (instr_s.opcode = "10001") then
 320                         instr_s.op_detail(HWORD_OPT) := '1';
 321                 end if;
 322
 323                 if (instr_s.opcode = "10011") then
 324                         instr_s.op_detail(BYTE_OPT) := '1';
 325                 end if;
 326
 327         end if;
 328
 329         -- ===============================================================
 330
 331         if (instr_s.opcode = "01011") then      -- stack op
 332                 instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);
 333                 instr_s.reg_dest_addr := instruction(22 downto 19);
 334                 instr_s.op_group := STACK_OP;
 335                 instr_s.op_detail(NO_PSW_OPT) := '1';
 336                 instr_s.op_detail(PWREN_OPT) := '1';
 337
 338                 case instruction(18 downto 17) is
 339                         when "00" => --pop
 340                                 instr_s.op_detail(PUSH_OPT) := '0';
 341
 342                         when "01" => --disc
 343                                 instr_s.op_detail(PUSH_OPT) := '0';
 344                                 instr_s.op_detail(NO_DST_OPT) := '1';
 345
 346                         when "10" => --fetch
 347                                 instr_s.op_detail(PUSH_OPT) := '0';
 348                                 instr_s.op_detail(PWREN_OPT) := '0';
 349
 350                         when "11" => --push
 351                                 instr_s.op_detail(PUSH_OPT) := '1';
 352
 353                         when others => null;
 354                 end case;
 355
 356         end if;
 357
 358 --      when "10001" =>         --sth
 359 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);
 360 --              instr_s.reg_src2_addr := instruction(18 downto 15);
 361 --              instr_s.displacement(14 downto 0) := instruction(14 downto 0);
 362
 363 --      when "10011" =>         --stb
 364 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);
 365 --              instr_s.reg_src2_addr := instruction(18 downto 15);
 366 --              instr_s.displacement(14 downto 0) := instruction(14 downto 0);
 367
 368 --      when "10101" =>         --stx
 369 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);
 370 --              instr_s.reg_src2_addr := instruction(18 downto 15);
 371 --              instr_s.displacement(14 downto 0) := instruction(14 downto 0);
 372
 373 --=================================================================
 374         if (instr_s.opcode = "10110" or instr_s.opcode = "10111") then
 375
 376 --      when "10110" =>         --jumpop
 377                 instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);     -- register value
 378                 instr_s.immediate(15 downto 0) := instruction(22 downto 7);
 379                 instr_s.bp := instruction(1);
 380                 instr_s.jmptype := instruction(3 downto 2);
 381                 instr_s.signext := instruction(0);
 382                 instr_s.op_detail(NO_PSW_OPT) := '1';
 383                 instr_s.op_detail(DIRECT_JUMP_OPT) := instruction(4);
 384                 instr_s.int := instruction(4);
 385
 386                 if (instr_s.opcode = "10110") then
 387                         instr_s.op_detail(IMM_OPT) := '1';
 388                 else
 389                         instr_s.immediate(31 downto 0) := (others => '0');
 390                         instr_s.op_detail(JMP_REG_OPT) := '1';
 391                         instr_s.op_detail(IMM_OPT) := '1';
 392                 end if;
 393
 394                 if (instr_s.signext = '1' and instr_s.immediate(15) = '1') then
 395                         instr_s.immediate(31 downto 16) := (others => '1');
 396                 end if;
 397
 398                 case instr_s.jmptype is
 399                         when "00" =>
 400                                 instr_s.op_group := JMP_OP;
 401
 402                         when "01" =>
 403                                 instr_s.op_group := JMP_ST_OP;
 404
 405                         when "10" =>
 406                                 instr_s.op_group := JMP_ST_OP;
 407                                 instr_s.op_detail(RET_OPT) := '1';
 408
 409                         when "11" =>
 410                                 instr_s.op_group := JMP_OP;
 411                                 instr_s.op_detail(JMP_REG_OPT) := '1';
 412                                 instr_s.op_detail(IMM_OPT) := '1';
 413                                 instr_s.immediate := (others => '0');
 414
 415                         when others => null;
 416                 end case;
 417
 418 --              if (instr_s.jmptype = "00") then
 419 ----                    instr_s.op_detail(SUB_OPT) := not instr_s.opcode(0);
 420 --                      instr_s.op_group := JMP_OP;
 421 --              end if;
 422 --
 423 --              if (instr_s.jmptype = "01") then
 424 --                      instr_s.op_group := JMP_ST_OP;
 425 --              --      instr_s.op_detail(RET_OPT) := '0';
 426 --              end if;
 427 --
 428 --              if (instr_s.jmptype = "10") then
 429 --                      instr_s.op_group := JMP_ST_OP;
 430 --                      instr_s.op_detail(RET_OPT) := '1';
 431 --              end if;
 432 --
 433 --              if (instr_s.jmptype = "11") then
 434 --                      instr_s.op_group := JMP_OP;
 435 --                      instr_s.op_detail(JMP_REG_OPT) := '1';
 436 --                      instr_s.op_detail(IMM_OPT) := '1';
 437 --                      instr_s.immediate := (others => '0');
 438 --              end if;
 439
 440                 if (instr_s.predicates = "1111" or instr_s.jmptype = "10") then
 441                         instr_s.bp := '0';
 442                 end if;
 443         end if;
 444
 445 --      when "10111" =>         --brreg
 446 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);     -- register value
 447 --              instr_s.immediate(15 downto 0) := instruction(22 downto 7);     -- negligible
 448 --              instr_s.bp := instruction(1);                           -- negligible
 449 --              instr_s.jmptype := instruction(3 downto 2);             -- only lsb
 450 --              instr_s.signext := instruction(0);                      -- negligible
 451
 452 --=================================================================
 453         if (instr_s.opcode = "11000" or instr_s.opcode = "11001") then
 454
 455 --      when "11000" =>         --cmp
 456                 instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);
 457                 instr_s.reg_src2_addr := instruction(18 downto 15);
 458
 459                 if (instr_s.opcode = "11001") then
 460                         instr_s.immediate(15 downto 0) := instruction(18 downto 3);
 461                         instr_s.signext := instruction(2);
 462
 463                         if (instr_s.signext = '1' and instr_s.immediate(15) = '1') then
 464                                 instr_s.immediate(31 downto 16) := (others => '1');
 465                         end if;
 466
 467                         instr_s.op_detail(IMM_OPT) := '1';
 468                 end if;
 469                 instr_s.op_detail(NO_DST_OPT) := '1';
 470                 instr_s.op_group := ADDSUB_OP;
 471                 instr_s.op_detail(SUB_OPT) := '1';
 472
 473         end if;
 474
 475 --      when "11001" =>         --cmpi
 476 --              instr_s.reg_src1_addr := instruction(22 downto 19);
 477 --              instr_s.reg_src2_addr := instruction(18 downto 15);
 478 --              instr_s.immediate(15 downto 0) := instruction(18 downto 3);
 479
 480 --      when others => null;
 481
 482 --      end case;
 483
 484
 485
 486         instr_spl <= instr_s;
 487
 488 end process;
 489
 490 end behav_d;
 491
 492
 493 --===========================================================================
 494
 495