use new ready/valid to ALU in CompLDST
[soc.git] / src / experiment / compldst.py
index f3bd86a36c025f85a29beb4f287fa1e4efb9b05a..8b66da4b37e9eaea396b8a256e68cd98bbfe9e19 100644 (file)
@@ -52,6 +52,7 @@ class LDSTCompUnit(Elaboratable):
         * :go_die_i:   resets the unit back to "wait for issue"
     """
     def __init__(self, rwid, opwid, alu, mem):
+        self.opwid = opwid
         self.rwid = rwid
         self.alu = alu
         self.mem = mem
@@ -82,6 +83,9 @@ class LDSTCompUnit(Elaboratable):
 
     def elaborate(self, platform):
         m = Module()
+        comb = m.d.comb
+        sync = m.d.sync
+
         m.submodules.alu = self.alu
         m.submodules.src_l = src_l = SRLatch(sync=False)
         m.submodules.opc_l = opc_l = SRLatch(sync=False)
@@ -95,13 +99,13 @@ class LDSTCompUnit(Elaboratable):
         reset_a = Signal(reset_less=True)
         reset_s = Signal(reset_less=True)
         reset_r = Signal(reset_less=True)
-        m.d.comb += reset_b.eq(self.go_st_i | self.go_wr_i | self.go_die_i)
-        m.d.comb += reset_w.eq(self.go_wr_i | self.go_die_i)
-        m.d.comb += reset_s.eq(self.go_st_i | self.go_die_i)
-        m.d.comb += reset_r.eq(self.go_rd_i | self.go_die_i)
+        comb += reset_b.eq(self.go_st_i | self.go_wr_i | self.go_die_i)
+        comb += reset_w.eq(self.go_wr_i | self.go_die_i)
+        comb += reset_s.eq(self.go_st_i | self.go_die_i)
+        comb += reset_r.eq(self.go_rd_i | self.go_die_i)
         # this one is slightly different, issue_alu_i selects go_wr_i)
-        a_sel = Mux(self.isalu_i, self.go_wr_i, self.go_ad_i )
-        m.d.comb += reset_a.eq(a_sel| self.go_die_i)
+        a_sel = Mux(self.isalu_i, self.go_wr_i, self.go_ad_i)
+        comb += reset_a.eq(a_sel| self.go_die_i)
 
         # opcode decode
         op_alu = Signal(reset_less=True)
@@ -110,93 +114,101 @@ class LDSTCompUnit(Elaboratable):
         op_ldst = Signal(reset_less=True)
         op_is_imm = Signal(reset_less=True)
 
-        m.d.comb += op_alu.eq(self.oper_i[0])
-        m.d.comb += op_is_imm.eq(self.oper_i[1])
-        m.d.comb += op_is_ld.eq(self.oper_i[2])
-        m.d.comb += op_is_st.eq(self.oper_i[3])
-        m.d.comb += op_ldst.eq(op_is_ld | op_is_st)
-        m.d.comb += self.load_mem_o.eq(op_is_ld & self.go_ad_i)
-        m.d.comb += self.stwd_mem_o.eq(op_is_st & self.go_st_i)
-
         # select immediate or src2 reg to add
         src2_or_imm = Signal(self.rwid, reset_less=True)
         src_sel = Signal(reset_less=True)
 
         # issue can be either issue_i or issue_alu_i (isalu_i)
         issue_i = Signal(reset_less=True)
-        m.d.comb += issue_i.eq(self.issue_i | self.isalu_i)
+        comb += issue_i.eq(self.issue_i | self.isalu_i)
 
         # Ripple-down the latches, each one set cancels the previous.
         # NOTE: use sync to stop combinatorial loops.
 
         # opcode latch - inverted so that busy resets to 0
-        m.d.sync += opc_l.s.eq(issue_i) # XXX NOTE: INVERTED FROM book!
-        m.d.sync += opc_l.r.eq(reset_b) # XXX NOTE: INVERTED FROM book!
+        sync += opc_l.s.eq(issue_i) # XXX NOTE: INVERTED FROM book!
+        sync += opc_l.r.eq(reset_b) # XXX NOTE: INVERTED FROM book!
 
         # src operand latch
-        m.d.sync += src_l.s.eq(issue_i)
-        m.d.sync += src_l.r.eq(reset_r)
+        sync += src_l.s.eq(issue_i)
+        sync += src_l.r.eq(reset_r)
 
         # addr latch
-        m.d.sync += adr_l.s.eq(self.go_rd_i)
-        m.d.sync += adr_l.r.eq(reset_a)
+        sync += adr_l.s.eq(self.go_rd_i)
+        sync += adr_l.r.eq(reset_a)
 
         # dest operand latch
-        m.d.sync += req_l.s.eq(self.go_ad_i)
-        m.d.sync += req_l.r.eq(reset_w)
+        sync += req_l.s.eq(self.go_ad_i)
+        sync += req_l.r.eq(reset_w)
 
         # store latch
-        m.d.sync += sto_l.s.eq(self.go_ad_i)
-        m.d.sync += sto_l.r.eq(reset_s)
+        sync += sto_l.s.eq(self.go_ad_i)
+        sync += sto_l.r.eq(reset_s)
 
-        # outputs
+        # outputs: busy and release signals
         busy_o = self.busy_o
-        m.d.comb += self.busy_o.eq(opc_l.q) # busy out
-        m.d.comb += self.rd_rel_o.eq(src_l.q & busy_o) # src1/src2 req rel
-        m.d.comb += self.adr_rel_o.eq(adr_l.q & ~op_ldst & busy_o)
-        m.d.comb += self.sto_rel_o.eq(sto_l.q & busy_o & self.shadown_i)
+        comb += self.busy_o.eq(opc_l.q) # busy out
+        comb += self.rd_rel_o.eq(src_l.q & busy_o) # src1/src2 req rel
+        comb += self.sto_rel_o.eq(sto_l.q & busy_o & self.shadown_i)
 
         # request release enabled based on if op is a LD/ST or a plain ALU
-        # if op is a LD/ST, req_rel activates from the *address* latch
-        # if op is ADD/SUB, req_rel activates from the *dest* latch
+        # if op is an ADD/SUB or a LD, req_rel activates.
         wr_q = Signal(reset_less=True)
-        m.d.comb += wr_q.eq(Mux(op_ldst, adr_l.q, req_l.q))
-
-        # the counter is just for demo purposes, to get the ALUs of different
-        # types to take arbitrary completion times
-        with m.If(opc_l.qn):
-            m.d.sync += self.counter.eq(0) # reset counter when not busy
-        with m.If(req_l.qn & busy_o & (self.counter == 0)):
-            with m.If(self.oper_i == 2): # MUL, to take 5 instructions
-                m.d.sync += self.counter.eq(5)
-            with m.Elif(self.oper_i == 3): # SHIFT to take 7
-                m.d.sync += self.counter.eq(7)
-            with m.Else(): # ADD/SUB to take 2
-                m.d.sync += self.counter.eq(2)
-        with m.If(self.counter > 1):
-            m.d.sync += self.counter.eq(self.counter - 1)
-        with m.If(self.counter == 1):
+        comb += wr_q.eq(req_l.q & (~op_ldst | op_is_ld))
+
+        alulatch = Signal(reset_less=True)
+        comb += alulatch.eq((op_ldst & self.adr_rel_o) | \
+                            (~op_ldst & self.req_rel_o))
+
+        # only proceed if ALU says its output is valid
+        with m.If(self.alu.n_valid_o):
+
             # write req release out.  waits until shadow is dropped.
-            m.d.comb += self.req_rel_o.eq(wr_q & busy_o & self.shadown_i)
+            comb += self.req_rel_o.eq(wr_q & busy_o & self.shadown_i)
+            # address release only happens on LD/ST, and is shadowed.
+            comb += self.adr_rel_o.eq(adr_l.q & op_ldst & busy_o & \
+                                      self.shadown_i)
+            # when output latch is ready, and ALU says ready, accept ALU output
+            with m.If(self.req_rel_o):
+                m.d.comb += self.alu.n_ready_i.eq(1) # tells ALU "thanks got it"
 
         # select immediate if opcode says so.  however also change the latch
         # to trigger *from* the opcode latch instead.
-        m.d.comb += src_sel.eq(Mux(op_is_imm, opc_l.qn, src_l.q))
-        m.d.comb += src2_or_imm.eq(Mux(op_is_imm, self.imm_i, self.src2_i))
+        comb += src_sel.eq(Mux(op_is_imm, opc_l.qn, src_l.q))
+        comb += src2_or_imm.eq(Mux(op_is_imm, self.imm_i, self.src2_i))
 
         # create a latch/register for src1/src2 (include immediate select)
         latchregister(m, self.src1_i, self.alu.a, src_l.q)
         latchregister(m, src2_or_imm, self.alu.b, src_sel)
 
         # create a latch/register for the operand
-        latchregister(m, Cat(op_alu, 0), self.alu.op, self.issue_i)
+        oper_r = Signal(self.opwid, reset_less=True) # Dest register
+        latchregister(m, self.oper_i, oper_r, self.issue_i)
+        alu_op = Cat(op_alu, 0, op_is_imm) # using alu_hier, here.
+        comb += self.alu.op.eq(alu_op)
 
         # and one for the output from the ALU
         data_r = Signal(self.rwid, reset_less=True) # Dest register
-        latchregister(m, self.alu.o, data_r, req_l.q)
-
-        with m.If(self.go_wr_i):
-            m.d.comb += self.data_o.eq(data_r)
+        latchregister(m, self.alu.o, data_r, alulatch)
+
+        # decode bits of operand (latched)
+        comb += op_alu.eq(oper_r[0])
+        comb += op_is_imm.eq(oper_r[1])
+        comb += op_is_ld.eq(oper_r[2])
+        comb += op_is_st.eq(oper_r[3])
+        comb += op_ldst.eq(op_is_ld | op_is_st)
+        comb += self.load_mem_o.eq(op_is_ld & self.go_ad_i)
+        comb += self.stwd_mem_o.eq(op_is_st & self.go_st_i)
+
+        # on a go_read, tell the ALU we're accepting data.
+        # NOTE: this spells TROUBLE if the ALU isn't ready!
+        # go_read is only valid for one clock!
+        with m.If(self.go_rd_i):                     # src operands ready, GO!
+            with m.If(~self.alu.p_ready_o):          # no ACK yet
+                m.d.comb += self.alu.p_valid_i.eq(1) # so indicate valid
+
+        # put the register directly onto the output
+        comb += self.data_o.eq(data_r)
 
         return m