dependence cell to use arrays
[soc.git] / src / scoreboard / dependence_cell.py
index a4cb8a2d27d9d7ee0ec1a8d28bde1f8ac4103031..6e60d1d8d5a0412f53ff7576de0522f715a4f4e7 100644 (file)
 from nmigen.compat.sim import run_simulation
 from nmigen.cli import verilog, rtlil
-from nmigen import Module, Signal, Elaboratable, Array
+from nmigen import Module, Signal, Elaboratable, Array, Cat, Repl
 from nmutil.latch import SRLatch
 
 
-class DependenceCell(Elaboratable):
+class DependencyRow(Elaboratable):
     """ implements 11.4.7 mitch alsup dependence cell, p27
+        adjusted to be clock-sync'd on rising edge only.
+        mitch design (as does 6600) requires alternating rising/falling clock
+
+        * SET mode: issue_i HI, go_i LO, reg_i HI - register is captured
+                                                  - FWD is DISABLED (~issue_i)
+                                                  - RSEL DISABLED
+        * QRY mode: issue_i LO, go_i LO, haz_i HI - FWD is ASSERTED
+                                         reg_i HI - ignored
+        * GO mode : issue_i LO, go_i HI           - RSEL is ASSERTED
+                                         haz_i HI - FWD still can be ASSERTED
+
+        FWD assertion (hazard protection) therefore still occurs in both
+        Query and Go Modes, for this cycle, due to the cq register
+
+        GO mode works for one cycle, again due to the cq register capturing
+        the latch output.  Without the cq register, the SR Latch (which is
+        asynchronous) would be reset at the exact moment that GO was requested,
+        and the RSEL would be garbage.
     """
-    def __init__(self):
+    def __init__(self, n_reg, n_src):
+        self.n_reg = n_reg
+        self.n_src = n_src
+        # arrays
+        src = []
+        rsel = []
+        fwd = []
+        for i in range(n_src):
+            j = i + 1 # name numbering to match src1/src2
+            src.append(Signal(n_reg, name="src%d" % j, reset_less=True))
+            rsel.append(Signal(n_reg, name="src%d_rsel_o" % j, reset_less=True))
+            fwd.append(Signal(n_reg, name="src%d_fwd_o" % j, reset_less=True))
+
         # inputs
-        self.dest_i = Signal(reset_less=True)     # Dest in (top)
-        self.src1_i = Signal(reset_less=True)     # oper1 in (top)
-        self.src2_i = Signal(reset_less=True)     # oper2 in (top)
+        self.dest_i = Signal(n_reg, reset_less=True)     # Dest in (top)
+        self.src_i = Array(src)     # operands in (top)
         self.issue_i = Signal(reset_less=True)    # Issue in (top)
 
+        self.rd_pend_i = Signal(n_reg, reset_less=True) # Read pend in (top)
+        self.wr_pend_i = Signal(n_reg, reset_less=True) # Write pend in (top)
+        self.v_rd_rsel_o = Signal(n_reg, reset_less=True) # Read pend out (bot)
+        self.v_wr_rsel_o = Signal(n_reg, reset_less=True) # Write pend out (bot)
+
         self.go_wr_i = Signal(reset_less=True) # Go Write in (left)
         self.go_rd_i = Signal(reset_less=True)  # Go Read in (left)
+        self.go_die_i = Signal(reset_less=True) # Go Die in (left)
 
         # for Register File Select Lines (vertical)
-        self.dest_rsel_o = Signal(reset_less=True)  # dest reg sel (bottom)
-        self.src1_rsel_o = Signal(reset_less=True)  # src1 reg sel (bottom)
-        self.src2_rsel_o = Signal(reset_less=True)  # src2 reg sel (bottom)
+        self.dest_rsel_o = Signal(n_reg, reset_less=True)  # dest reg sel (bot)
+        self.src_rsel_o = Array(rsel)   # src reg sel (bot)
+        self.src2_rsel_o = Signal(n_reg, reset_less=True)  # src2 reg sel (bot)
 
         # for Function Unit "forward progress" (horizontal)
-        self.dest_fwd_o = Signal(reset_less=True)   # dest FU fw (right)
-        self.src1_fwd_o = Signal(reset_less=True)   # src1 FU fw (right)
-        self.src2_fwd_o = Signal(reset_less=True)   # src2 FU fw (right)
+        self.dest_fwd_o = Signal(n_reg, reset_less=True)   # dest FU fw (right)
+        self.src_fwd_o = Array(fwd)    # src FU fw (right)
 
     def elaborate(self, platform):
         m = Module()
-        m.submodules.dest_l = dest_l = SRLatch() # clock-sync'd
-        m.submodules.src1_l = src1_l = SRLatch() # clock-sync'd
-        m.submodules.src2_l = src2_l = SRLatch() # clock-sync'd
-
-        # destination latch: reset on go_wr HI, set on dest and issue
-        m.d.comb += dest_l.s.eq(self.issue_i & self.dest_i)
-        m.d.comb += dest_l.r.eq(self.go_wr_i)
-
-        # src1 latch: reset on go_rd HI, set on src1_i and issue
-        m.d.comb += src1_l.s.eq(self.issue_i & self.src1_i)
-        m.d.comb += src1_l.r.eq(self.go_rd_i)
-
-        # src2 latch: reset on go_rd HI, set on op2_i and issue
-        m.d.comb += src2_l.s.eq(self.issue_i & self.src2_i)
-        m.d.comb += src2_l.r.eq(self.go_rd_i)
-
-        # FU "Forward Progress" (read out horizontally)
-        m.d.comb += self.dest_fwd_o.eq(dest_l.q & self.go_wr_i)
-        m.d.comb += self.src1_fwd_o.eq(src1_l.q & self.go_rd_i)
-        m.d.comb += self.src2_fwd_o.eq(src2_l.q & self.go_rd_i)
-
-        # Register File Select (read out vertically)
-        m.d.comb += self.dest_rsel_o.eq(dest_l.q & self.dest_i)
-        m.d.comb += self.src1_rsel_o.eq(src1_l.q & self.src1_i)
-        m.d.comb += self.src2_rsel_o.eq(src2_l.q & self.src2_i)
+        m.submodules.dest_c = dest_c = SRLatch(sync=False, llen=self.n_reg)
+        src_c = []
+        for i in range(self.n_src):
+            src_l = SRLatch(sync=False, llen=self.n_reg)
+            setattr(m.submodules, "src%d_c" % (i+1), src_l)
+            src_c.append(src_l)
+
+        # connect go_rd / go_wr (dest->wr, src->rd)
+        wr_die = Signal(reset_less=True)
+        rd_die = Signal(reset_less=True)
+        m.d.comb += wr_die.eq(self.go_wr_i | self.go_die_i)
+        m.d.comb += rd_die.eq(self.go_rd_i | self.go_die_i)
+        m.d.comb += dest_c.r.eq(Repl(wr_die, self.n_reg))
+        for i in range(self.n_src):
+            m.d.comb += src_c[i].r.eq(Repl(rd_die, self.n_reg))
+
+        # connect input reg bit (unary)
+        i_ext = Repl(self.issue_i, self.n_reg)
+        m.d.comb += dest_c.s.eq(i_ext & self.dest_i)
+        for i in range(self.n_src):
+            m.d.comb += src_c[i].s.eq(i_ext & self.src_i[i])
+
+        # connect up hazard checks: read-after-write and write-after-read
+        m.d.comb += self.dest_fwd_o.eq(dest_c.q & self.rd_pend_i)
+        for i in range(self.n_src):
+            m.d.comb += self.src_fwd_o[i].eq(src_c[i].q & self.wr_pend_i)
+
+        # connect reg-sel outputs
+        rd_ext = Repl(self.go_rd_i, self.n_reg)
+        wr_ext = Repl(self.go_wr_i, self.n_reg)
+        m.d.comb += self.dest_rsel_o.eq(dest_c.qlq & wr_ext)
+        for i in range(self.n_src):
+            m.d.comb += self.src_rsel_o[i].eq(src_c[i].qlq & rd_ext)
+
+        # to be accumulated to indicate if register is in use (globally)
+        # after ORing, is fed back in to rd_pend_i / wr_pend_i
+        src_q = []
+        for i in range(self.n_src):
+            src_q.append(src_c[i].qlq)
+        m.d.comb += self.v_rd_rsel_o.eq(Cat(*src_q).bool())
+        m.d.comb += self.v_wr_rsel_o.eq(dest_c.qlq)
 
         return m
 
     def __iter__(self):
         yield self.dest_i
-        yield self.src1_i
-        yield self.src2_i
+        yield from self.src_i
+        yield self.rd_pend_i
+        yield self.wr_pend_i
         yield self.issue_i
         yield self.go_wr_i
         yield self.go_rd_i
+        yield self.go_die_i
         yield self.dest_rsel_o
-        yield self.src1_rsel_o
-        yield self.src2_rsel_o
+        yield from self.src_rsel_o
         yield self.dest_fwd_o
-        yield self.src1_fwd_o
-        yield self.src2_fwd_o
-                
+        yield from self.src_fwd_o
+
     def ports(self):
         return list(self)
 
 
-class DependencyRow(Elaboratable):
-    def __init__(self, n_reg_col):
-        self.n_reg_col = n_reg_col
-        self.rcell = Array(DependenceCell() for f in range(self.n_reg_col))
-
-    def elaborate(self, platform):
-        m = Module()
-        for rn in range(self.n_reg_col):
-            setattr(m.submodules, "dm_r%d" % rn, self.rcell[rn])
-        return m
-
-
 def dcell_sim(dut):
     yield dut.dest_i.eq(1)
     yield dut.issue_i.eq(1)
@@ -110,9 +148,9 @@ def dcell_sim(dut):
     yield
 
 def test_dcell():
-    dut = DependenceCell()
+    dut = DependencyRow(4, 2)
     vl = rtlil.convert(dut, ports=dut.ports())
-    with open("test_dcell.il", "w") as f:
+    with open("test_drow.il", "w") as f:
         f.write(vl)
 
     run_simulation(dut, dcell_sim(dut), vcd_name='test_dcell.vcd')