forked from cores/microwatt
Add arrays for ASIC flow
Add VHDL wrappers and verilog behaviourals for the cache_ram, register_file and main_bram arrays. Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>asic-3
parent
ef641dcc28
commit
537a0aac1d
@ -0,0 +1,24 @@
|
|||||||
|
module Microwatt_FP_DFFRFile (
|
||||||
|
`ifdef USE_POWER_PINS
|
||||||
|
inout VPWR,
|
||||||
|
inout VGND,
|
||||||
|
`endif
|
||||||
|
input [6:0] R1, R2, R3, RW,
|
||||||
|
input [63:0] DW,
|
||||||
|
output [63:0] D1, D2, D3,
|
||||||
|
input CLK,
|
||||||
|
input WE
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
reg [63:0] registers[0:79];
|
||||||
|
|
||||||
|
assign D1 = registers[R1];
|
||||||
|
assign D2 = registers[R2];
|
||||||
|
assign D3 = registers[R3];
|
||||||
|
|
||||||
|
always @(posedge CLK) begin
|
||||||
|
if (WE)
|
||||||
|
registers[RW] <= DW;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
@ -0,0 +1,40 @@
|
|||||||
|
module RAM32_1RW1R #(
|
||||||
|
parameter BITS=5
|
||||||
|
) (
|
||||||
|
`ifdef USE_POWER_PINS
|
||||||
|
inout VPWR,
|
||||||
|
inout VGND,
|
||||||
|
`endif
|
||||||
|
input CLK,
|
||||||
|
|
||||||
|
input EN0,
|
||||||
|
input [BITS-1:0] A0,
|
||||||
|
input [7:0] WE0,
|
||||||
|
input [63:0] Di0,
|
||||||
|
output reg [63:0] Do0,
|
||||||
|
|
||||||
|
input EN1,
|
||||||
|
input [BITS-1:0] A1,
|
||||||
|
output reg [63:0] Do1
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
reg [63:0] RAM[2**BITS-1:0];
|
||||||
|
|
||||||
|
always @(posedge CLK) begin
|
||||||
|
if (EN1)
|
||||||
|
Do1 <= RAM[A1];
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
generate
|
||||||
|
genvar i;
|
||||||
|
for (i=0; i<8; i=i+1) begin: BYTE
|
||||||
|
always @(posedge CLK) begin
|
||||||
|
if (EN0) begin
|
||||||
|
if (WE0[i])
|
||||||
|
RAM[A0][i*8+7:i*8] <= Di0[i*8+7:i*8];
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
endgenerate
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
@ -0,0 +1,42 @@
|
|||||||
|
module RAM512 #(
|
||||||
|
parameter BITS=9,
|
||||||
|
parameter FILENAME="firmware.hex"
|
||||||
|
) (
|
||||||
|
`ifdef USE_POWER_PINS
|
||||||
|
inout VPWR,
|
||||||
|
inout VGND,
|
||||||
|
`endif
|
||||||
|
input CLK,
|
||||||
|
input [7:0] WE0,
|
||||||
|
input EN0,
|
||||||
|
input [63:0] Di0,
|
||||||
|
output reg [63:0] Do0,
|
||||||
|
input [BITS-1:0] A0
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
reg [63:0] RAM[2**BITS-1:0];
|
||||||
|
|
||||||
|
always @(posedge CLK) begin
|
||||||
|
if (EN0)
|
||||||
|
Do0 <= RAM[A0];
|
||||||
|
else
|
||||||
|
Do0 <= 64'b0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
generate
|
||||||
|
genvar i;
|
||||||
|
for (i=0; i<8; i=i+1) begin: BYTE
|
||||||
|
always @(posedge CLK) begin
|
||||||
|
if (EN0) begin
|
||||||
|
if (WE0[i])
|
||||||
|
RAM[A0][i*8+7:i*8] <= Di0[i*8+7:i*8];
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
endgenerate
|
||||||
|
|
||||||
|
initial begin
|
||||||
|
$readmemh(FILENAME, RAM);
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
@ -0,0 +1,25 @@
|
|||||||
|
module multiply_add_64x64
|
||||||
|
#(
|
||||||
|
parameter BITS=64
|
||||||
|
) (
|
||||||
|
`ifdef USE_POWER_PINS
|
||||||
|
inout VPWR,
|
||||||
|
inout VGND,
|
||||||
|
`endif
|
||||||
|
input clk,
|
||||||
|
input [BITS-1:0] a,
|
||||||
|
input [BITS-1:0] b,
|
||||||
|
input [BITS*2-1:0] c,
|
||||||
|
output [BITS*2-1:0] o
|
||||||
|
);
|
||||||
|
reg [BITS*2-1:0] o_tmp[3:0];
|
||||||
|
|
||||||
|
always @(posedge clk) begin
|
||||||
|
o_tmp[3] = o_tmp[2];
|
||||||
|
o_tmp[2] = o_tmp[1];
|
||||||
|
o_tmp[1] = o_tmp[0];
|
||||||
|
o_tmp[0] = (a * b) + c;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
assign o = o_tmp[3];
|
||||||
|
endmodule
|
@ -0,0 +1,99 @@
|
|||||||
|
library ieee;
|
||||||
|
use ieee.std_logic_1164.all;
|
||||||
|
use ieee.numeric_std.all;
|
||||||
|
use ieee.math_real.all;
|
||||||
|
|
||||||
|
entity cache_ram is
|
||||||
|
generic(
|
||||||
|
ROW_BITS : integer := 5;
|
||||||
|
WIDTH : integer := 64;
|
||||||
|
TRACE : boolean := false;
|
||||||
|
ADD_BUF : boolean := false
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
port(
|
||||||
|
clk : in std_logic;
|
||||||
|
|
||||||
|
rd_en : in std_logic;
|
||||||
|
rd_addr : in std_logic_vector(ROW_BITS - 1 downto 0);
|
||||||
|
rd_data : out std_logic_vector(WIDTH - 1 downto 0);
|
||||||
|
|
||||||
|
wr_sel : in std_logic_vector(WIDTH/8 - 1 downto 0);
|
||||||
|
wr_addr : in std_logic_vector(ROW_BITS - 1 downto 0);
|
||||||
|
wr_data : in std_logic_vector(WIDTH - 1 downto 0)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
end cache_ram;
|
||||||
|
|
||||||
|
architecture rtl of cache_ram is
|
||||||
|
component RAM32_1RW1R port(
|
||||||
|
CLK : in std_logic;
|
||||||
|
|
||||||
|
EN0 : in std_logic;
|
||||||
|
A0 : in std_logic_vector(4 downto 0);
|
||||||
|
WE0 : in std_logic_vector(7 downto 0);
|
||||||
|
Di0 : in std_logic_vector(63 downto 0);
|
||||||
|
Do0 : out std_logic_vector(63 downto 0);
|
||||||
|
|
||||||
|
EN1 : in std_logic;
|
||||||
|
A1 : in std_logic_vector(4 downto 0);
|
||||||
|
Do1 : out std_logic_vector(63 downto 0)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
end component;
|
||||||
|
|
||||||
|
signal wr_enable: std_logic;
|
||||||
|
signal rd_data0_tmp : std_logic_vector(WIDTH - 1 downto 0);
|
||||||
|
signal rd_data0_saved : std_logic_vector(WIDTH - 1 downto 0);
|
||||||
|
signal rd_data0 : std_logic_vector(WIDTH - 1 downto 0);
|
||||||
|
signal rd_en_prev: std_ulogic;
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
assert (ROW_BITS = 5) report "ROW_BITS must be 5" severity FAILURE;
|
||||||
|
assert (WIDTH = 64) report "Must be 64 bit" severity FAILURE;
|
||||||
|
assert (TRACE = false) report "Trace not supported" severity FAILURE;
|
||||||
|
|
||||||
|
wr_enable <= or(wr_sel);
|
||||||
|
|
||||||
|
cache_ram_0 : RAM32_1RW1R
|
||||||
|
port map (
|
||||||
|
CLK => clk,
|
||||||
|
|
||||||
|
EN0 => wr_enable,
|
||||||
|
A0 => wr_addr,
|
||||||
|
WE0 => wr_sel,
|
||||||
|
Di0 => wr_data,
|
||||||
|
Do0 => open,
|
||||||
|
|
||||||
|
EN1 => rd_en,
|
||||||
|
A1 => rd_addr,
|
||||||
|
Do1 => rd_data0_tmp
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
-- The caches rely on cache_ram latching the last read. Handle it here
|
||||||
|
-- for now.
|
||||||
|
process(clk)
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
if rising_edge(clk) then
|
||||||
|
rd_en_prev <= rd_en;
|
||||||
|
if rd_en_prev = '1' then
|
||||||
|
rd_data0_saved <= rd_data0_tmp;
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
end process;
|
||||||
|
rd_data0 <= rd_data0_tmp when rd_en_prev = '1' else rd_data0_saved;
|
||||||
|
|
||||||
|
buf: if ADD_BUF generate
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
process(clk)
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
if rising_edge(clk) then
|
||||||
|
rd_data <= rd_data0;
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
end process;
|
||||||
|
end generate;
|
||||||
|
|
||||||
|
nobuf: if not ADD_BUF generate
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
rd_data <= rd_data0;
|
||||||
|
end generate;
|
||||||
|
|
||||||
|
end architecture rtl;
|
@ -0,0 +1,63 @@
|
|||||||
|
library ieee;
|
||||||
|
use ieee.std_logic_1164.all;
|
||||||
|
|
||||||
|
library work;
|
||||||
|
|
||||||
|
entity main_bram is
|
||||||
|
generic(
|
||||||
|
WIDTH : natural := 64;
|
||||||
|
HEIGHT_BITS : natural := 11;
|
||||||
|
MEMORY_SIZE : natural := (8*1024);
|
||||||
|
RAM_INIT_FILE : string
|
||||||
|
);
|
||||||
|
port(
|
||||||
|
clk : in std_logic;
|
||||||
|
addr : in std_logic_vector(HEIGHT_BITS - 1 downto 0) ;
|
||||||
|
din : in std_logic_vector(WIDTH-1 downto 0);
|
||||||
|
dout : out std_logic_vector(WIDTH-1 downto 0);
|
||||||
|
sel : in std_logic_vector((WIDTH/8)-1 downto 0);
|
||||||
|
re : in std_ulogic;
|
||||||
|
we : in std_ulogic
|
||||||
|
);
|
||||||
|
end entity main_bram;
|
||||||
|
|
||||||
|
architecture behaviour of main_bram is
|
||||||
|
component RAM512 port (
|
||||||
|
CLK : in std_ulogic;
|
||||||
|
WE0 : in std_ulogic_vector(7 downto 0);
|
||||||
|
EN0 : in std_ulogic;
|
||||||
|
Di0 : in std_ulogic_vector(63 downto 0);
|
||||||
|
Do0 : out std_ulogic_vector(63 downto 0);
|
||||||
|
A0 : in std_ulogic_vector(8 downto 0)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
end component;
|
||||||
|
|
||||||
|
signal sel_qual: std_ulogic_vector((WIDTH/8)-1 downto 0);
|
||||||
|
|
||||||
|
signal obuf : std_logic_vector(WIDTH-1 downto 0);
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
assert (WIDTH = 64) report "Must be 64 bit" severity FAILURE;
|
||||||
|
-- Do we have a log2 round up issue here?
|
||||||
|
assert (HEIGHT_BITS = 10) report "HEIGHT_BITS must be 10" severity FAILURE;
|
||||||
|
assert (MEMORY_SIZE = 4096) report "MEMORY_SIZE must be 4096" severity FAILURE;
|
||||||
|
|
||||||
|
sel_qual <= sel when we = '1' else (others => '0');
|
||||||
|
|
||||||
|
memory_0 : RAM512
|
||||||
|
port map (
|
||||||
|
CLK => clk,
|
||||||
|
WE0 => sel_qual(7 downto 0),
|
||||||
|
EN0 => re or we,
|
||||||
|
Di0 => din(63 downto 0),
|
||||||
|
Do0 => obuf(63 downto 0),
|
||||||
|
A0 => addr(8 downto 0)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
-- The wishbone BRAM wrapper assumes a 1 cycle delay
|
||||||
|
memory_read_buffer: process(clk)
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
if rising_edge(clk) then
|
||||||
|
dout <= obuf;
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
end process;
|
||||||
|
end architecture behaviour;
|
@ -0,0 +1,103 @@
|
|||||||
|
library ieee;
|
||||||
|
use ieee.std_logic_1164.all;
|
||||||
|
use ieee.numeric_std.all;
|
||||||
|
|
||||||
|
library work;
|
||||||
|
use work.common.all;
|
||||||
|
|
||||||
|
entity register_file is
|
||||||
|
generic (
|
||||||
|
SIM : boolean := false;
|
||||||
|
HAS_FPU : boolean := true;
|
||||||
|
LOG_LENGTH : natural := 0
|
||||||
|
);
|
||||||
|
port(
|
||||||
|
clk : in std_logic;
|
||||||
|
|
||||||
|
d_in : in Decode2ToRegisterFileType;
|
||||||
|
d_out : out RegisterFileToDecode2Type;
|
||||||
|
|
||||||
|
w_in : in WritebackToRegisterFileType;
|
||||||
|
|
||||||
|
dbg_gpr_req : in std_ulogic;
|
||||||
|
dbg_gpr_ack : out std_ulogic;
|
||||||
|
dbg_gpr_addr : in gspr_index_t;
|
||||||
|
dbg_gpr_data : out std_ulogic_vector(63 downto 0);
|
||||||
|
|
||||||
|
sim_dump : in std_ulogic;
|
||||||
|
sim_dump_done : out std_ulogic;
|
||||||
|
|
||||||
|
log_out : out std_ulogic_vector(71 downto 0)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
end entity register_file;
|
||||||
|
|
||||||
|
architecture behaviour of register_file is
|
||||||
|
component Microwatt_FP_DFFRFile port (
|
||||||
|
CLK : in std_ulogic;
|
||||||
|
|
||||||
|
R1 : in std_ulogic_vector(6 downto 0);
|
||||||
|
R2 : in std_ulogic_vector(6 downto 0);
|
||||||
|
R3 : in std_ulogic_vector(6 downto 0);
|
||||||
|
|
||||||
|
D1 : out std_ulogic_vector(63 downto 0);
|
||||||
|
D2 : out std_ulogic_vector(63 downto 0);
|
||||||
|
D3 : out std_ulogic_vector(63 downto 0);
|
||||||
|
|
||||||
|
WE : in std_ulogic;
|
||||||
|
RW : in std_ulogic_vector(6 downto 0);
|
||||||
|
DW : in std_ulogic_vector(63 downto 0)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
end component;
|
||||||
|
|
||||||
|
signal d1: std_ulogic_vector(63 downto 0);
|
||||||
|
signal d2: std_ulogic_vector(63 downto 0);
|
||||||
|
signal d3: std_ulogic_vector(63 downto 0);
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
|
||||||
|
register_file_0 : Microwatt_FP_DFFRFile
|
||||||
|
port map (
|
||||||
|
CLK => clk,
|
||||||
|
|
||||||
|
R1 => d_in.read1_reg,
|
||||||
|
R2 => d_in.read2_reg,
|
||||||
|
R3 => d_in.read3_reg,
|
||||||
|
|
||||||
|
D1 => d1,
|
||||||
|
D2 => d2,
|
||||||
|
D3 => d3,
|
||||||
|
|
||||||
|
WE => w_in.write_enable,
|
||||||
|
RW => w_in.write_reg,
|
||||||
|
DW => w_in.write_data
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
x_state_check: process(clk)
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
if rising_edge(clk) then
|
||||||
|
if w_in.write_enable = '1' then
|
||||||
|
assert not(is_x(w_in.write_data)) and not(is_x(w_in.write_reg)) severity failure;
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
end process x_state_check;
|
||||||
|
|
||||||
|
-- Forward any written data
|
||||||
|
register_read_0: process(all)
|
||||||
|
begin
|
||||||
|
d_out.read1_data <= d1;
|
||||||
|
d_out.read2_data <= d2;
|
||||||
|
d_out.read3_data <= d3;
|
||||||
|
|
||||||
|
if w_in.write_enable = '1' then
|
||||||
|
if d_in.read1_reg = w_in.write_reg then
|
||||||
|
d_out.read1_data <= w_in.write_data;
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
if d_in.read2_reg = w_in.write_reg then
|
||||||
|
d_out.read2_data <= w_in.write_data;
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
if d_in.read3_reg = w_in.write_reg then
|
||||||
|
d_out.read3_data <= w_in.write_data;
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
end if;
|
||||||
|
end process register_read_0;
|
||||||
|
|
||||||
|
end architecture behaviour;
|
Loading…
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