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!!!TINYCPU本体
!!入出力ポート
,,ポート名,ビット数,
,入力,clk,1,グローバルクロック
,入力,reset,1,グローバルリセット
,入力,run,1,動作開始
,入力,in,16,機械語命令INによりデータを読み込むポート
,出力,cs,3,現在の状態*
,出力,pcout,12,プログラムカウンタの値*
,出力,irout,16,命令レジスタの値*
,出力,qtop,16,スタックトップの値*
,出力,abus,12,アドレスバスの値*
,出力,dbus,16,データバスの値*
,出力,out,16,出力バッファの値
上の表の*は外部でCPUの動作を観測するためのもので,なくてもよい.
!!命令セット
TINYCPUの命令セット
!!ソースコード
`include "defs.v"
module tinycpu(clk, reset, run, in, cs, pcout, irout, qtop, abus, dbus, out);
input clk,reset,run;
input [15:0] in;
output [2:0] cs;
output [15:0] irout, qtop, dbus, out;
output [11:0] pcout, abus;
wire [15:0] qnext, ramout, aluout;
reg [11:0] abus;
reg halt, cont, pcinc, push, pop, abus2pc, dbus2ir, dbus2qtop, dbus2ram,
dbus2obuf, pc2abus, ir2abus, ir2dbus, qtop2dbus, alu2dbus, ram2dbus,
in2dbus;
counter #(12) pc0(.clk(clk), .reset(reset), .load(abus2pc), .inc(pcinc),
.d(abus), .q(pcout));
counter #(16) ir0(.clk(clk), .reset(reset), .load(dbus2ir), .inc(0),
.d(dbus), .q(irout));
state state0(.clk(clk), .reset(reset), .run(run), .cont(cont),
.halt(halt), .cs(cs));
stack stack0(.clk(clk), .reset(reset), .load(dbus2qtop), .push(push),
.pop(pop), .d(dbus), .qtop(qtop), .qnext(qnext));
alu alu0(.a(qtop), .b(qnext), .f(irout[4:0]), .s(aluout));
ram #(16,12,4096) ram0(.clk(clk), .load(dbus2ram), .addr(abus[11:0]),
.d(dbus), .q(ramout));
counter #(16) obuf0(.clk(clk), .reset(reset), .load(dbus2obuf), .inc(0),
.d(dbus), .q(out));
always @(pc2abus or ir2abus or pcout or irout)
if(pc2abus) abus <= pcout;
else if(ir2abus) abus <= irout[11:0];
else abus <= 12'hxxx;
assign dbus = ir2dbus ? {{4{irout[11]}},irout[11:0]} : 16'hzzzz;
assign dbus = qtop2dbus ? qtop : 16'hzzzz;
assign dbus = alu2dbus ? aluout : 16'hzzzz;
assign dbus = ram2dbus ? ramout : 16'hzzzz;
assign dbus = in2dbus ? in : 16'hzzzz;
always @(cs or irout or qtop)
begin
halt = 0; pcinc = 0; push = 0; pop = 0; cont = 0; abus2pc = 0;
dbus2ir = 0; dbus2qtop = 0; dbus2ram = 0; dbus2obuf = 0; pc2abus = 0;
ir2abus = 0; ir2dbus = 0; qtop2dbus = 0; alu2dbus = 0; ram2dbus = 0;
in2dbus = 0;
if(cs == `FETCHA)
begin
pcinc = 1; pc2abus = 1;
end
else if(cs == `FETCHB)
begin
ram2dbus = 1; dbus2ir = 1;
end
else if(cs == `EXECA)
case(irout[15:12])
`PUSHI:
begin
ir2dbus = 1; dbus2qtop = 1; push = 1;
end
`PUSH:
begin
ir2abus = 1; cont = 1;
end
`POP:
begin
ir2abus = 1; qtop2dbus = 1; dbus2ram = 1; pop = 1;
end
`JMP:
begin
ir2abus = 1; abus2pc = 1;
end
`JZ:
begin
if(qtop == 0)
begin
ir2abus = 1; abus2pc = 1;
end
pop = 1;
end
`JNZ:
begin
if(qtop != 0)
begin
ir2abus = 1; abus2pc = 1;
end
pop = 1;
end
`IN:
begin
in2dbus = 1; dbus2qtop = 1; push = 1;
end
`OUT:
begin
qtop2dbus = 1; dbus2obuf = 1; pop = 1;
end
`OP:
begin
alu2dbus = 1; dbus2qtop = 1;
if(irout[4] == 0) pop = 1;
end
default:
halt = 1;
endcase
else if(cs == `EXECB)
if(irout[15:12]==`PUSH)
begin
ram2dbus = 1; dbus2qtop = 1; push = 1;
end
end
endmodule
::注意
:::ISE Foundation(またはISE WebPack)では,18kbit(1つのブロックRAMの容量)より大きいメモリの論理合成に膨大な時間を必要とする.
:::ISE Foundation(およびISE WebPack)では,18kbit(1つのブロックRAMの容量)より大きいメモリの論理合成に膨大な時間を必要とする.
:::これを避けるために,ramのインスタンス化時のパラメータを#(16,10,1024)としてメモリのサイズを16kbitとすれば,大幅に論理合成時間を短縮することができる.