!!!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(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．