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Steven Hugg
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9c25aed9fa
commit
e7067ff50d
@ -1,40 +1,41 @@
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`define OP_LOAD_A 4'h0
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`define OP_LOAD_B 4'h1
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`define OP_OR 4'h2
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`define OP_AND 4'h3
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`define OP_XOR 4'h4
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`define OP_INC 4'h5
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`define OP_DEC 4'h6
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`define OP_ZERO 4'h7
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// operations that generate carry
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`define OP_ADD 4'h8
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`define OP_SUB 4'h9
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`define OP_ASL 4'ha
|
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`define OP_LSR 4'hb
|
||||
parameter OP_LOAD_A = 4'h0;
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||||
parameter OP_LOAD_B = 4'h1;
|
||||
parameter OP_OR = 4'h2;
|
||||
parameter OP_AND = 4'h3;
|
||||
parameter OP_XOR = 4'h4;
|
||||
parameter OP_INC = 4'h5;
|
||||
parameter OP_DEC = 4'h6;
|
||||
parameter OP_ZERO = 4'h7;
|
||||
// operations that generate and use carry
|
||||
parameter OP_ADC = 4'h8;
|
||||
parameter OP_SBB = 4'h9;
|
||||
parameter OP_ROL = 4'ha;
|
||||
parameter OP_ROR = 4'hb;
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||||
module ALU(
|
||||
input [7:0] A,
|
||||
input [7:0] B,
|
||||
output [8:0] Y,
|
||||
input [3:0] aluop
|
||||
);
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module ALU(A, B, Y, aluop, carry);
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||||
input [7:0] A;
|
||||
input [7:0] B;
|
||||
output [8:0] Y;
|
||||
input [3:0] aluop;
|
||||
input carry;
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always @(*)
|
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case (aluop)
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||||
`OP_LOAD_A: Y = {1'b0, A};
|
||||
`OP_LOAD_B: Y = {1'b0, B};
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||||
`OP_OR: Y = {1'b0, A | B};
|
||||
`OP_AND: Y = {1'b0, A & B};
|
||||
`OP_XOR: Y = {1'b0, A ^ B};
|
||||
`OP_INC: Y = A + 1;
|
||||
`OP_DEC: Y = A - 1;
|
||||
`OP_ZERO: Y = 0;
|
||||
OP_LOAD_A: Y = {1'b0, A};
|
||||
OP_LOAD_B: Y = {1'b0, B};
|
||||
OP_OR: Y = {1'b0, A | B};
|
||||
OP_AND: Y = {1'b0, A & B};
|
||||
OP_XOR: Y = {1'b0, A ^ B};
|
||||
OP_INC: Y = A + 1;
|
||||
OP_DEC: Y = A - 1;
|
||||
OP_ZERO: Y = 0;
|
||||
|
||||
`OP_ADD: Y = A + B;
|
||||
`OP_SUB: Y = A - B;
|
||||
`OP_ASL: Y = A + A;
|
||||
`OP_LSR: Y = {A[0], A >> 1};
|
||||
OP_ADC: Y = A + B + (carry?1:0);
|
||||
OP_SBB: Y = A - B - (carry?1:0);
|
||||
OP_ROL: Y = {A, carry};
|
||||
OP_ROR: Y = {A[0], carry, A[7:1]};
|
||||
default: Y = 9'bx;
|
||||
endcase
|
||||
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||||
@ -57,33 +58,37 @@ tttt = flags test for conditional branch
|
||||
*/
|
||||
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||||
// destinations for COMPUTE instructions
|
||||
`define DEST_A 2'b00
|
||||
`define DEST_B 2'b01
|
||||
`define DEST_IP 2'b10
|
||||
`define DEST_NOP 2'b11
|
||||
parameter DEST_A = 2'b00;
|
||||
parameter DEST_B = 2'b01;
|
||||
parameter DEST_IP = 2'b10;
|
||||
parameter DEST_NOP = 2'b11;
|
||||
// instruction macros
|
||||
`define I_COMPUTE(dest,op) { 2'b00, 2'(dest), 4'(op) }
|
||||
`define I_COMPUTE_IMM(dest,op) { 2'b01, 2'(dest), 4'(op) }
|
||||
`define I_COMPUTE_READB(dest,op) { 2'b11, 2'(dest), 4'(op) }
|
||||
`define I_CONST_IMM_A { 2'b01, `DEST_A, `OP_LOAD_B }
|
||||
`define I_CONST_IMM_B { 2'b01, `DEST_B, `OP_LOAD_B }
|
||||
`define I_JUMP_IMM { 2'b01, `DEST_IP, `OP_LOAD_B }
|
||||
`define I_CONST_IMM_A { 2'b01, DEST_A, OP_LOAD_B }
|
||||
`define I_CONST_IMM_B { 2'b01, DEST_B, OP_LOAD_B }
|
||||
`define I_JUMP_IMM { 2'b01, DEST_IP, OP_LOAD_B }
|
||||
`define I_STORE_A(addr) { 4'b1001, 4'(addr) }
|
||||
`define I_BRANCH_IF_CARRY(carry) { 4'b1010, 2'b00, 1'(carry), 1'b1 }
|
||||
`define I_BRANCH_IF(zv,zu,cv,cu) { 4'b1010, 1'(zv), 1'(zu), 1'(cv), 1'(cu) }
|
||||
`define I_CLEAR_CARRY { 8'b10001000 }
|
||||
`define I_SWAP_AB { 8'b10000001 }
|
||||
`define I_RESET { 8'b10111111 }
|
||||
// convenience macros
|
||||
`define I_ZERO_A `I_COMPUTE(`DEST_A, `OP_ZERO)
|
||||
`define I_ZERO_B `I_COMPUTE(`DEST_B, `OP_ZERO)
|
||||
`define I_ZERO_A `I_COMPUTE(DEST_A, OP_ZERO)
|
||||
`define I_ZERO_B `I_COMPUTE(DEST_B, OP_ZERO)
|
||||
`define I_BRANCH_IF_CARRY(carry) `I_BRANCH_IF(0,0,carry,1)
|
||||
`define I_BRANCH_IF_ZERO(zero) `I_BRANCH_IF(zero,1,0,0)
|
||||
`define I_CLEAR_ZERO `I_COMPUTE(DEST_NOP,OP_ZERO)
|
||||
|
||||
module CPU(
|
||||
input clk,
|
||||
input reset,
|
||||
output [7:0] address,
|
||||
input [7:0] data_in,
|
||||
output [7:0] data_out,
|
||||
output write
|
||||
);
|
||||
module CPU(clk, reset, address, data_in, data_out, write);
|
||||
|
||||
input clk;
|
||||
input reset;
|
||||
output [7:0] address;
|
||||
input [7:0] data_in;
|
||||
output [7:0] data_out;
|
||||
output write;
|
||||
|
||||
reg [7:0] IP;
|
||||
reg [7:0] A, B;
|
||||
@ -105,7 +110,12 @@ module CPU(
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||||
localparam S_COMPUTE = 3;
|
||||
localparam S_READ_IP = 4;
|
||||
|
||||
ALU alu(.A(A), .B(B_or_data?data_in:B), .Y(Y), .aluop(aluop));
|
||||
ALU alu(
|
||||
.A(A),
|
||||
.B(B_or_data ? data_in : B),
|
||||
.Y(Y),
|
||||
.aluop(aluop),
|
||||
.carry(carry));
|
||||
|
||||
always @(posedge clk)
|
||||
if (reset) begin
|
||||
@ -128,7 +138,7 @@ module CPU(
|
||||
end
|
||||
// state 2: read/decode opcode
|
||||
S_DECODE: begin
|
||||
opcode <= data_in;
|
||||
opcode <= data_in; // (only use opcode next cycle)
|
||||
casez (data_in)
|
||||
// ALU A + B -> dest
|
||||
8'b00??????: begin
|
||||
@ -145,13 +155,18 @@ module CPU(
|
||||
address <= B;
|
||||
state <= S_COMPUTE;
|
||||
end
|
||||
// A -> write [aluop]
|
||||
// A -> write [nnnn]
|
||||
8'b1001????: begin
|
||||
address <= {4'b0, aluop};
|
||||
address <= {4'b0, data_in[3:0]};
|
||||
data_out <= A;
|
||||
write <= 1;
|
||||
state <= S_SELECT;
|
||||
end
|
||||
// clear carry
|
||||
8'b10001000: begin
|
||||
carry <= 0;
|
||||
state <= S_SELECT;
|
||||
end
|
||||
// swap A,B
|
||||
8'b10000001: begin
|
||||
A <= B;
|
||||
@ -181,15 +196,15 @@ module CPU(
|
||||
S_COMPUTE: begin
|
||||
// transfer ALU output to destination
|
||||
case (opdest)
|
||||
`DEST_A: A <= Y[7:0];
|
||||
`DEST_B: B <= Y[7:0];
|
||||
`DEST_IP: IP <= Y[7:0];
|
||||
`DEST_NOP: ;
|
||||
DEST_A: A <= Y[7:0];
|
||||
DEST_B: B <= Y[7:0];
|
||||
DEST_IP: IP <= Y[7:0];
|
||||
DEST_NOP: ;
|
||||
endcase
|
||||
// set carry for certain operations (code >= 8)
|
||||
if (aluop[3]) carry <= Y[8];
|
||||
// set zero flag
|
||||
zero <= ~|Y;
|
||||
zero <= ~|Y[7:0];
|
||||
// repeat CPU loop
|
||||
state <= S_SELECT;
|
||||
end
|
||||
@ -212,7 +227,9 @@ module test_CPU_top(
|
||||
output write_enable,
|
||||
output [7:0] IP,
|
||||
output [7:0] A,
|
||||
output [7:0] B
|
||||
output [7:0] B,
|
||||
output zero,
|
||||
output carry
|
||||
);
|
||||
|
||||
reg [7:0] ram[0:127];
|
||||
@ -221,6 +238,8 @@ module test_CPU_top(
|
||||
assign IP = cpu.IP;
|
||||
assign A = cpu.A;
|
||||
assign B = cpu.B;
|
||||
assign zero = cpu.zero;
|
||||
assign carry = cpu.carry;
|
||||
|
||||
CPU cpu(.clk(clk),
|
||||
.reset(reset),
|
||||
@ -229,27 +248,31 @@ module test_CPU_top(
|
||||
.data_out(from_cpu),
|
||||
.write(write_enable));
|
||||
|
||||
// does not work as (posedge clk)
|
||||
always @(posedge clk)
|
||||
if (write_enable) begin
|
||||
ram[address_bus[6:0]] <= from_cpu;
|
||||
end
|
||||
|
||||
always @(*)
|
||||
if (write_enable)
|
||||
ram[address_bus[6:0]] = from_cpu;
|
||||
else if (address_bus[7] == 0)
|
||||
if (address_bus[7] == 0)
|
||||
to_cpu = ram[address_bus[6:0]];
|
||||
else
|
||||
to_cpu = rom[address_bus[6:0]];
|
||||
|
||||
initial begin
|
||||
rom = '{
|
||||
`I_CLEAR_CARRY,
|
||||
`I_ZERO_A,
|
||||
`I_CONST_IMM_B,
|
||||
1,
|
||||
`I_COMPUTE(`DEST_A, `OP_ADD), // addr 4
|
||||
`I_COMPUTE(DEST_A, OP_ADC), // addr 4
|
||||
`I_SWAP_AB,
|
||||
`I_BRANCH_IF_CARRY(0),
|
||||
3 + 'h80, // correct for ROM offset
|
||||
4 + 'h80, // correct for ROM offset
|
||||
`I_STORE_A(0),
|
||||
`I_RESET,
|
||||
// leftover elements
|
||||
120{0}
|
||||
118{0}
|
||||
};
|
||||
end
|
||||
|
||||
|
||||
@ -54,7 +54,7 @@ module sprite_multiple_top(clk, hsync, vsync, rgb, hpaddle, vpaddle);
|
||||
.vstart(player_vstart),
|
||||
.load(hpos == 256),
|
||||
.hstart(player_hstart),
|
||||
.rom_yofs(car_sprite_yofs),
|
||||
.rom_addr(car_sprite_yofs),
|
||||
.rom_bits(car_sprite_bits),
|
||||
.gfx(player_gfx),
|
||||
.in_progress(player_is_drawing));
|
||||
@ -64,7 +64,7 @@ module sprite_multiple_top(clk, hsync, vsync, rgb, hpaddle, vpaddle);
|
||||
.vstart(enemy_vstart),
|
||||
.load(hpos == 257),
|
||||
.hstart(enemy_hstart),
|
||||
.rom_yofs(car_sprite_yofs),
|
||||
.rom_addr(car_sprite_yofs),
|
||||
.rom_bits(car_sprite_bits),
|
||||
.gfx(enemy_gfx),
|
||||
.in_progress(player_is_drawing));
|
||||
|
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