6 changed files with 533 additions and 37 deletions
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`default_nettype none |
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||||
module cpu |
||||
( |
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nrst, |
||||
clk, |
||||
nmi, |
||||
irq, |
||||
o_led); |
||||
|
||||
`include "parameters.vh" |
||||
|
||||
localparam STATE_START_1 = 4'hc; |
||||
localparam STATE_START_2 = 4'hd; |
||||
localparam STATE_START_3 = 4'he; |
||||
localparam STATE_START_4 = 4'hf; |
||||
localparam STATE_START_0 = 4'hb; |
||||
localparam STATE_FETCH = 0; |
||||
localparam STATE_EXECUTE = 1; |
||||
localparam STATE_WRITE = 2; |
||||
localparam STATE_FETCH_DATA_1 = 3; |
||||
localparam STATE_FETCH_DATA_2 = 4; |
||||
localparam STATE_EXECUTE_DATA_2 = 5; |
||||
localparam STATE_BRANCH = 7; |
||||
|
||||
localparam |
||||
READ_SOURCE_NONE = 2'h0, |
||||
READ_SOURCE_MEM = 2'h1, |
||||
READ_SOURCE_ALU = 2'h2; |
||||
|
||||
input wire nrst; |
||||
input wire clk; |
||||
input wire nmi; |
||||
input wire irq; |
||||
output wire [5:0] o_led; |
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reg [7:0] X; |
||||
reg [7:0] Y; |
||||
reg [7:0] A; |
||||
reg [15:0] PC; |
||||
reg [7:0] S; |
||||
reg [7:0] P; |
||||
|
||||
reg [7:0] tmp; |
||||
|
||||
reg [3:0] state; |
||||
|
||||
reg [7:0] instr; |
||||
|
||||
wire [4:0] address_code; |
||||
wire [7:0] decoded_instr; |
||||
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||||
wire rst = !nrst; |
||||
|
||||
logic mem_wr; |
||||
wire [7:0] mem_data; |
||||
wire [15:0] mem_addr_eff; |
||||
logic [7:0] mem_data_wr; |
||||
logic [2:0] mem_sel; |
||||
logic [7:0] mem_aux_addr; |
||||
|
||||
logic [7:0] alu_op_1; |
||||
logic [7:0] alu_op_2; |
||||
logic alu_op_c; |
||||
logic [2:0] alu_op_sel; |
||||
wire [7:0] alu_op_result; |
||||
logic alu_n; |
||||
logic alu_z; |
||||
logic alu_v; |
||||
logic alu_c; |
||||
reg [7:0] data; |
||||
reg [15:0] mem_addr; |
||||
reg [2:0] mem_addr_offset; |
||||
logic [1:0] pending_a_read; |
||||
logic [1:0] pending_x_read; |
||||
logic pending_rel_branch; |
||||
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initial A = 0; |
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initial X = 0; |
||||
initial Y = 0; |
||||
initial P = 0; |
||||
initial S = 8'hff; |
||||
initial mem_data_wr = 0; |
||||
initial mem_wr = 0; |
||||
assign mem_addr_eff = mem_addr; |
||||
initial pending_a_read = 0; |
||||
initial pending_x_read = 0; |
||||
initial pending_rel_branch = 0; |
||||
|
||||
alu alui( |
||||
.A(alu_op_1), |
||||
.B(alu_op_2), |
||||
.C(alu_op_c), |
||||
.sel(alu_op_sel), |
||||
.result(alu_op_result), |
||||
.r_n(alu_n), |
||||
.r_z(alu_z), |
||||
.r_v(alu_v), |
||||
.r_c(alu_c)); |
||||
|
||||
decoder decoder ( |
||||
.clk(clk), |
||||
.rst(rst), |
||||
.instr((state == STATE_EXECUTE ? mem_data : instr)), |
||||
.address_code(address_code), |
||||
.decoded(decoded_instr) |
||||
); |
||||
|
||||
mio mioi(.clk(clk), |
||||
.i_data(mem_data_wr), |
||||
.i_addr(mem_addr_eff), |
||||
.i_wr(mem_wr), |
||||
.o_data(mem_data), |
||||
.o_led(o_led)); |
||||
|
||||
dmux dmuxi( |
||||
.sel(mem_sel), |
||||
.i_pc(PC), |
||||
.i_a(A), |
||||
.i_x(X), |
||||
.i_y(Y), |
||||
.i_sp(S), |
||||
.i_aux({mem_data, mem_aux_addr}), |
||||
.o_mux(mem_addr)); |
||||
|
||||
initial state = STATE_FETCH; |
||||
initial PC = 0; |
||||
initial mem_sel = 0; |
||||
|
||||
always @(posedge clk) |
||||
if (state == STATE_START_0) |
||||
begin |
||||
mem_sel <= DMUX_AUX; |
||||
mem_aux_addr <= 16'hfffc; |
||||
state <= STATE_START_1; |
||||
end |
||||
else if (state == STATE_START_1) |
||||
begin |
||||
state <= STATE_START_2; |
||||
end |
||||
else if (state == STATE_START_2) |
||||
begin |
||||
PC[7:0] <= mem_data; |
||||
mem_aux_addr <= 16'hfffd; |
||||
state <= STATE_START_3; |
||||
end |
||||
else if(state == STATE_START_3) |
||||
begin |
||||
PC[15:8] <= mem_data; |
||||
mem_sel <= DMUX_PC; |
||||
state <= STATE_FETCH; |
||||
end |
||||
|
||||
always_comb |
||||
begin |
||||
alu_op_1 = 0; |
||||
alu_op_2 = 0; |
||||
alu_op_c = 0; |
||||
alu_op_sel = 0; |
||||
if (decoded_instr == I_DEX) |
||||
begin |
||||
alu_op_1 = X; |
||||
alu_op_2 = 1'b1; |
||||
alu_op_c = 1'b1; |
||||
alu_op_sel = OP_SUB; |
||||
end |
||||
if (address_code == ADDR_MODE_ABSOLUTE) |
||||
begin |
||||
if (decoded_instr == I_EOR) |
||||
begin |
||||
alu_op_1 = A; |
||||
alu_op_2 = mem_data; |
||||
alu_op_c = 0; |
||||
alu_op_sel = OP_EOR; |
||||
end |
||||
end |
||||
end |
||||
|
||||
always @(posedge clk) |
||||
if (state == STATE_FETCH) |
||||
begin |
||||
if (pending_a_read == READ_SOURCE_MEM) |
||||
begin |
||||
A <= mem_data; |
||||
P[P_Z] <= (mem_data == 0); |
||||
P[P_N] <= mem_data[7]; |
||||
end |
||||
else if (pending_a_read == READ_SOURCE_ALU) |
||||
begin |
||||
A <= alu_op_result; |
||||
P[P_Z] <= alu_z; |
||||
P[P_N] <= alu_n; |
||||
end |
||||
pending_a_read <= READ_SOURCE_NONE; |
||||
|
||||
if (pending_x_read == READ_SOURCE_MEM) |
||||
begin |
||||
X <= mem_data; |
||||
P[P_Z] <= (mem_data == 0); |
||||
P[P_N] <= mem_data[7]; |
||||
end |
||||
else if (pending_x_read == READ_SOURCE_ALU) |
||||
begin |
||||
X <= alu_op_result; |
||||
P[P_Z] <= alu_z; |
||||
P[P_N] <= alu_n; |
||||
end |
||||
pending_x_read <= READ_SOURCE_NONE; |
||||
PC <= PC + 1; |
||||
state <= STATE_EXECUTE; |
||||
end |
||||
|
||||
always @(posedge clk) |
||||
if (state == STATE_EXECUTE) |
||||
begin |
||||
instr <= mem_data; |
||||
if (address_code == ADDR_MODE_ABSOLUTE) |
||||
begin |
||||
PC <= PC + 1; |
||||
state <= STATE_FETCH_DATA_2; |
||||
end |
||||
else if (address_code == ADDR_MODE_IMMEDIATE) |
||||
begin |
||||
if (decoded_instr == I_LDX) |
||||
begin |
||||
pending_x_read <= READ_SOURCE_MEM; |
||||
|
||||
state <= STATE_FETCH; |
||||
PC <= PC + 1; |
||||
end |
||||
else if (decoded_instr == I_LDA) |
||||
begin |
||||
pending_a_read <= READ_SOURCE_MEM; |
||||
|
||||
state <= STATE_FETCH; |
||||
PC <= PC + 1; |
||||
end |
||||
end |
||||
else if (address_code == ADDR_MODE_IMPLIED) |
||||
begin |
||||
if (decoded_instr == I_DEX) |
||||
begin |
||||
pending_x_read <= READ_SOURCE_ALU; |
||||
|
||||
state <= STATE_FETCH; |
||||
end |
||||
end |
||||
else if (decoded_instr == I_BNE) |
||||
begin |
||||
if(!P[P_Z]) |
||||
begin |
||||
pending_rel_branch = 1'b1; |
||||
state <= STATE_BRANCH; |
||||
end |
||||
else |
||||
begin |
||||
state <= STATE_FETCH; |
||||
PC <= PC + 1; |
||||
end |
||||
end |
||||
end |
||||
|
||||
always @(posedge clk) |
||||
if (state == STATE_BRANCH) |
||||
begin |
||||
if (pending_rel_branch) |
||||
begin |
||||
PC <= PC + {{8{mem_data[7]}}, mem_data[7:0]} + 1'b1; |
||||
end |
||||
pending_rel_branch <= 0; |
||||
state <= STATE_FETCH; |
||||
end |
||||
|
||||
always @(posedge clk) |
||||
if (state == STATE_FETCH_DATA_2) |
||||
begin |
||||
if (address_code == ADDR_MODE_ABSOLUTE) |
||||
begin |
||||
mem_aux_addr[7:0] <= mem_data; |
||||
mem_sel <= DMUX_AUX; |
||||
|
||||
state <= STATE_EXECUTE_DATA_2; |
||||
PC <= PC + 1'b1; |
||||
end |
||||
end |
||||
|
||||
always @(posedge clk) |
||||
begin |
||||
if (state == STATE_EXECUTE_DATA_2) |
||||
begin |
||||
if (address_code == ADDR_MODE_ABSOLUTE) |
||||
begin |
||||
mem_sel <= DMUX_PC; |
||||
state <= STATE_FETCH; |
||||
if (decoded_instr == I_EOR) |
||||
begin |
||||
tmp <= mem_data; |
||||
pending_a_read <= READ_SOURCE_ALU; |
||||
end |
||||
else if(decoded_instr == I_JMP) |
||||
begin |
||||
PC <= mem_addr; |
||||
end |
||||
end |
||||
end |
||||
end |
||||
|
||||
always_comb |
||||
begin |
||||
mem_data_wr = 0; |
||||
mem_wr = 0; |
||||
if (state == STATE_EXECUTE_DATA_2) |
||||
begin |
||||
if (address_code == ADDR_MODE_ABSOLUTE) |
||||
begin |
||||
if(decoded_instr == I_STA) |
||||
begin |
||||
mem_data_wr = A; |
||||
mem_wr = 1'b1; |
||||
end |
||||
end |
||||
end |
||||
end |
||||
|
||||
always_comb |
||||
begin |
||||
mem_addr_offset = 0; |
||||
// if (state == STATE_FETCH) |
||||
// begin |
||||
// mem_addr_offset = 1; |
||||
// end |
||||
// if (state == STATE_BRANCH) |
||||
// begin |
||||
// mem_addr_offset = 0; |
||||
// end |
||||
// if (state == STATE_EXECUTE) |
||||
// begin |
||||
// if (address_code == ADDR_MODE_IMMEDIATE) |
||||
// begin |
||||
// mem_addr_offset = 1; |
||||
// end |
||||
// else if (address_code == ADDR_MODE_RELATIVE) |
||||
// begin |
||||
// if (decoded_instr == I_BNE ) |
||||
// if (!P[P_Z]) |
||||
// mem_addr_offset = 0; |
||||
// else |
||||
// mem_addr_offset = 1; |
||||
// end |
||||
// else if (address_code == ADDR_MODE_ABSOLUTE) |
||||
// begin |
||||
// mem_addr_offset = 1; |
||||
// end |
||||
// end |
||||
// if (state == STATE_FETCH_DATA_2) |
||||
// begin |
||||
// if (address_code == ADDR_MODE_ABSOLUTE) |
||||
// begin |
||||
// mem_addr_offset = 1; |
||||
// end |
||||
// end |
||||
end |
||||
|
||||
endmodule |
||||
@ -0,0 +1,31 @@
@@ -0,0 +1,31 @@
|
||||
`default_nettype none |
||||
module dmux(sel, i_pc, i_a, i_x, i_y, i_sp, i_aux, o_mux); |
||||
input wire [2:0] sel; |
||||
input wire [15:0] i_pc; |
||||
input wire [7:0] i_a; |
||||
input wire [7:0] i_x; |
||||
input wire [7:0] i_y; |
||||
input wire [7:0] i_sp; |
||||
input wire [15:0] i_aux; |
||||
output logic [15:0] o_mux; |
||||
|
||||
`include "parameters.vh" |
||||
|
||||
always_comb |
||||
begin |
||||
o_mux = 0; |
||||
if (sel == DMUX_PC) |
||||
o_mux = i_pc; |
||||
else if (sel == DMUX_A) |
||||
o_mux[15:0] = { 8'h0, i_a }; |
||||
else if (sel == DMUX_X) |
||||
o_mux[15:0] = { 8'h0, i_x }; |
||||
else if (sel == DMUX_Y) |
||||
o_mux[15:0] = { 8'h0, i_y }; |
||||
else if (sel == DMUX_SP) |
||||
o_mux[15:0] = { 8'h1, i_sp }; |
||||
else if (sel == DMUX_AUX) |
||||
o_mux = i_aux; |
||||
end |
||||
|
||||
endmodule |
||||
@ -0,0 +1,32 @@
@@ -0,0 +1,32 @@
|
||||
`default_nettype none |
||||
module mio(clk, i_data, i_addr, i_wr, o_data, o_led); |
||||
|
||||
input wire clk; |
||||
input wire [7:0] i_data; |
||||
input wire [15:0] i_addr; |
||||
input wire i_wr; |
||||
output logic [7:0] o_data; |
||||
output logic [5:0] o_led; |
||||
|
||||
reg [7:0] memory [0:65535]; |
||||
|
||||
initial $readmemh("foo.hex", memory); |
||||
initial begin |
||||
memory[32768] <= 8'h00; |
||||
memory[65532] <= 8'h00; |
||||
memory[65533] <= 8'h00; |
||||
end; |
||||
|
||||
always @(posedge clk) |
||||
o_data <= memory[i_addr]; |
||||
|
||||
always @(posedge clk) |
||||
o_led <= memory[32768]; |
||||
|
||||
always @(posedge clk) |
||||
if (i_wr) |
||||
begin |
||||
memory[i_addr] <= i_data; |
||||
end |
||||
|
||||
endmodule |
||||
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