Add SAP-1 code
This commit is contained in:
parent
1ffabc4e7b
commit
7590cd0cf3
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@ -0,0 +1,58 @@
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#!/usr/bin/env bash
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set -e
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SRC_DIR=$(pwd)/src
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BUILD_DIR=$(pwd)/.build
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APIO_HOME_DIR=$(pwd)/.apio
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BIN_DIR=$APIO_HOME_DIR/packages/tools-oss-cad-suite/bin
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COMMAND=$1
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VERSION=$2
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MODULES="
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$SRC_DIR/adder.v
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$SRC_DIR/clock.v
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$SRC_DIR/controller.v
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$SRC_DIR/ir.v
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$SRC_DIR/memory.v
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$SRC_DIR/pc.v
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$SRC_DIR/reg_a.v
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||||||
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$SRC_DIR/reg_b.v"
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TOP=$SRC_DIR/top.v
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TB=$SRC_DIR/top_tb.v
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if [ -z "$COMMAND" ]; then
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mkdir -p $BUILD_DIR
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pushd $BUILD_DIR > /dev/null
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$BIN_DIR/yosys -q -p "synth_ice40 -json hardware.json" $MODULES $TOP
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$BIN_DIR/nextpnr-ice40 --lp8k --package cm81 --json hardware.json --asc hardware.asc --pcf $SRC_DIR/pins.pcf -q
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$BIN_DIR/icepack hardware.asc hardware.bin
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popd > /dev/null
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elif [ "$COMMAND" == "init" ]; then
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virtualenv .env
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source .env/bin/activate
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pip install apio tinyprog
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export APIO_HOME_DIR=$APIO_HOME_DIR
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apio install oss-cad-suite
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elif [ "$COMMAND" == "clean" ]; then
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rm -r $BUILD_DIR
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elif [ "$COMMAND" == "program" ]; then
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||||||
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source .env/bin/activate
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sudo tinyprog -p $BUILD_DIR/hardware.bin
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||||||
|
elif [ "$COMMAND" == "sim" ]; then
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mkdir -p $BUILD_DIR
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||||||
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||||||
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pushd $SRC_DIR > /dev/null
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||||||
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$BIN_DIR/iverilog -o $BUILD_DIR/top_tb $MODULES $TB
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$BIN_DIR/vvp $BUILD_DIR/top_tb
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|
mv top_tb.vcd $BUILD_DIR/
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popd > /dev/null
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|
gtkwave $BUILD_DIR/top_tb.vcd $BUILD_DIR/top_tb.gtkw
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|
else
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|
echo "Invalid arguments"
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|
fi
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||||||
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@ -0,0 +1,14 @@
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||||||
|
module adder(
|
||||||
|
input[7:0] a,
|
||||||
|
input[7:0] b,
|
||||||
|
input sub,
|
||||||
|
input en,
|
||||||
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output[7:0] bus);
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||||||
|
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||||||
|
assign bus =
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|
(en) ?
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((sub) ? a-b : a+b) :
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8'bz;
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||||||
|
endmodule
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||||||
|
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@ -0,0 +1,9 @@
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||||||
|
module clock(
|
||||||
|
input hlt,
|
||||||
|
input clk_in,
|
||||||
|
output clk_out);
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||||||
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||||||
|
assign clk_out = (hlt) ? 1'b0 : clk_in;
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||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,123 @@
|
||||||
|
module controller(
|
||||||
|
input clk,
|
||||||
|
input[3:0] instr,
|
||||||
|
output reg[11:0] ctrl_word);
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||||||
|
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||||||
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localparam SIG_HLT = 11;
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||||||
|
localparam SIG_PC_INC = 10;
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||||||
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localparam SIG_PC_EN = 9;
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||||||
|
localparam SIG_MEM_LOAD = 8;
|
||||||
|
localparam SIG_MEM_EN = 7;
|
||||||
|
localparam SIG_IR_LOAD = 6;
|
||||||
|
localparam SIG_IR_EN = 5;
|
||||||
|
localparam SIG_A_LOAD = 4;
|
||||||
|
localparam SIG_A_EN = 3;
|
||||||
|
localparam SIG_B_LOAD = 2;
|
||||||
|
localparam SIG_ADDER_SUB = 1;
|
||||||
|
localparam SIG_ADDER_EN = 0;
|
||||||
|
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||||||
|
localparam OP_LDA = 4'b0000;
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||||||
|
localparam OP_ADD = 4'b0001;
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||||||
|
localparam OP_SUB = 4'b0010;
|
||||||
|
localparam OP_HLT = 4'b1111;
|
||||||
|
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||||||
|
reg[2:0] stage = 0;
|
||||||
|
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||||||
|
always @(negedge clk) begin
|
||||||
|
if (stage == 6) begin
|
||||||
|
stage <= 1;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
stage <= stage + 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
always @(*) begin
|
||||||
|
case (stage)
|
||||||
|
1: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_PC_EN] = 1;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_MEM_LOAD] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
2: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_PC_INC] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
3: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_MEM_EN] = 1;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_IR_LOAD] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
4: begin
|
||||||
|
case (instr)
|
||||||
|
OP_LDA: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_IR_EN] = 1;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_MEM_LOAD] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_ADD: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_IR_EN] = 1;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_MEM_LOAD] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_SUB: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_IR_EN] = 1;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_MEM_LOAD] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_HLT: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_HLT] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
default: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
endcase
|
||||||
|
end
|
||||||
|
5: begin
|
||||||
|
case (instr)
|
||||||
|
OP_LDA: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_MEM_EN] = 1;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_A_LOAD] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_ADD: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_MEM_EN] = 1;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_B_LOAD] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_SUB: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_MEM_EN] = 1;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_B_LOAD] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
default: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
endcase
|
||||||
|
end
|
||||||
|
6: begin
|
||||||
|
case (instr)
|
||||||
|
OP_ADD: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_ADDER_EN] = 1;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_A_LOAD] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
OP_SUB: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_ADDER_SUB] = 1;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_ADDER_EN] = 1;
|
||||||
|
ctrl_word[SIG_A_LOAD] = 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
default: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
endcase
|
||||||
|
end
|
||||||
|
default: begin
|
||||||
|
ctrl_word = 12'b0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
endcase
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,23 @@
|
||||||
|
module ir(
|
||||||
|
input clk,
|
||||||
|
input clr,
|
||||||
|
input load,
|
||||||
|
input en,
|
||||||
|
inout[7:0] bus,
|
||||||
|
output[3:0] instr);
|
||||||
|
|
||||||
|
reg[7:0] ir = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
always @(posedge clk or posedge clr) begin
|
||||||
|
if (clr) begin
|
||||||
|
ir <= 8'b0;
|
||||||
|
end else if (load) begin
|
||||||
|
ir <= bus;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
assign instr = ir[7:4];
|
||||||
|
assign bus = (en) ? ir[3:0] : 8'bz;
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,24 @@
|
||||||
|
module memory(
|
||||||
|
input clk,
|
||||||
|
input load,
|
||||||
|
input en,
|
||||||
|
inout[7:0] bus
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
initial begin
|
||||||
|
$readmemh("program.bin", ram);
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
reg[3:0] mar = 0;
|
||||||
|
reg[7:0] ram[0:15];
|
||||||
|
|
||||||
|
always @(posedge clk) begin
|
||||||
|
if (load) begin
|
||||||
|
mar <= bus[3:0];
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
assign bus = (en) ? ram[mar] : 8'bz;
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,22 @@
|
||||||
|
module pc(
|
||||||
|
input clk,
|
||||||
|
input clr,
|
||||||
|
input inc,
|
||||||
|
input en,
|
||||||
|
output[7:0] bus
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
reg[3:0] pc = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
always @(posedge clk or posedge clr) begin
|
||||||
|
if (clr) begin
|
||||||
|
pc <= 4'b0;
|
||||||
|
end else if (inc) begin
|
||||||
|
pc <= pc + 1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
assign bus = (en) ? pc : 8'bz;
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,2 @@
|
||||||
|
set_io --warn-no-port CLK B2 # input
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,16 @@
|
||||||
|
0D
|
||||||
|
1E
|
||||||
|
2F
|
||||||
|
F0
|
||||||
|
00
|
||||||
|
00
|
||||||
|
00
|
||||||
|
00
|
||||||
|
00
|
||||||
|
00
|
||||||
|
00
|
||||||
|
00
|
||||||
|
00
|
||||||
|
03
|
||||||
|
04
|
||||||
|
02
|
|
@ -0,0 +1,20 @@
|
||||||
|
module reg_a(
|
||||||
|
input clk,
|
||||||
|
input load,
|
||||||
|
input en,
|
||||||
|
inout[7:0] bus,
|
||||||
|
output[7:0] val);
|
||||||
|
|
||||||
|
reg[7:0] reg_a = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
always @(posedge clk) begin
|
||||||
|
if (load) begin
|
||||||
|
reg_a <= bus;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
assign bus = (en) ? reg_a : 8'bz;
|
||||||
|
assign val = reg_a;
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,18 @@
|
||||||
|
module reg_b(
|
||||||
|
input clk,
|
||||||
|
input load,
|
||||||
|
input[7:0] bus,
|
||||||
|
output[7:0] val);
|
||||||
|
|
||||||
|
reg[7:0] reg_b = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
always @(posedge clk) begin
|
||||||
|
if (load) begin
|
||||||
|
reg_b <= bus;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
assign val = reg_b;
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,97 @@
|
||||||
|
module top(
|
||||||
|
input CLK);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire[7:0] bus;
|
||||||
|
|
||||||
|
wire clk;
|
||||||
|
wire hlt;
|
||||||
|
clock clock(
|
||||||
|
.hlt(hlt),
|
||||||
|
.clk_in(CLK),
|
||||||
|
.clk_out(clk)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire clr;
|
||||||
|
wire pc_en;
|
||||||
|
wire pc_inc;
|
||||||
|
pc pc(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.clr(clr),
|
||||||
|
.inc(pc_inc),
|
||||||
|
.en(pc_en),
|
||||||
|
.bus(bus)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire a_load;
|
||||||
|
wire a_en;
|
||||||
|
wire[7:0] a_val;
|
||||||
|
reg_a reg_a(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.load(a_load),
|
||||||
|
.en(a_en),
|
||||||
|
.bus(bus),
|
||||||
|
.val(a_val)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire b_load;
|
||||||
|
wire[7:0] b_val;
|
||||||
|
reg_b reg_b(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.load(b_load),
|
||||||
|
.bus(bus),
|
||||||
|
.val(b_val)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire adder_sub;
|
||||||
|
wire adder_en;
|
||||||
|
adder adder(
|
||||||
|
.a(a_val),
|
||||||
|
.b(b_val),
|
||||||
|
.sub(adder_sub),
|
||||||
|
.en(adder_en),
|
||||||
|
.bus(bus)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire mar_load;
|
||||||
|
wire mem_en;
|
||||||
|
memory mem(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.load(mar_load),
|
||||||
|
.en(mem_en),
|
||||||
|
.bus(bus)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire ir_load;
|
||||||
|
wire ir_en;
|
||||||
|
wire[3:0] ir_instr;
|
||||||
|
ir ir(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.clr(clr),
|
||||||
|
.load(ir_load),
|
||||||
|
.en(ir_en),
|
||||||
|
.bus(bus),
|
||||||
|
.instr(ir_instr)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
controller controller(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.instr(ir_instr),
|
||||||
|
.ctrl_word(
|
||||||
|
{
|
||||||
|
hlt,
|
||||||
|
pc_inc,
|
||||||
|
pc_en,
|
||||||
|
mar_load,
|
||||||
|
mem_en,
|
||||||
|
ir_load,
|
||||||
|
ir_en,
|
||||||
|
a_load,
|
||||||
|
a_en,
|
||||||
|
b_load,
|
||||||
|
adder_sub,
|
||||||
|
adder_en
|
||||||
|
})
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,109 @@
|
||||||
|
module top_tb();
|
||||||
|
|
||||||
|
initial begin
|
||||||
|
$dumpfile("top_tb.vcd");
|
||||||
|
$dumpvars(0, top_tb);
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
reg clk_in = 0;
|
||||||
|
integer i;
|
||||||
|
initial begin
|
||||||
|
for (i = 0; i < 128; i++) begin
|
||||||
|
#1 clk_in = ~clk_in;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
wire clk;
|
||||||
|
wire hlt;
|
||||||
|
wire clr;
|
||||||
|
wire[7:0] bus;
|
||||||
|
|
||||||
|
clock clock(
|
||||||
|
.hlt(hlt),
|
||||||
|
.clk_in(clk_in),
|
||||||
|
.clk_out(clk)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire pc_en;
|
||||||
|
wire pc_inc;
|
||||||
|
pc pc(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.clr(clr),
|
||||||
|
.inc(pc_inc),
|
||||||
|
.en(pc_en),
|
||||||
|
.bus(bus)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire a_load;
|
||||||
|
wire a_en;
|
||||||
|
wire[7:0] a_val;
|
||||||
|
reg_a reg_a(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.load(a_load),
|
||||||
|
.en(a_en),
|
||||||
|
.bus(bus),
|
||||||
|
.val(a_val)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire b_load;
|
||||||
|
wire[7:0] b_val;
|
||||||
|
reg_b reg_b(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.load(b_load),
|
||||||
|
.bus(bus),
|
||||||
|
.val(b_val)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire adder_sub;
|
||||||
|
wire adder_en;
|
||||||
|
adder adder(
|
||||||
|
.a(a_val),
|
||||||
|
.b(b_val),
|
||||||
|
.sub(adder_sub),
|
||||||
|
.en(adder_en),
|
||||||
|
.bus(bus)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire mar_load;
|
||||||
|
wire mem_en;
|
||||||
|
memory mem(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.load(mar_load),
|
||||||
|
.en(mem_en),
|
||||||
|
.bus(bus)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
wire ir_load;
|
||||||
|
wire ir_en;
|
||||||
|
wire[3:0] ir_instr;
|
||||||
|
ir ir(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.clr(clr),
|
||||||
|
.load(ir_load),
|
||||||
|
.en(ir_en),
|
||||||
|
.bus(bus),
|
||||||
|
.instr(ir_instr)
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
controller controller(
|
||||||
|
.clk(clk),
|
||||||
|
.instr(ir_instr),
|
||||||
|
.ctrl_word(
|
||||||
|
{
|
||||||
|
hlt,
|
||||||
|
pc_inc,
|
||||||
|
pc_en,
|
||||||
|
mar_load,
|
||||||
|
mem_en,
|
||||||
|
ir_load,
|
||||||
|
ir_en,
|
||||||
|
a_load,
|
||||||
|
a_en,
|
||||||
|
b_load,
|
||||||
|
adder_sub,
|
||||||
|
adder_en
|
||||||
|
})
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
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