リセットには同期リセットと非同期リセットがあります。同期リセットと非同 期リセットのどちらを選択するかは、設計思想に関わるため一概にどちらがい いとはいい切れません。一般的にはディジタルシステムの電源投入時のように、 システム全体のリセット(スーパーリセットということもある)は非同期リセッ トにするといわれています。また、今回は Xilinx 社の FPGA を実装対象デバ イスとしていますが、このデバイスでは非同期リセットを使用した方が回路が 小さくなります。そこで今回は非同期リセットを使用します。
KITEマイクロプロセッサでは、プロセッサ内部のレジスタの内容を常時チップ 外に出力しておき、それを観測できるようにしています。そのため、アキュム レータ、スタックポインタ、インデクスレジスタ、プログラムカウンタの各レ ジスタは常時内容を出力しておく出力端子を用意しておいて下さい。(プロセッ サの動作には直接関係ありません。)命令レジスタ、フラグレジスタおよびア ドレスレジスタは常に値を出力しておく必要がありますが、観測信号はこの出 力を利用します。
レジスタの記述は以下を参考にして下さい。
module acc (I, T, O, CLK, RST, W, R);
input [15:0] I;
output [15:0] T;
output [15:0] O;
input CLK;
input RST;
input W;
input R;
reg [15:0] tmp; // for Register
always @( posedge RST or posedge CLK )
begin
if ( RST == 1'b1 )
tmp = ...
else if ( W == 1'b1 )
tmp = ...
end
assign O = ... ;
assign T = ( ... ) ? ... : ... ;
endmodule
１２ビットのレジスタですが、内部バスは１６ビットであるため、バスへの入
出力は１６ビットにします。出力時はレジスタの１２ビットに加え上位４ビッ
トは"0000"にしておきます。
インデクスレジスタとスタックポインタは記述が全く同じなので、ファイルも
１つだけ用意すれば事足ります。
module ... (I, T, O, CLK, RST, W, R);
input [11:0] I;
output [15:0] T;
output [11:0] O;
input CLK;
input RST;
input W;
input R;
reg [11:0] tmp; // for Register
always @( posedge RST or posedge CLK )
begin
if ( RST == 1 )
tmp = ... ;
else if ( W == 1 )
tmp = ... ;
end
assign O = ... ;
assign T = ( ... ) ? ... : ... ;
endmodule
１２ビットのレジスタですが、内部バスは１６ビットであるため、バスへの入 出力は１６ビットにします。出力時はレジスタの１２ビットに加え上位４ビッ トは"0000"にしておきます。次の命令をフェッチするためにプログラムカウン タを＋１するための機能を入れておく必要があります。
module pc (I, T, O, CLK, RST, W, R, P);
input [11:0] I;
output [15:0] T;
output [11:0] O;
input CLK;
input RST;
input W;
input R;
input P;
reg [11:0] tmp; // for Register
always @( posedge RST or posedge CLK )
begin
if ( RST == 1 )
tmp = ... ;
else if ( W == 1 )
tmp = ... ;
else if ( P == 1 )
tmp = ... ;
end
assign O = ... ;
assign T = ( ... ) ? ... : ... ;
endmodule
レジスタの内容は常時出力しておきます。レジスタへの書き込みにおいては、 ３バス構成の場合２つのバスから書換えられるようにしておく必要があります。 リセット信号入力時はレジスタの内容がすべて"１"になるようにします。
module ar (I1, I2, O, CLK, SET, W1, W2);
input [11:0] I1;
input [11:0] I2;
output [11:0] O;
input CLK;
input SET;
input W1;
input W2;
reg [11:0] tmp; // for Register
always @( posedge SET or posedge CLK )
begin
if ( SET == 1 )
tmp = ... ;
else if ( W1 == 1 )
tmp = ... ;
else if ( W2 == 1 )
tmp = ... ;
end
assign O = ... ;
endmodule
レジスタの内容は常時出力しておきます。
module fr (I, O, CLK, RST, W);
input [3:0] I;
output [3:0] O;
input CLK;
input RST;
input W;
reg [3:0] tmp; // for Register
always @( posedge RST or posedge CLK )
begin
if ( RST == 1'b1 )
tmp = ... ;
else if ( W == 1'b1 )
tmp = ... ;
end
assign O = ... ;
endmodule
レジスタの内容は常時出力とバスへの出力が２つあります。さらに、バスへの 出力はそれぞれ２通りの出力の仕方があります。
//
// Instruction Register
//
module ir (I, T1, T2, O, CLK, RST, W, R12, R8P1, R8P2, R8M2);
input [15:0] I;
output [15:0] T1;
output [15:0] T2;
output [15:0] O;
input CLK;
input RST;
input W;
input R12, R8P1, R8P2, R8M2;
reg [15:0] tmp; // for Register
reg [15:0] ... ; // always による組み合わせ回路で必要な宣言
always @( posedge RST or posedge CLK )
begin
if ( RST == 1'b1 ) tmp = ... ; else
if ( W == 1'b1 ) tmp = ... ;
end
assign O = ... ;
//
// Output Control for 1st DATA Bus
//
always @( tmp or R12 or R8P1 )
begin
if ( R12 == 1'b1 ) ... = ... ; else
if ( R8P1 == 1'b1 ) ... = ... ; else
... = ... ;
end
//
// Output Control for 2nd DATA Bus
//
always @( tmp or R8P2 or R8M2 )
begin
if ( R8P2 == 1'b1 ) ... = ... ; else
if ( R8M2 == 1'b1 ) ... = ... ; else
... = ... ;
end
endmodule
レジスタは構成が簡単なので、まず間違えることはないと思います。
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レジスタの動作をシミュレーションによりチェックする場合はこちらへ。
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