parent
0ed81ff1a8
commit
b6754f002c
112
rtl/core/div.v
112
rtl/core/div.v
|
@ -18,7 +18,7 @@
|
||||||
|
|
||||||
// 除法模块
|
// 除法模块
|
||||||
// 试商法实现32位整数除法
|
// 试商法实现32位整数除法
|
||||||
// 每次除法运算至少需要32个时钟周期才能完成
|
// 每次除法运算需要33个时钟周期才能完成
|
||||||
module div(
|
module div(
|
||||||
|
|
||||||
input wire clk,
|
input wire clk,
|
||||||
|
@ -32,91 +32,104 @@ module div(
|
||||||
input wire[`RegAddrBus] reg_waddr_i, // 运算结束后需要写的寄存器
|
input wire[`RegAddrBus] reg_waddr_i, // 运算结束后需要写的寄存器
|
||||||
|
|
||||||
// to ex
|
// to ex
|
||||||
output reg[`DoubleRegBus] result_o, // 除法结果,高32位是余数,低32位是商
|
output reg[`RegBus] result_o, // 除法结果
|
||||||
output reg ready_o, // 运算结束信号
|
output reg ready_o, // 运算结束信号
|
||||||
output wire busy_o, // 正在运算信号
|
output reg busy_o, // 正在运算信号
|
||||||
output reg[2:0] op_o, // 具体是哪一条指令
|
|
||||||
output reg[`RegAddrBus] reg_waddr_o // 运算结束后需要写的寄存器
|
output reg[`RegAddrBus] reg_waddr_o // 运算结束后需要写的寄存器
|
||||||
|
|
||||||
);
|
);
|
||||||
|
|
||||||
// 状态定义
|
// 状态定义
|
||||||
localparam STATE_IDLE = 0;
|
localparam STATE_IDLE = 4'b0001;
|
||||||
localparam STATE_START = 1;
|
localparam STATE_START = 4'b0010;
|
||||||
localparam STATE_INVERT = 2;
|
localparam STATE_INVERT = 4'b0100;
|
||||||
localparam STATE_END = 3;
|
localparam STATE_END = 4'b1000;
|
||||||
|
|
||||||
reg[`RegBus] dividend_temp;
|
reg[`RegBus] dividend_temp;
|
||||||
reg[`RegBus] divisor_temp;
|
reg[`RegBus] divisor_temp;
|
||||||
reg[1:0] state;
|
reg[3:0] state;
|
||||||
reg[6:0] count;
|
reg[31:0] count;
|
||||||
reg[`RegBus] div_result;
|
reg[`RegBus] div_result;
|
||||||
reg[`RegBus] div_remain;
|
reg[`RegBus] div_remain;
|
||||||
reg[`RegBus] minuend;
|
reg[`RegBus] minuend;
|
||||||
reg[`RegBus] divisor_zero_result;
|
|
||||||
reg invert_result;
|
reg invert_result;
|
||||||
|
reg inst_div;
|
||||||
|
reg inst_divu;
|
||||||
|
|
||||||
|
wire[31:0] dividend_invert = -dividend_i;
|
||||||
|
wire[31:0] divisor_invert = -divisor_i;
|
||||||
|
wire[31:0] minuend_sub_res = minuend - divisor_temp;
|
||||||
|
wire minuend_ge_divisor = minuend >= divisor_temp;
|
||||||
|
|
||||||
assign busy_o = (state != STATE_IDLE)? `True : `False;
|
wire op_div = (op_i == `INST_DIV);
|
||||||
|
wire op_divu = (op_i == `INST_DIVU);
|
||||||
|
wire op_rem = (op_i == `INST_REM);
|
||||||
|
wire op_remu = (op_i == `INST_REMU);
|
||||||
|
|
||||||
// 状态机实现
|
// 状态机实现
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
always @ (posedge clk) begin
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
if (rst == `RstEnable) begin
|
||||||
state <= STATE_IDLE;
|
state <= STATE_IDLE;
|
||||||
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
||||||
result_o <= {`ZeroWord, `ZeroWord};
|
result_o <= `ZeroWord;
|
||||||
div_result <= `ZeroWord;
|
div_result <= `ZeroWord;
|
||||||
div_remain <= `ZeroWord;
|
div_remain <= `ZeroWord;
|
||||||
divisor_zero_result <= ~32'b00000001 + 1'b1;
|
|
||||||
op_o <= 3'h0;
|
|
||||||
reg_waddr_o <= `ZeroWord;
|
reg_waddr_o <= `ZeroWord;
|
||||||
dividend_temp <= `ZeroWord;
|
dividend_temp <= `ZeroWord;
|
||||||
divisor_temp <= `ZeroWord;
|
divisor_temp <= `ZeroWord;
|
||||||
|
minuend <= `ZeroWord;
|
||||||
|
count <= `ZeroWord;
|
||||||
invert_result <= 1'b0;
|
invert_result <= 1'b0;
|
||||||
|
busy_o <= `False;
|
||||||
|
inst_div <= 1'b0;
|
||||||
|
inst_divu <= 1'b0;
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
case (state)
|
case (state)
|
||||||
STATE_IDLE: begin
|
STATE_IDLE: begin
|
||||||
|
busy_o <= `False;
|
||||||
if (start_i == `DivStart) begin
|
if (start_i == `DivStart) begin
|
||||||
op_o <= op_i;
|
|
||||||
reg_waddr_o <= reg_waddr_i;
|
reg_waddr_o <= reg_waddr_i;
|
||||||
|
inst_div <= op_div;
|
||||||
|
inst_divu <= op_divu;
|
||||||
|
|
||||||
// 除数为0
|
// 除数为0
|
||||||
if (divisor_i == `ZeroWord) begin
|
if (divisor_i == `ZeroWord) begin
|
||||||
ready_o <= `DivResultReady;
|
ready_o <= `DivResultReady;
|
||||||
result_o <= {dividend_i, divisor_zero_result};
|
if (op_div | op_divu) begin
|
||||||
|
result_o <= 32'hffffffff;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
result_o <= dividend_i;
|
||||||
|
end
|
||||||
// 除数不为0
|
// 除数不为0
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
count <= 7'd31;
|
count <= 32'h80000000;
|
||||||
state <= STATE_START;
|
state <= STATE_START;
|
||||||
div_result <= `ZeroWord;
|
|
||||||
div_remain <= `ZeroWord;
|
|
||||||
|
|
||||||
// DIV和REM这两条指令是有符号数运算
|
// DIV和REM这两条指令是有符号数运算
|
||||||
if ((op_i == `INST_DIV) || (op_i == `INST_REM)) begin
|
if ((op_div) || (op_rem)) begin
|
||||||
// 被除数求补码
|
// 被除数求补码
|
||||||
if (dividend_i[31] == 1'b1) begin
|
if (dividend_i[31] == 1'b1) begin
|
||||||
dividend_temp <= ~dividend_i + 1;
|
dividend_temp <= dividend_invert;
|
||||||
minuend <= ((~dividend_i + 1) >> 7'd31) & 1'b1;
|
minuend <= dividend_invert[31];
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
dividend_temp <= dividend_i;
|
dividend_temp <= dividend_i;
|
||||||
minuend <= (dividend_i >> 7'd31) & 1'b1;
|
minuend <= dividend_i[31];
|
||||||
end
|
end
|
||||||
// 除数求补码
|
// 除数求补码
|
||||||
if (divisor_i[31] == 1'b1) begin
|
if (divisor_i[31] == 1'b1) begin
|
||||||
divisor_temp <= ~divisor_i + 1;
|
divisor_temp <= divisor_invert;
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
divisor_temp <= divisor_i;
|
divisor_temp <= divisor_i;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
dividend_temp <= dividend_i;
|
dividend_temp <= dividend_i;
|
||||||
minuend <= (dividend_i >> 7'd31) & 1'b1;
|
minuend <= dividend_i[31];
|
||||||
divisor_temp <= divisor_i;
|
divisor_temp <= divisor_i;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
|
|
||||||
// 运算结束后是否要对结果取补码
|
// 运算结束后是否要对结果取补码
|
||||||
if (((op_i == `INST_DIV) && (dividend_i[31] ^ divisor_i[31] == 1'b1))
|
if (((op_div) && (dividend_i[31] ^ divisor_i[31] == 1'b1))
|
||||||
|| ((op_i == `INST_REM) && (dividend_i[31] == 1'b1))) begin
|
|| ((op_rem) && (dividend_i[31] == 1'b1))) begin
|
||||||
invert_result <= 1'b1;
|
invert_result <= 1'b1;
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
invert_result <= 1'b0;
|
invert_result <= 1'b0;
|
||||||
|
@ -124,60 +137,65 @@ module div(
|
||||||
end
|
end
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
||||||
result_o <= {`ZeroWord, `ZeroWord};
|
result_o <= `ZeroWord;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
end
|
end
|
||||||
|
|
||||||
STATE_START: begin
|
STATE_START: begin
|
||||||
|
busy_o <= `True;
|
||||||
if (start_i == `DivStart) begin
|
if (start_i == `DivStart) begin
|
||||||
if (count >= 7'd1) begin
|
div_result <= {div_result[30:0], minuend_ge_divisor};
|
||||||
if (minuend >= divisor_temp) begin
|
if (|count) begin
|
||||||
div_result <= (div_result << 1'b1) | 1'b1;
|
if (minuend_ge_divisor) begin
|
||||||
minuend <= ((minuend - divisor_temp) << 1'b1) | ((dividend_temp >> (count - 1'b1)) & 1'b1);
|
minuend <= {minuend_sub_res[30:0], dividend_temp[31]};
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
div_result <= (div_result << 1'b1) | 1'b0;
|
minuend <= {minuend[30:0], dividend_temp[31]};
|
||||||
minuend <= (minuend << 1'b1) | ((dividend_temp >> (count - 1'b1)) & 1'b1);
|
|
||||||
end
|
end
|
||||||
count <= count - 1'b1;
|
count <= {1'b0, count[31:1]};
|
||||||
|
dividend_temp <= {dividend_temp[30:0], 1'b0};
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
state <= STATE_INVERT;
|
state <= STATE_INVERT;
|
||||||
if (minuend >= divisor_temp) begin
|
if (minuend_ge_divisor) begin
|
||||||
div_result <= (div_result << 1'b1) | 1'b1;
|
div_remain <= minuend_sub_res;
|
||||||
div_remain <= minuend - divisor_temp;
|
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
div_result <= (div_result << 1'b1) | 1'b0;
|
|
||||||
div_remain <= minuend;
|
div_remain <= minuend;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
end
|
end
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
||||||
result_o <= {`ZeroWord, `ZeroWord};
|
result_o <= `ZeroWord;
|
||||||
state <= STATE_IDLE;
|
state <= STATE_IDLE;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
end
|
end
|
||||||
|
|
||||||
STATE_INVERT: begin
|
STATE_INVERT: begin
|
||||||
|
busy_o <= `True;
|
||||||
if (start_i == `DivStart) begin
|
if (start_i == `DivStart) begin
|
||||||
if (invert_result == 1'b1) begin
|
if (invert_result == 1'b1) begin
|
||||||
div_result <= ~div_result + 1'b1;
|
div_result <= -div_result;
|
||||||
div_remain <= ~div_remain + 1'b1;
|
div_remain <= -div_remain;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
state <= STATE_END;
|
state <= STATE_END;
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
||||||
result_o <= {`ZeroWord, `ZeroWord};
|
result_o <= `ZeroWord;
|
||||||
state <= STATE_IDLE;
|
state <= STATE_IDLE;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
end
|
end
|
||||||
|
|
||||||
STATE_END: begin
|
STATE_END: begin
|
||||||
|
busy_o <= `False;
|
||||||
if (start_i == `DivStart) begin
|
if (start_i == `DivStart) begin
|
||||||
ready_o <= `DivResultReady;
|
ready_o <= `DivResultReady;
|
||||||
result_o <= {div_remain, div_result};
|
if (inst_div | inst_divu) begin
|
||||||
|
result_o <= div_result;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
result_o <= div_remain;
|
||||||
|
end
|
||||||
state <= STATE_IDLE;
|
state <= STATE_IDLE;
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
state <= STATE_IDLE;
|
state <= STATE_IDLE;
|
||||||
result_o <= {`ZeroWord, `ZeroWord};
|
result_o <= `ZeroWord;
|
||||||
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
end
|
end
|
||||||
|
|
|
@ -44,9 +44,8 @@ module ex(
|
||||||
|
|
||||||
// from div
|
// from div
|
||||||
input wire div_ready_i, // 除法运算完成标志
|
input wire div_ready_i, // 除法运算完成标志
|
||||||
input wire[`DoubleRegBus] div_result_i, // 除法运算结果
|
input wire[`RegBus] div_result_i, // 除法运算结果
|
||||||
input wire div_busy_i, // 除法运算忙标志
|
input wire div_busy_i, // 除法运算忙标志
|
||||||
input wire[2:0] div_op_i, // 具体是哪一条除法指令
|
|
||||||
input wire[`RegAddrBus] div_reg_waddr_i,// 除法运算结束后要写的寄存器地址
|
input wire[`RegAddrBus] div_reg_waddr_i,// 除法运算结束后要写的寄存器地址
|
||||||
|
|
||||||
// to mem
|
// to mem
|
||||||
|
@ -251,23 +250,9 @@ module ex(
|
||||||
div_start = `DivStop;
|
div_start = `DivStop;
|
||||||
div_hold_flag = `HoldDisable;
|
div_hold_flag = `HoldDisable;
|
||||||
if (div_ready_i == `DivResultReady) begin
|
if (div_ready_i == `DivResultReady) begin
|
||||||
case (div_op_i)
|
div_wdata = div_result_i;
|
||||||
`INST_DIV, `INST_DIVU: begin
|
|
||||||
div_wdata = div_result_i[31:0];
|
|
||||||
div_waddr = div_reg_waddr_i;
|
div_waddr = div_reg_waddr_i;
|
||||||
div_we = `WriteEnable;
|
div_we = `WriteEnable;
|
||||||
end
|
|
||||||
`INST_REM, `INST_REMU: begin
|
|
||||||
div_wdata = div_result_i[63:32];
|
|
||||||
div_waddr = div_reg_waddr_i;
|
|
||||||
div_we = `WriteEnable;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
default: begin
|
|
||||||
div_wdata = `ZeroWord;
|
|
||||||
div_waddr = `ZeroWord;
|
|
||||||
div_we = `WriteDisable;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
endcase
|
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
div_we = `WriteDisable;
|
div_we = `WriteDisable;
|
||||||
div_wdata = `ZeroWord;
|
div_wdata = `ZeroWord;
|
||||||
|
@ -822,7 +807,7 @@ module ex(
|
||||||
end
|
end
|
||||||
endcase
|
endcase
|
||||||
end
|
end
|
||||||
`INST_JAL: begin
|
`INST_JAL, `INST_JALR: begin
|
||||||
hold_flag = `HoldDisable;
|
hold_flag = `HoldDisable;
|
||||||
mem_wdata_o = `ZeroWord;
|
mem_wdata_o = `ZeroWord;
|
||||||
mem_raddr_o = `ZeroWord;
|
mem_raddr_o = `ZeroWord;
|
||||||
|
@ -832,27 +817,7 @@ module ex(
|
||||||
jump_addr = op1_jump_add_op2_jump_res;
|
jump_addr = op1_jump_add_op2_jump_res;
|
||||||
reg_wdata = op1_add_op2_res;
|
reg_wdata = op1_add_op2_res;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
`INST_JALR: begin
|
`INST_LUI, `INST_AUIPC: begin
|
||||||
hold_flag = `HoldDisable;
|
|
||||||
mem_wdata_o = `ZeroWord;
|
|
||||||
mem_raddr_o = `ZeroWord;
|
|
||||||
mem_waddr_o = `ZeroWord;
|
|
||||||
mem_we = `WriteDisable;
|
|
||||||
jump_flag = `JumpEnable;
|
|
||||||
jump_addr = op1_jump_add_op2_jump_res;
|
|
||||||
reg_wdata = op1_add_op2_res;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
`INST_LUI: begin
|
|
||||||
hold_flag = `HoldDisable;
|
|
||||||
mem_wdata_o = `ZeroWord;
|
|
||||||
mem_raddr_o = `ZeroWord;
|
|
||||||
mem_waddr_o = `ZeroWord;
|
|
||||||
mem_we = `WriteDisable;
|
|
||||||
jump_addr = `ZeroWord;
|
|
||||||
jump_flag = `JumpDisable;
|
|
||||||
reg_wdata = op1_add_op2_res;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
`INST_AUIPC: begin
|
|
||||||
hold_flag = `HoldDisable;
|
hold_flag = `HoldDisable;
|
||||||
mem_wdata_o = `ZeroWord;
|
mem_wdata_o = `ZeroWord;
|
||||||
mem_raddr_o = `ZeroWord;
|
mem_raddr_o = `ZeroWord;
|
||||||
|
|
|
@ -124,10 +124,9 @@ module tinyriscv(
|
||||||
wire[`InstAddrBus] ctrl_jump_addr_o;
|
wire[`InstAddrBus] ctrl_jump_addr_o;
|
||||||
|
|
||||||
// div模块输出信号
|
// div模块输出信号
|
||||||
wire[`DoubleRegBus] div_result_o;
|
wire[`RegBus] div_result_o;
|
||||||
wire div_ready_o;
|
wire div_ready_o;
|
||||||
wire div_busy_o;
|
wire div_busy_o;
|
||||||
wire[2:0] div_op_o;
|
|
||||||
wire[`RegAddrBus] div_reg_waddr_o;
|
wire[`RegAddrBus] div_reg_waddr_o;
|
||||||
|
|
||||||
// clint模块输出信号
|
// clint模块输出信号
|
||||||
|
@ -313,7 +312,6 @@ module tinyriscv(
|
||||||
.div_ready_i(div_ready_o),
|
.div_ready_i(div_ready_o),
|
||||||
.div_result_i(div_result_o),
|
.div_result_i(div_result_o),
|
||||||
.div_busy_i(div_busy_o),
|
.div_busy_i(div_busy_o),
|
||||||
.div_op_i(div_op_o),
|
|
||||||
.div_reg_waddr_i(div_reg_waddr_o),
|
.div_reg_waddr_i(div_reg_waddr_o),
|
||||||
.div_start_o(ex_div_start_o),
|
.div_start_o(ex_div_start_o),
|
||||||
.div_dividend_o(ex_div_dividend_o),
|
.div_dividend_o(ex_div_dividend_o),
|
||||||
|
@ -340,7 +338,6 @@ module tinyriscv(
|
||||||
.result_o(div_result_o),
|
.result_o(div_result_o),
|
||||||
.ready_o(div_ready_o),
|
.ready_o(div_ready_o),
|
||||||
.busy_o(div_busy_o),
|
.busy_o(div_busy_o),
|
||||||
.op_o(div_op_o),
|
|
||||||
.reg_waddr_o(div_reg_waddr_o)
|
.reg_waddr_o(div_reg_waddr_o)
|
||||||
);
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
|
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