1 `include "ARM_Constants.v"
 
   5         input Nrst,     /* XXX not used yet */
 
   7         input stall,    /* pipeline control */
 
   8         input flush,    /* XXX not used yet */
 
  10         input inbubble, /* stage inputs */
 
  15         output reg outstall = 0,        /* stage outputs */
 
  16         output reg outbubble = 1,
 
  17         output reg [31:0] outpc = 0,
 
  18         output reg [31:0] outinsn = 0
 
  22 `ifdef COPY_PASTA_FODDER
 
  23         /* from page 2 of ARM7TDMIvE2.pdf */
 
  25         `DECODE_ALU_MULT:       /* Multiply -- must come before ALU, because it pattern matches a specific case of ALU */
 
  26 //      `DECODE_ALU_MUL_LONG:   /* Multiply long */
 
  27         `DECODE_ALU_MRS:        /* MRS (Transfer PSR to register) */
 
  28         `DECODE_ALU_MSR:        /* MSR (Transfer register to PSR) */
 
  29         `DECODE_ALU_MSR_FLAGS:  /* MSR (Transfer register or immediate to PSR, flag bits only) */
 
  30         `DECODE_ALU_SWP:        /* Atomic swap */
 
  31         `DECODE_ALU_BX:         /* Branch */
 
  32         `DECODE_ALU_HDATA_REG:  /* Halfword transfer - register offset */
 
  33         `DECODE_ALU_HDATA_IMM:  /* Halfword transfer - immediate offset */
 
  34         `DECODE_ALU:            /* ALU */
 
  35         `DECODE_LDRSTR_UNDEFINED:       /* Undefined. I hate ARM */
 
  36         `DECODE_LDRSTR:         /* Single data transfer */
 
  37         `DECODE_LDMSTM:         /* Block data transfer */
 
  38         `DECODE_BRANCH:         /* Branch */
 
  39         `DECODE_LDCSTC:         /* Coprocessor data transfer */
 
  40         `DECODE_CDP:            /* Coprocessor data op */
 
  41         `DECODE_MRCMCR:         /* Coprocessor register transfer */
 
  42         `DECODE_SWI:            /* SWI */
 
  43         default:                /* X everything else out */
 
  53         function [15:0] idxbit;
 
  58                         idxbit = (16'b1) << r;
 
  61         wire [3:0] rn = insn[19:16];
 
  62         wire [3:0] rd = insn[15:12];
 
  63         wire [3:0] rs = insn[11:8];
 
  64         wire [3:0] rm = insn[3:0];
 
  65         wire [3:0] cond = insn[31:28];
 
  67         wire [3:0] rd_mul = insn[19:16];
 
  68         wire [3:0] rn_mul = insn[15:12];
 
  69         wire [3:0] rs_mul = insn[11:8];
 
  71         wire [3:0] alu_opc = insn[24:21];
 
  73         function alu_is_logical;
 
  77                 `ALU_AND,`ALU_EOR,`ALU_TST,`ALU_TEQ,`ALU_ORR,`ALU_MOV,`ALU_BIC,`ALU_MVN: alu_is_logical = 1;
 
  78                 default: alu_is_logical = 0;
 
  82         function alu_flags_only;
 
  86                 `ALU_TST,`ALU_TEQ,`ALU_CMP,`ALU_CMN: alu_flags_only = 1;
 
  87                 default: alu_flags_only = 0;
 
  91         function shift_requires_carry;
 
  95                 `SHIFT_LSL: shift_requires_carry = (shift[7:2] == 0);
 
  96                 `SHIFT_LSR: shift_requires_carry = 0;
 
  97                 `SHIFT_ASR: shift_requires_carry = 0;
 
  98                 `SHIFT_ROR: shift_requires_carry = (shift[7:2] == 0);
 
 104                 `DECODE_ALU_MULT:       /* Multiply -- must come before ALU, because it pattern matches a specific case of ALU */
 
 106                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 107                         use_regs = (insn[21] /* accum */ ? idxbit(rn_mul) : 0) | idxbit(rs_mul) | idxbit(rm);
 
 108                         def_cpsr = insn[20] /* setcc */;
 
 109                         def_regs = idxbit(rd_mul);
 
 111 //              `DECODE_ALU_MUL_LONG:   /* Multiply long */
 
 112                 `DECODE_ALU_MRS:        /* MRS (Transfer PSR to register) */
 
 114                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond) || (insn[22] == 0) /* Source = CPSR */;
 
 117                         def_regs = idxbit(rd);
 
 119                 `DECODE_ALU_MSR:        /* MSR (Transfer register to PSR) */
 
 121                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 122                         use_regs = idxbit(rm);
 
 126                 `DECODE_ALU_MSR_FLAGS:  /* MSR (Transfer register or immediate to PSR, flag bits only) */
 
 128                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 129                         use_regs = insn[25] ? 0 : idxbit(rm);
 
 133                 `DECODE_ALU_SWP:        /* Atomic swap */
 
 135                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 136                         use_regs = idxbit(rn) | idxbit(rm);
 
 138                         def_regs = idxbit(rd);
 
 140                 `DECODE_ALU_BX: /* Branch */
 
 142                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 143                         use_regs = idxbit(rm);
 
 144                         def_cpsr = 0;   // don't care, we'll never get there
 
 147                 `DECODE_ALU_HDATA_REG:  /* Halfword transfer - register offset */
 
 149                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 150                         use_regs = idxbit(rn) | idxbit(rm) | (insn[20] /* L */ ? 0 : idxbit(rd));
 
 152                         def_regs = insn[20] /* L */ ? idxbit(rd) : 0;
 
 154                 `DECODE_ALU_HDATA_IMM:  /* Halfword transfer - immediate offset */
 
 156                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 157                         use_regs = idxbit(rn) | (insn[20] /* L */ ? 0 : idxbit(rd));
 
 159                         def_regs = insn[20] /* L */ ? idxbit(rd) : 0;
 
 161                 `DECODE_ALU:    /* ALU */
 
 163                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond) | (!insn[25] /* I */ && shift_requires_carry(insn[11:4]));
 
 165                                 (insn[25] /* I */ ? 0 :
 
 166                                         (insn[4] /* shift by reg */ ?
 
 167                                                 (idxbit(rs) | idxbit(rm)) :
 
 169                                 (((alu_opc != `ALU_MOV) && (alu_opc != `ALU_MVN)) ? idxbit(rn) : 0);
 
 170                         def_cpsr = insn[20] /* S */ | alu_is_logical(alu_opc);
 
 171                         def_regs = alu_flags_only(alu_opc) ? 0 : idxbit(rd);
 
 173                 `DECODE_LDRSTR_UNDEFINED:       /* Undefined. I hate ARM */
 
 182                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 183                         use_regs = idxbit(rn) | (insn[20] /* L */ ? 0 : idxbit(rd));
 
 185                         def_regs = insn[20] /* L */ ? idxbit(rd) : 0;
 
 187                 `DECODE_LDMSTM:         /* Block data transfer */
 
 189                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 190                         use_regs = idxbit(rn) | (insn[20] /* L */ ? 0 : insn[15:0]);
 
 191                         def_cpsr = insn[22];    /* This is a superset of all cases, anyway. */
 
 192                         def_regs = (insn[21] /* W */ ? idxbit(rn) : 0) | (insn[20] /* L */ ? insn[15:0] : 0);
 
 194                 `DECODE_BRANCH: /* Branch */
 
 196                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 201                 `DECODE_LDCSTC: /* Coprocessor data transfer */
 
 203                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 204                         use_regs = idxbit(rn);
 
 206                         def_regs = insn[21] /* W */ ? idxbit(rn) : 0;
 
 208                 `DECODE_CDP:    /* Coprocessor data op */
 
 210                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 215                 `DECODE_MRCMCR:         /* Coprocessor register transfer */
 
 217                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 218                         use_regs = insn[20] /* L */ ? 0 : idxbit(rd);
 
 220                         def_regs = insn[20] /* L */ ? idxbit(rd) : 0;
 
 222                 `DECODE_SWI:    /* SWI */
 
 224                         use_cpsr = `COND_MATTERS(cond);
 
 229                 default:                                /* X everything else out */
 
 232                         use_regs = 16'bxxxxxxxxxxxxxxxx;
 
 234                         def_regs = 16'bxxxxxxxxxxxxxxxx;
 
 238         /* Condition checking logic */
 
 242                 `COND_EQ:       condition_met = cpsr[`CPSR_Z];
 
 243                 `COND_NE:       condition_met = !cpsr[`CPSR_Z];
 
 244                 `COND_CS:       condition_met = cpsr[`CPSR_C];
 
 245                 `COND_CC:       condition_met = !cpsr[`CPSR_C];
 
 246                 `COND_MI:       condition_met = cpsr[`CPSR_N];
 
 247                 `COND_PL:       condition_met = !cpsr[`CPSR_N];
 
 248                 `COND_VS:       condition_met = cpsr[`CPSR_V];
 
 249                 `COND_VC:       condition_met = !cpsr[`CPSR_V];
 
 250                 `COND_HI:       condition_met = cpsr[`CPSR_C] && !cpsr[`CPSR_Z];
 
 251                 `COND_LS:       condition_met = !cpsr[`CPSR_C] || cpsr[`CPSR_Z];
 
 252                 `COND_GE:       condition_met = cpsr[`CPSR_N] == cpsr[`CPSR_V];
 
 253                 `COND_LT:       condition_met = cpsr[`CPSR_N] != cpsr[`CPSR_V];
 
 254                 `COND_GT:       condition_met = !cpsr[`CPSR_Z] && (cpsr[`CPSR_N] == cpsr[`CPSR_V]);
 
 255                 `COND_LE:       condition_met = cpsr[`CPSR_Z] || (cpsr[`CPSR_N] != cpsr[`CPSR_V]);
 
 256                 `COND_AL:       condition_met = 1;
 
 257                 `COND_NV:       condition_met = 0;
 
 258                 default:        condition_met = 1'bx;
 
 262 `define STAGE_EXECUTE   0
 
 263 `define STAGE_MEMORY    1
 
 264 /* Once it's hit writeback, it's essentially hit the regfile so you're done. */
 
 265         reg cpsr_inflight [1:0];
 
 266         reg [15:0] regs_inflight [1:0];
 
 270         wire waiting = waiting_cpsr | waiting_regs;
 
 274                 cpsr_inflight[0] = 0;
 
 275                 cpsr_inflight[1] = 0;
 
 276                 regs_inflight[0] = 0;
 
 277                 regs_inflight[1] = 0;
 
 282                 waiting_cpsr = use_cpsr & (cpsr_inflight[0] | cpsr_inflight[1]);
 
 283                 waiting_regs = |(use_regs & (regs_inflight[0] | regs_inflight[1]));
 
 285                 outstall = waiting && !inbubble;        /* Happens in an always @*, because it is an exception. */
 
 288         /* Actually do the issue. */
 
 289         always @(posedge clk)
 
 291                 cpsr_inflight[0] <= cpsr_inflight[1];   /* I'm not sure how well selects work with arrays, and that seems like a dumb thing to get anusulated by. */
 
 292                 cpsr_inflight[1] <= (waiting || inbubble || !condition_met) ? 0 : def_cpsr;
 
 293                 regs_inflight[0] <= regs_inflight[1];
 
 294                 regs_inflight[1] <= (waiting || inbubble || !condition_met) ? 0 : def_regs;
 
 298                         $display("ISSUE: Stalling instruction %08x because %d/%d", insn, waiting_cpsr, waiting_regs);
 
 301                 outbubble <= inbubble | waiting | !condition_met;