ICache.v

   1 /* 16 cache entries, 64-byte long cache lines */
   2
   3 module ICache(
   4         input clk,
   5
   6         /* ARM core interface */
   7         input [31:0] rd_addr,
   8         input rd_req,
   9         output reg rd_wait,
  10         output reg [31:0] rd_data,
  11
  12         /* bus interface */
  13         output wire bus_req,
  14         input bus_ack,
  15         output reg [31:0] bus_addr,
  16         input [31:0] bus_rdata,
  17         output wire [31:0] bus_wdata,
  18         output reg bus_rd,
  19         output wire bus_wr,
  20         input bus_ready);
  21
  22         assign bus_wr = 0;
  23         assign bus_wdata = 0;
  24
  25         /* [31 tag 10] [9 cache index 6] [5 data index 0]
  26          * so the data index is 6 bits long
  27          * so the cache index is 4 bits long
  28          * so the tag is 22 bits long. c.c
  29          */
  30
  31         reg cache_valid [15:0];
  32         reg [21:0] cache_tags [15:0];
  33         reg [31:0] cache_data [15:0 /* line */] [15:0 /* word */];
  34
  35         integer i;
  36         initial
  37                 for (i = 0; i < 16; i = i + 1)
  38                 begin
  39                         cache_valid[i[3:0]] = 0;
  40                         cache_tags[i[3:0]] = 0;
  41                 end
  42
  43         wire [5:0] rd_didx = rd_addr[5:0];
  44         wire [3:0] rd_didx_word = rd_didx[5:2];
  45         wire [3:0] rd_idx = rd_addr[9:6];
  46         wire [21:0] rd_tag = rd_addr[31:10];
  47
  48         reg [31:0] prev_rd_addr = 32'hFFFFFFFF;
  49
  50         wire cache_hit = cache_valid[rd_idx] && (cache_tags[rd_idx] == rd_tag);
  51
  52         wire [31:0] curdata = cache_data[rd_idx][rd_didx_word];
  53         always @(*) begin
  54                 rd_wait = rd_req && !cache_hit;
  55                 rd_data = curdata;
  56         end
  57
  58         reg [3:0] cache_fill_pos = 0;
  59         assign bus_req = rd_req && !cache_hit; /* xxx, needed for Verilator */
  60         always @(*)
  61                 if (rd_req && !cache_hit && bus_ack) begin
  62                         bus_addr = {rd_addr[31:6], cache_fill_pos[3:0], 2'b00 /* reads are 32-bits */};
  63                         bus_rd = 1;
  64                 end else begin
  65                         bus_addr = 0;
  66                         bus_rd = 0;
  67                 end
  68
  69         always @(posedge clk) begin
  70                 prev_rd_addr <= {rd_addr[31:6], 6'b0};
  71                 if (cache_fill_pos != 0 && ((prev_rd_addr != {rd_addr[31:6], 6'b0}) || cache_hit))      /* If this wasn't from the same line, or we've moved on somehow, reset the fill circuitry. */
  72                         cache_fill_pos <= 0;
  73                 else if (rd_req && !cache_hit) begin
  74                         if (bus_ack && bus_ready) begin /* Started the fill, and we have data. */
  75                                 $display("ICACHE: FILL: rd addr %08x; bus addr %08x; bus data %08x", rd_addr, bus_addr, bus_rdata);
  76                                 cache_data[rd_idx][cache_fill_pos] <= bus_rdata;
  77                                 cache_fill_pos <= cache_fill_pos + 1;
  78                                 if (cache_fill_pos == 15) begin /* Done? */
  79                                         cache_tags[rd_idx] <= rd_tag;
  80                                         cache_valid[rd_idx] <= 1;
  81                                         $display("ICACHE: Fill complete for line %x, tag %x", rd_idx, rd_tag);
  82                                 end else
  83                                         cache_valid[rd_idx] <= 0;
  84                         end
  85                 end
  86         end
  87 endmodule