DCache.v

   1 /* 16 cache entries, 64-byte long cache lines */
   2
   3 module DCache(
   4         input clk,
   5
   6         /* ARM core interface */
   7         input [31:0] addr,
   8         input rd_req,
   9         input wr_req,
  10         output reg rw_wait,
  11         input [31:0] wr_data,
  12         output reg [31:0] rd_data,
  13
  14         /* bus interface */
  15         output wire bus_req,
  16         input bus_ack,
  17         output reg [31:0] bus_addr = 0,
  18         input [31:0] bus_rdata,
  19         output reg [31:0] bus_wdata,
  20         output reg bus_rd = 0,
  21         output reg bus_wr = 0,
  22         input bus_ready);
  23
  24         /* [31 tag 10] [9 cache index 6] [5 data index 0]
  25          * so the data index is 6 bits long
  26          * so the cache index is 4 bits long
  27          * so the tag is 22 bits long. c.c
  28          */
  29
  30         reg cache_valid [15:0];
  31         reg [21:0] cache_tags [15:0];
  32         reg [31:0] cache_data [15:0 /* line */] [15:0 /* word */];
  33
  34         integer i;
  35         initial
  36                 for (i = 0; i < 16; i = i + 1)
  37                 begin
  38                         cache_valid[i[3:0]] = 0;
  39                         cache_tags[i[3:0]] = 0;
  40                 end
  41
  42         wire [5:0] didx = addr[5:0];
  43         wire [3:0] didx_word = didx[5:2];
  44         wire [3:0] idx = addr[9:6];
  45         wire [21:0] tag = addr[31:10];
  46
  47         reg [31:0] prev_addr = 32'hFFFFFFFF;
  48
  49         wire cache_hit = cache_valid[idx] && (cache_tags[idx] == tag);
  50
  51         always @(*) begin
  52                 rw_wait = (rd_req && !cache_hit) || (wr_req && (!bus_ack || !bus_ready));
  53                 rd_data = cache_data[idx][didx_word];
  54                 if (!rw_wait && rd_req)
  55                         $display("DCACHE: READ COMPLETE: Addr %08x, data %08x", addr, rd_data);
  56         end
  57
  58         reg [3:0] cache_fill_pos = 0;
  59         assign bus_req = (rd_req && !cache_hit) || wr_req;
  60         always @(*)
  61         begin
  62                 bus_rd = 0;
  63                 bus_wr = 0;
  64                 bus_addr = 0;
  65                 bus_wdata = 0;
  66                 if (rd_req && !cache_hit && bus_ack) begin
  67                         bus_addr = {addr[31:6], cache_fill_pos[3:0], 2'b00 /* reads are 32-bits */};
  68                         bus_rd = 1;
  69                 end else if (wr_req && bus_ack) begin
  70                         $display("DCACHE: WRITE REQUEST: Addr %08x, data %08x, wait %d", addr, wr_data, rw_wait);
  71                         bus_addr = addr;
  72                         bus_wr = 1;
  73                         bus_wdata = wr_data;
  74                 end
  75         end
  76
  77         always @(posedge clk) begin
  78                 prev_addr <= {addr[31:6], 6'b0};
  79                 if (rd_req && (cache_fill_pos != 0) && ((prev_addr != {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. */
  80                         cache_fill_pos <= 0;
  81                 else if (rd_req && !cache_hit) begin
  82                         if (bus_ready && bus_ack) begin /* Started the fill, and we have data. */
  83                                 $display("DCACHE: FILL: rd addr %08x; bus addr %08x; bus data %08x, bus_req %d, bus_ack %d", addr, bus_addr, bus_rdata, bus_req, bus_ack);
  84                                 cache_data[idx][cache_fill_pos] <= bus_rdata;
  85                                 cache_fill_pos <= cache_fill_pos + 1;
  86                                 if (cache_fill_pos == 15) begin /* Done? */
  87                                         cache_tags[idx] <= tag;
  88                                         cache_valid[idx] <= 1;
  89                                 end else
  90                                         cache_valid[idx] <= 0;
  91                         end
  92                 end else if (wr_req && cache_hit)
  93                         cache_data[idx][addr[5:2]] = wr_data;
  94         end
  95 endmodule