update old TestMicrowattMemoryPortInterface
[soc.git] / src / soc / experiment / compldst_multi.py
index 58717a4a36618f53e9c88255143a7b615851b8f5..be2c9031759b7b70971aa7bce5e1dab5af1dfa34 100644 (file)
@@ -20,6 +20,11 @@ Loads are activated when Go_Write[0] is enabled.  The EA is computed,
 and (as long as there was no exception) the data comes out (at any
 time from the PortInterface), and is captured by the LDCompSTUnit.
 
 and (as long as there was no exception) the data comes out (at any
 time from the PortInterface), and is captured by the LDCompSTUnit.
 
+TODO: dcbz, yes, that's going to be complicated, has to be done
+ with great care, to detect the case when dcbz is set
+ and *not* expect to read any data, just the address.
+ so, wait for RA but not RB.
+
 Both LD and ST may request that the address be computed from summing
 operand1 (src[0]) with operand2 (src[1]) *or* by summing operand1 with
 the immediate (from the opcode).
 Both LD and ST may request that the address be computed from summing
 operand1 (src[0]) with operand2 (src[1]) *or* by summing operand1 with
 the immediate (from the opcode).
@@ -53,6 +58,8 @@ the nested FSMs below are *combinatorial*).
 
     * A third FSM activates to cover ST.  it activates if op_is_st is true
 
 
     * A third FSM activates to cover ST.  it activates if op_is_st is true
 
+    * TODO document DCBZ (not complete yet)
+
     * The "overall" (fourth) FSM coordinates the progression and completion
       of the three other FSMs, firing "WR_RESET" which switches off "busy"
 
     * The "overall" (fourth) FSM coordinates the progression and completion
       of the three other FSMs, firing "WR_RESET" which switches off "busy"
 
@@ -84,15 +91,27 @@ from nmigen import Module, Signal, Mux, Cat, Elaboratable, Array, Repl
 from nmigen.hdl.rec import Record, Layout
 
 from nmutil.latch import SRLatch, latchregister
 from nmigen.hdl.rec import Record, Layout
 
 from nmutil.latch import SRLatch, latchregister
+from nmutil.byterev import byte_reverse
+from nmutil.extend import exts
 
 from soc.experiment.compalu_multi import go_record, CompUnitRecord
 from soc.experiment.l0_cache import PortInterface
 
 from soc.experiment.compalu_multi import go_record, CompUnitRecord
 from soc.experiment.l0_cache import PortInterface
-from soc.experiment.testmem import TestMemory
+from soc.experiment.pimem import LDSTException
 from soc.fu.regspec import RegSpecAPI
 
 from soc.fu.regspec import RegSpecAPI
 
-from soc.decoder.power_enums import InternalOp, Function
+from openpower.decoder.power_enums import MicrOp, Function, LDSTMode
 from soc.fu.ldst.ldst_input_record import CompLDSTOpSubset
 from soc.fu.ldst.ldst_input_record import CompLDSTOpSubset
-from soc.decoder.power_decoder2 import Data
+from openpower.decoder.power_decoder2 import Data
+from openpower.consts import MSR
+from soc.config.test.test_loadstore import TestMemPspec
+
+# for debugging dcbz
+from nmutil.util import Display
+
+
+# TODO: LDSTInputData and LDSTOutputData really should be used
+# here, to make things more like the other CompUnits.  currently,
+# also, RegSpecAPI is used explicitly here
 
 
 class LDSTCompUnitRecord(CompUnitRecord):
 
 
 class LDSTCompUnitRecord(CompUnitRecord):
@@ -100,10 +119,10 @@ class LDSTCompUnitRecord(CompUnitRecord):
         CompUnitRecord.__init__(self, opsubset, rwid,
                                 n_src=3, n_dst=2, name=name)
 
         CompUnitRecord.__init__(self, opsubset, rwid,
                                 n_src=3, n_dst=2, name=name)
 
-        self.ad = go_record(1, name="ad") # address go in, req out
-        self.st = go_record(1, name="st") # store go in, req out
+        self.ad = go_record(1, name="cu_ad")  # address go in, req out
+        self.st = go_record(1, name="cu_st")  # store go in, req out
 
 
-        self.addr_exc_o = Signal(reset_less=True)   # address exception
+        self.exc_o = LDSTException("exc_o")
 
         self.ld_o = Signal(reset_less=True)  # operation is a LD
         self.st_o = Signal(reset_less=True)  # operation is a ST
 
         self.ld_o = Signal(reset_less=True)  # operation is a LD
         self.st_o = Signal(reset_less=True)  # operation is a ST
@@ -129,11 +148,11 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
 
     Data (outputs)
     --------------
 
     Data (outputs)
     --------------
-    * :data_o:     Dest out (LD)          - managed by wr[0] go/req
-    * :addr_o:     Address out (LD or ST) - managed by wr[1] go/req
-    * :addr_exc_o: Address/Data Exception occurred.  LD/ST must terminate
+    * :o_data:  Dest out (LD)          - managed by wr[0] go/req
+    * :addr_o:  Address out (LD or ST) - managed by wr[1] go/req
+    * :exc_o:   Address/Data Exception occurred.  LD/ST must terminate
 
 
-    TODO: make addr_exc_o a data-type rather than a single-bit signal
+    TODO: make exc_o a data-type rather than a single-bit signal
           (see bug #302)
 
     Control Signals (In)
           (see bug #302)
 
     Control Signals (In)
@@ -163,29 +182,34 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
     in a single cycle and the CompUnit set back to doing another op.
     This means deasserting go_st_i, go_ad_i or go_wr_i as appropriate
     depending on whether the operation is a ST or LD.
     in a single cycle and the CompUnit set back to doing another op.
     This means deasserting go_st_i, go_ad_i or go_wr_i as appropriate
     depending on whether the operation is a ST or LD.
+
+    Note: LDSTCompUnit takes care of LE/BE normalisation:
+    * LD data is normalised after receipt from the PortInterface
+    * ST data is normalised *prior* to sending onto the PortInterface
+    TODO: use one module for the byte-reverse as it's quite expensive in gates
     """
 
     def __init__(self, pi=None, rwid=64, awid=48, opsubset=CompLDSTOpSubset,
     """
 
     def __init__(self, pi=None, rwid=64, awid=48, opsubset=CompLDSTOpSubset,
-                      debugtest=False):
+                 debugtest=False, name=None):
         super().__init__(rwid)
         self.awid = awid
         self.pi = pi
         super().__init__(rwid)
         self.awid = awid
         self.pi = pi
-        self.cu = cu = LDSTCompUnitRecord(rwid, opsubset)
-        self.debugtest = debugtest
+        self.cu = cu = LDSTCompUnitRecord(rwid, opsubset, name=name)
+        self.debugtest = debugtest # enable debug output for unit testing
 
         # POWER-compliant LD/ST has index and update: *fixed* number of ports
         self.n_src = n_src = 3   # RA, RB, RT/RS
 
         # POWER-compliant LD/ST has index and update: *fixed* number of ports
         self.n_src = n_src = 3   # RA, RB, RT/RS
-        self.n_dst = n_dst = 2 # RA, RT/RS
+        self.n_dst = n_dst = 2  # RA, RT/RS
 
         # set up array of src and dest signals
         for i in range(n_src):
 
         # set up array of src and dest signals
         for i in range(n_src):
-            j = i + 1 # name numbering to match src1/src2
+            j = i + 1  # name numbering to match src1/src2
             name = "src%d_i" % j
             setattr(self, name, getattr(cu, name))
 
         dst = []
         for i in range(n_dst):
             name = "src%d_i" % j
             setattr(self, name, getattr(cu, name))
 
         dst = []
         for i in range(n_dst):
-            j = i + 1 # name numbering to match dest1/2...
+            j = i + 1  # name numbering to match dest1/2...
             name = "dest%d_o" % j
             setattr(self, name, getattr(cu, name))
 
             name = "dest%d_o" % j
             setattr(self, name, getattr(cu, name))
 
@@ -202,15 +226,15 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
         # (it really shouldn't be)
         self.data_wid = self.dest[0].shape()
 
         # (it really shouldn't be)
         self.data_wid = self.dest[0].shape()
 
-        self.go_rd_i = self.rd.go # temporary naming
-        self.go_wr_i = self.wr.go # temporary naming
-        self.go_ad_i = self.ad.go # temp naming: go address in
-        self.go_st_i = self.st.go  # temp naming: go store in
+        self.go_rd_i = self.rd.go_i  # temporary naming
+        self.go_wr_i = self.wr.go_i  # temporary naming
+        self.go_ad_i = self.ad.go_i  # temp naming: go address in
+        self.go_st_i = self.st.go_i  # temp naming: go store in
 
 
-        self.rd_rel_o = self.rd.rel # temporary naming
-        self.req_rel_o = self.wr.rel # temporary naming
-        self.adr_rel_o = self.ad.rel  # request address (from mem)
-        self.sto_rel_o = self.st.rel  # request store (to mem)
+        self.rd_rel_o = self.rd.rel_o  # temporary naming
+        self.req_rel_o = self.wr.rel_o  # temporary naming
+        self.adr_rel_o = self.ad.rel_o  # request address (from mem)
+        self.sto_rel_o = self.st.rel_o  # request store (to mem)
 
         self.issue_i = cu.issue_i
         self.shadown_i = cu.shadown_i
 
         self.issue_i = cu.issue_i
         self.shadown_i = cu.shadown_i
@@ -219,9 +243,9 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
         self.oper_i = cu.oper_i
         self.src_i = cu._src_i
 
         self.oper_i = cu.oper_i
         self.src_i = cu._src_i
 
-        self.data_o = Data(self.data_wid, name="o")  # Dest1 out: RT
-        self.addr_o = Data(self.data_wid, name="ea") # Addr out: Update => RA
-        self.addr_exc_o = cu.addr_exc_o
+        self.o_data = Data(self.data_wid, name="o")  # Dest1 out: RT
+        self.addr_o = Data(self.data_wid, name="ea")  # Addr out: Update => RA
+        self.exc_o = cu.exc_o
         self.done_o = cu.done_o
         self.busy_o = cu.busy_o
 
         self.done_o = cu.done_o
         self.busy_o = cu.busy_o
 
@@ -250,6 +274,7 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
         m.submodules.wri_l = wri_l = SRLatch(sync=False, name="wri")
         m.submodules.upd_l = upd_l = SRLatch(sync=False, name="upd")
         m.submodules.rst_l = rst_l = SRLatch(sync=False, name="rst")
         m.submodules.wri_l = wri_l = SRLatch(sync=False, name="wri")
         m.submodules.upd_l = upd_l = SRLatch(sync=False, name="upd")
         m.submodules.rst_l = rst_l = SRLatch(sync=False, name="rst")
+        m.submodules.lsd_l = lsd_l = SRLatch(sync=False, name="lsd") # done
 
         ####################
         # signals
 
         ####################
         # signals
@@ -257,9 +282,11 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
         # opcode decode
         op_is_ld = Signal(reset_less=True)
         op_is_st = Signal(reset_less=True)
         # opcode decode
         op_is_ld = Signal(reset_less=True)
         op_is_st = Signal(reset_less=True)
+        op_is_dcbz = Signal(reset_less=True)
+        op_is_st_or_dcbz = Signal(reset_less=True)
 
         # ALU/LD data output control
 
         # ALU/LD data output control
-        alu_valid = Signal(reset_less=True) # ALU operands are valid
+        alu_valid = Signal(reset_less=True)  # ALU operands are valid
         alu_ok = Signal(reset_less=True)    # ALU out ok (1 clock delay valid)
         addr_ok = Signal(reset_less=True)   # addr ok (from PortInterface)
         ld_ok = Signal(reset_less=True)     # LD out ok from PortInterface
         alu_ok = Signal(reset_less=True)    # ALU out ok (1 clock delay valid)
         addr_ok = Signal(reset_less=True)   # addr ok (from PortInterface)
         ld_ok = Signal(reset_less=True)     # LD out ok from PortInterface
@@ -267,6 +294,7 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
         rda_any = Signal(reset_less=True)   # any read for address ops
         rd_done = Signal(reset_less=True)   # all *necessary* operands read
         wr_reset = Signal(reset_less=True)  # final reset condition
         rda_any = Signal(reset_less=True)   # any read for address ops
         rd_done = Signal(reset_less=True)   # all *necessary* operands read
         wr_reset = Signal(reset_less=True)  # final reset condition
+        canceln = Signal(reset_less=True)   # cancel (active low)
 
         # LD and ALU out
         alu_o = Signal(self.data_wid, reset_less=True)
 
         # LD and ALU out
         alu_o = Signal(self.data_wid, reset_less=True)
@@ -281,16 +309,42 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
         reset_u = Signal(reset_less=True)             # reset update
         reset_a = Signal(reset_less=True)             # reset adr latch
         reset_i = Signal(reset_less=True)             # issue|die (use a lot)
         reset_u = Signal(reset_less=True)             # reset update
         reset_a = Signal(reset_less=True)             # reset adr latch
         reset_i = Signal(reset_less=True)             # issue|die (use a lot)
-        reset_r = Signal(self.n_src, reset_less=True) # reset src
+        reset_r = Signal(self.n_src, reset_less=True)  # reset src
         reset_s = Signal(reset_less=True)             # reset store
 
         reset_s = Signal(reset_less=True)             # reset store
 
-        comb += reset_i.eq(issue_i | self.go_die_i)       # various
-        comb += reset_o.eq(wr_reset | self.go_die_i)      # opcode reset
-        comb += reset_w.eq(self.wr.go[0] | self.go_die_i) # write reg 1
-        comb += reset_u.eq(self.wr.go[1] | self.go_die_i) # update (reg 2)
-        comb += reset_s.eq(self.go_st_i | self.go_die_i)  # store reset
-        comb += reset_r.eq(self.rd.go | Repl(self.go_die_i, self.n_src))
-        comb += reset_a.eq(self.go_ad_i | self.go_die_i)
+        # end execution when a terminating condition is detected:
+        # - go_die_i: a speculative operation was cancelled
+        # - exc_o.happened: an exception has occurred
+        terminate = Signal()
+        comb += terminate.eq(self.go_die_i | self.exc_o.happened)
+
+        comb += reset_i.eq(issue_i | terminate)       # various
+        comb += reset_o.eq(self.done_o | terminate)      # opcode reset
+        comb += reset_w.eq(self.wr.go_i[0] | terminate)  # write reg 1
+        comb += reset_u.eq(self.wr.go_i[1] | terminate)  # update (reg 2)
+        comb += reset_s.eq(self.go_st_i | terminate)  # store reset
+        comb += reset_r.eq(self.rd.go_i | Repl(terminate, self.n_src))
+        comb += reset_a.eq(self.go_ad_i | terminate)
+
+        p_st_go = Signal(reset_less=True)
+        sync += p_st_go.eq(self.st.go_i)
+
+        # decode bits of operand (latched)
+        oper_r = CompLDSTOpSubset(name="oper_r")  # Dest register
+        comb += op_is_st.eq(oper_r.insn_type == MicrOp.OP_STORE)   # ST
+        comb += op_is_ld.eq(oper_r.insn_type == MicrOp.OP_LOAD)    # LD
+        comb += op_is_dcbz.eq(oper_r.insn_type == MicrOp.OP_DCBZ)  # DCBZ
+        comb += op_is_st_or_dcbz.eq(op_is_st | op_is_dcbz)
+        # dcbz is special case of store
+        #uncomment if needed
+        #comb += Display("compldst_multi: op_is_dcbz = %i",
+        #                (oper_r.insn_type == MicrOp.OP_DCBZ))
+        op_is_update = oper_r.ldst_mode == LDSTMode.update           # UPDATE
+        op_is_cix = oper_r.ldst_mode == LDSTMode.cix           # cache-inhibit
+        comb += self.load_mem_o.eq(op_is_ld & self.go_ad_i)
+        comb += self.stwd_mem_o.eq(op_is_st & self.go_st_i)
+        comb += self.ld_o.eq(op_is_ld)
+        comb += self.st_o.eq(op_is_st)
 
         ##########################
         # FSM implemented through sequence of latches.  approximately this:
 
         ##########################
         # FSM implemented through sequence of latches.  approximately this:
@@ -314,8 +368,9 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
         sync += opc_l.r.eq(reset_o)  # XXX NOTE: INVERTED FROM book!
 
         # src operand latch
         sync += opc_l.r.eq(reset_o)  # XXX NOTE: INVERTED FROM book!
 
         # src operand latch
-        sync += src_l.s.eq(Repl(issue_i, self.n_src))
+        sync += src_l.s.eq(Repl(issue_i, self.n_src) & ~self.rdmaskn)
         sync += src_l.r.eq(reset_r)
         sync += src_l.r.eq(reset_r)
+        #### sync += Display("reset_r = %i",reset_r)
 
         # alu latch.  use sync-delay between alu_ok and valid to generate pulse
         comb += alu_l.s.eq(reset_i)
 
         # alu latch.  use sync-delay between alu_ok and valid to generate pulse
         comb += alu_l.s.eq(reset_i)
@@ -331,23 +386,33 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
 
         # dest operand latch
         comb += wri_l.s.eq(issue_i)
 
         # dest operand latch
         comb += wri_l.s.eq(issue_i)
-        sync += wri_l.r.eq(reset_w)
+        sync += wri_l.r.eq(reset_w | Repl(wr_reset |
+                                          (~self.pi.busy_o & op_is_update),
+                                          #(self.pi.busy_o & op_is_update),
+                            #self.done_o | (self.pi.busy_o & op_is_update),
+                                          self.n_dst))
 
         # update-mode operand latch (EA written to reg 2)
         sync += upd_l.s.eq(reset_i)
         sync += upd_l.r.eq(reset_u)
 
         # store latch
 
         # update-mode operand latch (EA written to reg 2)
         sync += upd_l.s.eq(reset_i)
         sync += upd_l.r.eq(reset_u)
 
         # store latch
-        comb += sto_l.s.eq(addr_ok & op_is_st)
-        comb += sto_l.r.eq(reset_s)
+        comb += sto_l.s.eq(addr_ok & op_is_st_or_dcbz)
+        sync += sto_l.r.eq(reset_s | p_st_go)
+
+        # ld/st done.  needed to stop LD/ST from activating repeatedly
+        comb += lsd_l.s.eq(issue_i)
+        sync += lsd_l.r.eq(reset_s | p_st_go | ld_ok)
 
         # reset latch
 
         # reset latch
-        comb += rst_l.s.eq(addr_ok) # start when address is ready
+        comb += rst_l.s.eq(addr_ok)  # start when address is ready
         comb += rst_l.r.eq(issue_i)
 
         # create a latch/register for the operand
         comb += rst_l.r.eq(issue_i)
 
         # create a latch/register for the operand
-        oper_r = CompLDSTOpSubset(name="oper_r")  # Dest register
-        latchregister(m, self.oper_i, oper_r, self.issue_i, name="oper_l")
+        with m.If(self.issue_i):
+            sync += oper_r.eq(self.oper_i)
+        with m.If(self.done_o | terminate):
+            sync += oper_r.eq(0)
 
         # and for LD
         ldd_r = Signal(self.data_wid, reset_less=True)  # Dest register
 
         # and for LD
         ldd_r = Signal(self.data_wid, reset_less=True)  # Dest register
@@ -358,7 +423,10 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
         for i in range(self.n_src):
             name = "src_r%d" % i
             src_r = Signal(self.data_wid, name=name, reset_less=True)
         for i in range(self.n_src):
             name = "src_r%d" % i
             src_r = Signal(self.data_wid, name=name, reset_less=True)
-            latchregister(m, self.src_i[i], src_r, src_l.q[i], name + '_l')
+            with m.If(self.rd.go_i[i]):
+                sync += src_r.eq(self.src_i[i])
+            with m.If(self.issue_i):
+                sync += src_r.eq(0)
             srl.append(src_r)
 
         # and one for the output from the ADD (for the EA)
             srl.append(src_r)
 
         # and one for the output from the ADD (for the EA)
@@ -371,81 +439,82 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
         m.d.comb += src1_or_z.eq(Mux(op_is_z, 0, srl[0]))
 
         # select either immediate or src2 if opcode says so
         m.d.comb += src1_or_z.eq(Mux(op_is_z, 0, srl[0]))
 
         # select either immediate or src2 if opcode says so
-        op_is_imm = oper_r.imm_data.imm_ok
+        op_is_imm = oper_r.imm_data.ok
         src2_or_imm = Signal(self.data_wid, reset_less=True)
         src2_or_imm = Signal(self.data_wid, reset_less=True)
-        m.d.comb += src2_or_imm.eq(Mux(op_is_imm, oper_r.imm_data.imm, srl[1]))
+        m.d.comb += src2_or_imm.eq(Mux(op_is_imm, oper_r.imm_data.data, srl[1]))
 
         # now do the ALU addr add: one cycle, and say "ready" (next cycle, too)
 
         # now do the ALU addr add: one cycle, and say "ready" (next cycle, too)
-        sync += alu_o.eq(src1_or_z + src2_or_imm) # actual EA
-        sync += alu_ok.eq(alu_valid)             # keep ack in sync with EA
-
-        # decode bits of operand (latched)
-        comb += op_is_st.eq(oper_r.insn_type == InternalOp.OP_STORE) # ST
-        comb += op_is_ld.eq(oper_r.insn_type == InternalOp.OP_LOAD)  # LD
-        op_is_update = oper_r.update                                 # UPDATE
-        comb += self.load_mem_o.eq(op_is_ld & self.go_ad_i)
-        comb += self.stwd_mem_o.eq(op_is_st & self.go_st_i)
-        comb += self.ld_o.eq(op_is_ld)
-        comb += self.st_o.eq(op_is_st)
+        comb += alu_o.eq(src1_or_z + src2_or_imm)  # actual EA
+        m.d.sync += alu_ok.eq(alu_valid & canceln) # keep ack in sync with EA
 
         ############################
         # Control Signal calculation
 
         # busy signal
         busy_o = self.busy_o
 
         ############################
         # Control Signal calculation
 
         # busy signal
         busy_o = self.busy_o
-        comb += self.busy_o.eq(opc_l.q) # | self.pi.busy_o)  # busy out
+        comb += self.busy_o.eq(opc_l.q)  # | self.pi.busy_o)  # busy out
 
         # 1st operand read-request only when zero not active
         # 2nd operand only needed when immediate is not active
 
         # 1st operand read-request only when zero not active
         # 2nd operand only needed when immediate is not active
-        slg = Cat(op_is_z, op_is_imm)
+        slg = Cat(op_is_z, op_is_imm) #is this correct ?
         bro = Repl(self.busy_o, self.n_src)
         bro = Repl(self.busy_o, self.n_src)
-        comb += self.rd.rel.eq(src_l.q & bro & ~slg & ~self.rdmaskn)
+        comb += self.rd.rel_o.eq(src_l.q & bro & ~slg)
 
         # note when the address-related read "go" signals are active
 
         # note when the address-related read "go" signals are active
-        comb += rda_any.eq(self.rd.go[0] | self.rd.go[1])
+        comb += rda_any.eq(self.rd.go_i[0] | self.rd.go_i[1])
 
         # alu input valid when 1st and 2nd ops done (or imm not active)
 
         # alu input valid when 1st and 2nd ops done (or imm not active)
-        comb += alu_valid.eq(busy_o & ~(self.rd.rel[0] | self.rd.rel[1]))
+        comb += alu_valid.eq(busy_o & ~(self.rd.rel_o[0] | self.rd.rel_o[1]) &
+                             canceln)
 
         # 3rd operand only needed when operation is a store
 
         # 3rd operand only needed when operation is a store
-        comb += self.rd.rel[2].eq(src_l.q[2] & busy_o & op_is_st)
+        comb += self.rd.rel_o[2].eq(src_l.q[2] & busy_o & op_is_st)
 
         # all reads done when alu is valid and 3rd operand needed
 
         # all reads done when alu is valid and 3rd operand needed
-        comb += rd_done.eq(alu_valid & ~self.rd.rel[2])
+        comb += rd_done.eq(alu_valid & ~self.rd.rel_o[2])
 
         # address release only if addr ready, but Port must be idle
 
         # address release only if addr ready, but Port must be idle
-        comb += self.adr_rel_o.eq(adr_l.q & busy_o)
+        comb += self.adr_rel_o.eq(alu_valid & adr_l.q & busy_o)
+
+        # the write/store (etc) all must be cancelled if an exception occurs
+        # note: cancel is active low, like shadown_i,
+        #       while exc_o.happpened is active high
+        comb += canceln.eq(~self.exc_o.happened & self.shadown_i)
 
         # store release when st ready *and* all operands read (and no shadow)
 
         # store release when st ready *and* all operands read (and no shadow)
-        comb += self.st.rel.eq(sto_l.q & busy_o & rd_done & op_is_st &
-                               self.shadown_i)
+        # dcbz is special case of store -- TODO verify shadows
+        comb += self.st.rel_o.eq(sto_l.q & busy_o & rd_done & op_is_st_or_dcbz &
+                               canceln)
 
         # request write of LD result.  waits until shadow is dropped.
 
         # request write of LD result.  waits until shadow is dropped.
-        comb += self.wr.rel[0].eq(wri_l.q & busy_o & lod_l.qn & op_is_ld &
-                                  self.shadown_i)
+        comb += self.wr.rel_o[0].eq(rd_done & wri_l.q & busy_o & lod_l.qn &
+                                  op_is_ld & canceln)
 
         # request write of EA result only in update mode
 
         # request write of EA result only in update mode
-        comb += self.wr.rel[1].eq(upd_l.q & busy_o & op_is_update &
-                                  self.shadown_i)
+        comb += self.wr.rel_o[1].eq(upd_l.q & busy_o & op_is_update &
+                                  alu_valid & canceln)
 
         # provide "done" signal: select req_rel for non-LD/ST, adr_rel for LD/ST
 
         # provide "done" signal: select req_rel for non-LD/ST, adr_rel for LD/ST
-        comb += wr_any.eq(self.st.go | self.wr.go[0] | self.wr.go[1])
-        comb += wr_reset.eq(rst_l.q & busy_o & self.shadown_i &
-                    ~(self.st.rel | self.wr.rel[0] | self.wr.rel[1]) &
-                     (lod_l.qn | op_is_st))
-        comb += self.done_o.eq(wr_reset)
+        comb += wr_any.eq(self.st.go_i | p_st_go |
+                          self.wr.go_i[0] | self.wr.go_i[1])
+        comb += wr_reset.eq(rst_l.q & busy_o & canceln &
+                            ~(self.st.rel_o | self.wr.rel_o[0] |
+                              self.wr.rel_o[1]) &
+                            (lod_l.qn | op_is_st_or_dcbz)
+                            )
+        comb += self.done_o.eq(wr_reset & (~self.pi.busy_o | op_is_ld))
 
         ######################
         # Data/Address outputs
 
         # put the LD-output register directly onto the output bus on a go_write
 
         ######################
         # Data/Address outputs
 
         # put the LD-output register directly onto the output bus on a go_write
-        comb += self.data_o.data.eq(self.dest[0])
-        with m.If(self.wr.go[0]):
+        comb += self.o_data.data.eq(self.dest[0])
+        with m.If(self.wr.go_i[0]):
             comb += self.dest[0].eq(ldd_r)
 
         # "update" mode, put address out on 2nd go-write
         comb += self.addr_o.data.eq(self.dest[1])
             comb += self.dest[0].eq(ldd_r)
 
         # "update" mode, put address out on 2nd go-write
         comb += self.addr_o.data.eq(self.dest[1])
-        with m.If(op_is_update & self.wr.go[1]):
+        with m.If(op_is_update & self.wr.go_i[1]):
             comb += self.dest[1].eq(addr_r)
 
         # need to look like MultiCompUnit: put wrmask out.
             comb += self.dest[1].eq(addr_r)
 
         # need to look like MultiCompUnit: put wrmask out.
@@ -458,34 +527,81 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
 
         # connect to LD/ST PortInterface.
         comb += pi.is_ld_i.eq(op_is_ld & busy_o)  # decoded-LD
 
         # connect to LD/ST PortInterface.
         comb += pi.is_ld_i.eq(op_is_ld & busy_o)  # decoded-LD
-        comb += pi.is_st_i.eq(op_is_st & busy_o)  # decoded-ST
-        comb += pi.op.eq(self.oper_i)    # op details (not all needed)
-        # address
-        comb += pi.addr.data.eq(addr_r)           # EA from adder
-        comb += pi.addr.ok.eq(alu_ok & lod_l.q) # "go do address stuff"
-        comb += self.addr_exc_o.eq(pi.addr_exc_o) # exception occurred
+        comb += pi.is_st_i.eq(op_is_st_or_dcbz & busy_o)  # decoded-ST
+        comb += pi.is_dcbz_i.eq(op_is_dcbz & busy_o)  # decoded-DCBZ
+        comb += pi.data_len.eq(oper_r.data_len)  # data_len
+        # address: use sync to avoid long latency
+        sync += pi.addr.data.eq(addr_r)           # EA from adder
+        with m.If(op_is_dcbz):
+            sync += Display("LDSTCompUnit.DCBZ: EA from adder %x", addr_r)
+
+        sync += pi.addr.ok.eq(alu_ok & lsd_l.q)  # "do address stuff" (once)
+        comb += self.exc_o.eq(pi.exc_o)  # exception occurred
         comb += addr_ok.eq(self.pi.addr_ok_o)  # no exc, address fine
         comb += addr_ok.eq(self.pi.addr_ok_o)  # no exc, address fine
+        # connect MSR.PR etc. for priv/virt operation
+        comb += pi.priv_mode.eq(~oper_r.msr[MSR.PR])
+        comb += pi.virt_mode.eq(oper_r.msr[MSR.DR])
+        comb += pi.mode_32bit.eq(~oper_r.msr[MSR.SF])
+        sync += Display("LDSTCompUnit: oper_r.msr %x pr=%x dr=%x sf=%x",
+                                      oper_r.msr,
+                                      oper_r.msr[MSR.PR],
+                                      oper_r.msr[MSR.DR],
+                                      oper_r.msr[MSR.SF])
+
+        # byte-reverse on LD
+        revnorev = Signal(64, reset_less=True)
+        with m.If(oper_r.byte_reverse):
+            # byte-reverse the data based on ld/st width (turn it to LE)
+            data_len = oper_r.data_len
+            lddata_r = byte_reverse(m, 'lddata_r', pi.ld.data, data_len)
+            comb += revnorev.eq(lddata_r)  # put reversed- data out
+        with m.Else():
+            comb += revnorev.eq(pi.ld.data)  # put data out, straight (as BE)
+
+        # then check sign-extend
+        with m.If(oper_r.sign_extend):
+            # okok really should "if data_len == 4" and so on here
+            with m.If(oper_r.data_len == 2):
+                comb += ldd_o.eq(exts(revnorev, 16, 64))  # sign-extend hword
+            with m.Else():
+                comb += ldd_o.eq(exts(revnorev, 32, 64))  # sign-extend dword
+        with m.Else():
+            comb += ldd_o.eq(revnorev)
+
         # ld - ld gets latched in via lod_l
         # ld - ld gets latched in via lod_l
-        comb += ldd_o.eq(pi.ld.data)  # ld data goes into ld reg (above)
-        comb += ld_ok.eq(pi.ld.ok) # ld.ok *closes* (freezes) ld data
+        comb += ld_ok.eq(pi.ld.ok)  # ld.ok *closes* (freezes) ld data
+
+        # byte-reverse on ST
+        op3 = srl[2] # 3rd operand latch
+        with m.If(oper_r.byte_reverse):
+            # byte-reverse the data based on width
+            data_len = oper_r.data_len
+            stdata_r = byte_reverse(m, 'stdata_r', op3, data_len)
+            comb += pi.st.data.eq(stdata_r)
+        with m.Else():
+            comb += pi.st.data.eq(op3)
         # store - data goes in based on go_st
         # store - data goes in based on go_st
-        comb += pi.st.data.eq(srl[2]) # 3rd operand latch
-        comb += pi.st.ok.eq(self.st.go)  # go store signals st data valid
+        comb += pi.st.ok.eq(self.st.go_i)  # go store signals st data valid
 
         return m
 
     def get_out(self, i):
 
         return m
 
     def get_out(self, i):
-        """make LDSTCompUnit look like RegSpecALUAPI"""
+        """make LDSTCompUnit look like RegSpecALUAPI.  these correspond
+        to LDSTOutputData o and o1 respectively.
+        """
         if i == 0:
         if i == 0:
-            return self.data_o
+            return self.o_data # LDSTOutputData.regspec o
         if i == 1:
         if i == 1:
-            return self.addr_o
-        #return self.dest[i]
+            return self.addr_o # LDSTOutputData.regspec o1
+        # return self.dest[i]
+
+    def get_fu_out(self, i):
+        return self.get_out(i)
 
     def __iter__(self):
 
     def __iter__(self):
-        yield self.rd.go
+        yield self.rd.go_i
         yield self.go_ad_i
         yield self.go_ad_i
-        yield self.wr.go
+        yield self.wr.go_i
         yield self.go_st_i
         yield self.issue_i
         yield self.shadown_i
         yield self.go_st_i
         yield self.issue_i
         yield self.shadown_i
@@ -493,11 +609,11 @@ class LDSTCompUnit(RegSpecAPI, Elaboratable):
         yield from self.oper_i.ports()
         yield from self.src_i
         yield self.busy_o
         yield from self.oper_i.ports()
         yield from self.src_i
         yield self.busy_o
-        yield self.rd.rel
+        yield self.rd.rel_o
         yield self.adr_rel_o
         yield self.sto_rel_o
         yield self.adr_rel_o
         yield self.sto_rel_o
-        yield self.wr.rel
-        yield from self.data_o.ports()
+        yield self.wr.rel_o
+        yield from self.o_data.ports()
         yield from self.addr_o.ports()
         yield self.load_mem_o
         yield self.stwd_mem_o
         yield from self.addr_o.ports()
         yield self.load_mem_o
         yield self.stwd_mem_o
@@ -519,39 +635,48 @@ def wait_for(sig, wait=True, test1st=False):
             break
 
 
             break
 
 
-def store(dut, src1, src2, src3, imm, imm_ok=True, update=False):
-    print ("ST", src1, src2, src3, imm, imm_ok, update)
-    yield dut.oper_i.insn_type.eq(InternalOp.OP_STORE)
-    yield dut.oper_i.data_len.eq(2) # half-word
+def store(dut, src1, src2, src3, imm, imm_ok=True, update=False,
+          byterev=True):
+    print("ST", src1, src2, src3, imm, imm_ok, update)
+    yield dut.oper_i.insn_type.eq(MicrOp.OP_STORE)
+    yield dut.oper_i.data_len.eq(2)  # half-word
+    yield dut.oper_i.byte_reverse.eq(byterev)
     yield dut.src1_i.eq(src1)
     yield dut.src2_i.eq(src2)
     yield dut.src3_i.eq(src3)
     yield dut.src1_i.eq(src1)
     yield dut.src2_i.eq(src2)
     yield dut.src3_i.eq(src3)
-    yield dut.oper_i.imm_data.imm.eq(imm)
-    yield dut.oper_i.imm_data.imm_ok.eq(imm_ok)
-    yield dut.oper_i.update.eq(update)
+    yield dut.oper_i.imm_data.data.eq(imm)
+    yield dut.oper_i.imm_data.ok.eq(imm_ok)
+    #guess: this one was removed -- yield dut.oper_i.update.eq(update)
     yield dut.issue_i.eq(1)
     yield
     yield dut.issue_i.eq(0)
     yield dut.issue_i.eq(1)
     yield
     yield dut.issue_i.eq(0)
-    yield
+
     if imm_ok:
     if imm_ok:
-        yield dut.rd.go.eq(0b101)
+        active_rel = 0b101
     else:
     else:
-        yield dut.rd.go.eq(0b111)
-    yield from wait_for(dut.rd.rel)
-    yield dut.rd.go.eq(0)
+        active_rel = 0b111
+    # wait for all active rel signals to come up
+    while True:
+        rel = yield dut.rd.rel_o
+        if rel == active_rel:
+            break
+        yield
+    yield dut.rd.go_i.eq(active_rel)
+    yield
+    yield dut.rd.go_i.eq(0)
 
     yield from wait_for(dut.adr_rel_o, False, test1st=True)
 
     yield from wait_for(dut.adr_rel_o, False, test1st=True)
-    #yield from wait_for(dut.adr_rel_o)
-    #yield dut.ad.go.eq(1)
-    #yield
-    #yield dut.ad.go.eq(0)
+    # yield from wait_for(dut.adr_rel_o)
+    # yield dut.ad.go.eq(1)
+    # yield
+    # yield dut.ad.go.eq(0)
 
     if update:
 
     if update:
-        yield from wait_for(dut.wr.rel[1])
+        yield from wait_for(dut.wr.rel_o[1])
         yield dut.wr.go.eq(0b10)
         yield
         addr = yield dut.addr_o
         yield dut.wr.go.eq(0b10)
         yield
         addr = yield dut.addr_o
-        print ("addr", addr)
+        print("addr", addr)
         yield dut.wr.go.eq(0)
     else:
         addr = None
         yield dut.wr.go.eq(0)
     else:
         addr = None
@@ -561,63 +686,68 @@ def store(dut, src1, src2, src3, imm, imm_ok=True, update=False):
     yield
     yield dut.go_st_i.eq(0)
     yield from wait_for(dut.busy_o, False)
     yield
     yield dut.go_st_i.eq(0)
     yield from wait_for(dut.busy_o, False)
-    #wait_for(dut.stwd_mem_o)
+    # wait_for(dut.stwd_mem_o)
     yield
     return addr
 
 
     yield
     return addr
 
 
-def load(dut, src1, src2, imm, imm_ok=True, update=False, zero_a=False):
-    print ("LD", src1, src2, imm, imm_ok, update)
-    yield dut.oper_i.insn_type.eq(InternalOp.OP_LOAD)
-    yield dut.oper_i.data_len.eq(2) # half-word
+def load(dut, src1, src2, imm, imm_ok=True, update=False, zero_a=False,
+         byterev=True):
+    print("LD", src1, src2, imm, imm_ok, update)
+    yield dut.oper_i.insn_type.eq(MicrOp.OP_LOAD)
+    yield dut.oper_i.data_len.eq(2)  # half-word
+    yield dut.oper_i.byte_reverse.eq(byterev)
     yield dut.src1_i.eq(src1)
     yield dut.src2_i.eq(src2)
     yield dut.oper_i.zero_a.eq(zero_a)
     yield dut.src1_i.eq(src1)
     yield dut.src2_i.eq(src2)
     yield dut.oper_i.zero_a.eq(zero_a)
-    yield dut.oper_i.imm_data.imm.eq(imm)
-    yield dut.oper_i.imm_data.imm_ok.eq(imm_ok)
+    yield dut.oper_i.imm_data.data.eq(imm)
+    yield dut.oper_i.imm_data.ok.eq(imm_ok)
     yield dut.issue_i.eq(1)
     yield
     yield dut.issue_i.eq(0)
     yield
     yield dut.issue_i.eq(1)
     yield
     yield dut.issue_i.eq(0)
     yield
+
+    # set up read-operand flags
     rd = 0b00
     rd = 0b00
-    if not imm_ok:
+    if not imm_ok:  # no immediate means RB register needs to be read
         rd |= 0b10
         rd |= 0b10
-    if not zero_a:
+    if not zero_a:  # no zero-a means RA needs to be read
         rd |= 0b01
 
         rd |= 0b01
 
+    # wait for the operands (RA, RB, or both)
     if rd:
     if rd:
-        yield dut.rd.go.eq(rd)
-        yield from wait_for(dut.rd.rel)
-        yield dut.rd.go.eq(0)
+        yield dut.rd.go_i.eq(rd)
+        yield from wait_for(dut.rd.rel_o)
+        yield dut.rd.go_i.eq(0)
 
     yield from wait_for(dut.adr_rel_o, False, test1st=True)
 
     yield from wait_for(dut.adr_rel_o, False, test1st=True)
-    #yield dut.ad.go.eq(1)
-    #yield
-    #yield dut.ad.go.eq(0)
+    # yield dut.ad.go.eq(1)
+    # yield
+    # yield dut.ad.go.eq(0)
 
     if update:
 
     if update:
-        yield from wait_for(dut.wr.rel[1])
-        yield dut.wr.go.eq(0b10)
+        yield from wait_for(dut.wr.rel_o[1])
+        yield dut.wr.go_i.eq(0b10)
         yield
         addr = yield dut.addr_o
         yield
         addr = yield dut.addr_o
-        print ("addr", addr)
-        yield dut.wr.go.eq(0)
+        print("addr", addr)
+        yield dut.wr.go_i.eq(0)
     else:
         addr = None
 
     else:
         addr = None
 
-    yield from wait_for(dut.wr.rel[0], test1st=True)
-    yield dut.wr.go.eq(1)
+    yield from wait_for(dut.wr.rel_o[0], test1st=True)
+    yield dut.wr.go_i.eq(1)
     yield
     yield
-    data = yield dut.data_o
-    print (data)
-    yield dut.wr.go.eq(0)
+    data = yield dut.o_data.o
+    data_ok = yield dut.o_data.o_ok
+    yield dut.wr.go_i.eq(0)
     yield from wait_for(dut.busy_o)
     yield
     # wait_for(dut.stwd_mem_o)
     yield from wait_for(dut.busy_o)
     yield
     # wait_for(dut.stwd_mem_o)
-    return data, addr
+    return data, data_ok, addr
 
 
 
 
-def scoreboard_sim(dut):
+def ldst_sim(dut):
 
     ###################
     # immediate version
 
     ###################
     # immediate version
@@ -629,79 +759,97 @@ def scoreboard_sim(dut):
     # two LDs (deliberately LD from the 1st address then 2nd)
     data, addr = yield from load(dut, 4, 0, 2)
     assert data == 0x0003, "returned %x" % data
     # two LDs (deliberately LD from the 1st address then 2nd)
     data, addr = yield from load(dut, 4, 0, 2)
     assert data == 0x0003, "returned %x" % data
-    data, addr  = yield from load(dut, 2, 0, 2)
+    data, addr = yield from load(dut, 2, 0, 2)
     assert data == 0x0009, "returned %x" % data
     yield
 
     # indexed version
     assert data == 0x0009, "returned %x" % data
     yield
 
     # indexed version
-    yield from store(dut, 4, 5, 3, 0, imm_ok=False)
-    data, addr = yield from load(dut, 4, 5, 0, imm_ok=False)
+    yield from store(dut, 9, 5, 3, 0, imm_ok=False)
+    data, addr = yield from load(dut, 9, 5, 0, imm_ok=False)
     assert data == 0x0003, "returned %x" % data
 
     # update-immediate version
     assert data == 0x0003, "returned %x" % data
 
     # update-immediate version
-    addr = yield from store(dut, 4, 6, 3, 2, update=True)
-    assert addr == 0x0006, "returned %x" % addr
+    addr = yield from store(dut, 9, 6, 3, 2, update=True)
+    assert addr == 0x000b, "returned %x" % addr
 
     # update-indexed version
 
     # update-indexed version
-    data, addr  = yield from load(dut, 4, 5, 0, imm_ok=False, update=True)
+    data, addr = yield from load(dut, 9, 5, 0, imm_ok=False, update=True)
     assert data == 0x0003, "returned %x" % data
     assert data == 0x0003, "returned %x" % data
-    assert addr == 0x0009, "returned %x" % addr
+    assert addr == 0x000e, "returned %x" % addr
 
     # immediate *and* zero version
 
     # immediate *and* zero version
-    data, addr  = yield from load(dut, 4, 5, 9, imm_ok=True, zero_a=True)
-    assert data == 0x0003, "returned %x" % data
+    data, addr = yield from load(dut, 1, 4, 8, imm_ok=True, zero_a=True)
+    assert data == 0x0008, "returned %x" % data
 
 
 class TestLDSTCompUnit(LDSTCompUnit):
 
 
 
 class TestLDSTCompUnit(LDSTCompUnit):
 
-    def __init__(self, rwid):
+    def __init__(self, rwid, pspec):
         from soc.experiment.l0_cache import TstL0CacheBuffer
         from soc.experiment.l0_cache import TstL0CacheBuffer
-        self.l0 = l0 = TstL0CacheBuffer()
-        pi = l0.l0.dports[0].pi
+        self.l0 = l0 = TstL0CacheBuffer(pspec)
+        pi = l0.l0.dports[0]
         LDSTCompUnit.__init__(self, pi, rwid, 4)
 
     def elaborate(self, platform):
         m = LDSTCompUnit.elaborate(self, platform)
         m.submodules.l0 = self.l0
         LDSTCompUnit.__init__(self, pi, rwid, 4)
 
     def elaborate(self, platform):
         m = LDSTCompUnit.elaborate(self, platform)
         m.submodules.l0 = self.l0
-        m.d.comb += self.ad.go.eq(self.ad.rel) # link addr-go direct to rel
+        # link addr-go direct to rel
+        m.d.comb += self.ad.go_i.eq(self.ad.rel_o)
         return m
 
 
 def test_scoreboard():
 
         return m
 
 
 def test_scoreboard():
 
-    dut = TestLDSTCompUnit(16)
+    units = {}
+    pspec = TestMemPspec(ldst_ifacetype='bare_wb',
+                         imem_ifacetype='bare_wb',
+                         addr_wid=48,
+                         mask_wid=8,
+                         reg_wid=64,
+                         units=units)
+
+    dut = TestLDSTCompUnit(16,pspec)
     vl = rtlil.convert(dut, ports=dut.ports())
     with open("test_ldst_comp.il", "w") as f:
         f.write(vl)
 
     vl = rtlil.convert(dut, ports=dut.ports())
     with open("test_ldst_comp.il", "w") as f:
         f.write(vl)
 
-    run_simulation(dut, scoreboard_sim(dut), vcd_name='test_ldst_comp.vcd')
+    run_simulation(dut, ldst_sim(dut), vcd_name='test_ldst_comp.vcd')
 
 
 class TestLDSTCompUnitRegSpec(LDSTCompUnit):
 
 
 
 class TestLDSTCompUnitRegSpec(LDSTCompUnit):
 
-    def __init__(self):
+    def __init__(self, pspec):
         from soc.experiment.l0_cache import TstL0CacheBuffer
         from soc.fu.ldst.pipe_data import LDSTPipeSpec
         regspec = LDSTPipeSpec.regspec
         from soc.experiment.l0_cache import TstL0CacheBuffer
         from soc.fu.ldst.pipe_data import LDSTPipeSpec
         regspec = LDSTPipeSpec.regspec
-        self.l0 = l0 = TstL0CacheBuffer()
-        pi = l0.l0.dports[0].pi
+        self.l0 = l0 = TstL0CacheBuffer(pspec)
+        pi = l0.l0.dports[0]
         LDSTCompUnit.__init__(self, pi, regspec, 4)
 
     def elaborate(self, platform):
         m = LDSTCompUnit.elaborate(self, platform)
         m.submodules.l0 = self.l0
         LDSTCompUnit.__init__(self, pi, regspec, 4)
 
     def elaborate(self, platform):
         m = LDSTCompUnit.elaborate(self, platform)
         m.submodules.l0 = self.l0
-        m.d.comb += self.ad.go.eq(self.ad.rel) # link addr-go direct to rel
+        # link addr-go direct to rel
+        m.d.comb += self.ad.go_i.eq(self.ad.rel_o)
         return m
 
 
 def test_scoreboard_regspec():
 
         return m
 
 
 def test_scoreboard_regspec():
 
-    dut = TestLDSTCompUnitRegSpec()
+    units = {}
+    pspec = TestMemPspec(ldst_ifacetype='bare_wb',
+                         imem_ifacetype='bare_wb',
+                         addr_wid=48,
+                         mask_wid=8,
+                         reg_wid=64,
+                         units=units)
+
+    dut = TestLDSTCompUnitRegSpec(pspec)
     vl = rtlil.convert(dut, ports=dut.ports())
     with open("test_ldst_comp.il", "w") as f:
         f.write(vl)
 
     vl = rtlil.convert(dut, ports=dut.ports())
     with open("test_ldst_comp.il", "w") as f:
         f.write(vl)
 
-    run_simulation(dut, scoreboard_sim(dut), vcd_name='test_ldst_regspec.vcd')
+    run_simulation(dut, ldst_sim(dut), vcd_name='test_ldst_regspec.vcd')
 
 
 if __name__ == '__main__':
 
 
 if __name__ == '__main__':