Allow the formal engine to perform a same-cycle result in the ALU
[soc.git] / src / experiment / score6600.py
diff --git a/src/experiment/score6600.py b/src/experiment/score6600.py
deleted file mode 100644 (file)
index cab033b..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,463 +0,0 @@
-from nmigen.compat.sim import run_simulation
-from nmigen.cli import verilog, rtlil
-from nmigen import Module, Const, Signal, Array, Cat, Elaboratable
-
-from regfile.regfile import RegFileArray, treereduce
-from scoreboard.fn_unit import IntFnUnit, FPFnUnit, LDFnUnit, STFnUnit
-from scoreboard.fu_fu_matrix import FUFUDepMatrix
-from scoreboard.fu_reg_matrix import FURegDepMatrix
-from scoreboard.global_pending import GlobalPending
-from scoreboard.group_picker import GroupPicker
-from scoreboard.issue_unit import IntFPIssueUnit, RegDecode
-
-from compalu import ComputationUnitNoDelay
-
-from alu_hier import ALU
-from nmutil.latch import SRLatch
-
-from random import randint
-
-class CompUnits(Elaboratable):
-
-    def __init__(self, rwid, n_units):
-        """ Inputs:
-
-            * :rwid:   bit width of register file(s) - both FP and INT
-            * :n_units: number of ALUs
-        """
-        self.n_units = n_units
-        self.rwid = rwid
-
-        self.issue_i = Signal(n_units, reset_less=True)
-        self.go_rd_i = Signal(n_units, reset_less=True)
-        self.go_wr_i = Signal(n_units, reset_less=True)
-        self.busy_o = Signal(n_units, reset_less=True)
-        self.rd_rel_o = Signal(n_units, reset_less=True)
-        self.req_rel_o = Signal(n_units, reset_less=True)
-
-        self.dest_o = Signal(rwid, reset_less=True)
-        self.src1_data_i = Signal(rwid, reset_less=True)
-        self.src2_data_i = Signal(rwid, reset_less=True)
-
-    def elaborate(self, platform):
-        m = Module()
-
-        # Int ALUs
-        add = ALU(self.rwid)
-        sub = ALU(self.rwid)
-        m.submodules.comp1 = comp1 = ComputationUnitNoDelay(self.rwid, 1, add)
-        m.submodules.comp2 = comp2 = ComputationUnitNoDelay(self.rwid, 1, sub)
-        int_alus = [comp1, comp2]
-
-        m.d.comb += comp1.oper_i.eq(Const(0)) # temporary/experiment: op=add
-        m.d.comb += comp2.oper_i.eq(Const(1)) # temporary/experiment: op=sub
-
-        go_rd_l = []
-        go_wr_l = []
-        issue_l = []
-        busy_l = []
-        req_rel_l = []
-        rd_rel_l = []
-        for alu in int_alus:
-            req_rel_l.append(alu.req_rel_o)
-            rd_rel_l.append(alu.rd_rel_o)
-            go_wr_l.append(alu.go_wr_i)
-            go_rd_l.append(alu.go_rd_i)
-            issue_l.append(alu.issue_i)
-            busy_l.append(alu.busy_o)
-        m.d.comb += self.rd_rel_o.eq(Cat(*rd_rel_l))
-        m.d.comb += self.req_rel_o.eq(Cat(*req_rel_l))
-        m.d.comb += self.busy_o.eq(Cat(*busy_l))
-        m.d.comb += Cat(*go_wr_l).eq(self.go_wr_i)
-        m.d.comb += Cat(*go_rd_l).eq(self.go_rd_i)
-        m.d.comb += Cat(*issue_l).eq(self.issue_i)
-
-        # connect data register input/output
-
-        # merge (OR) all integer FU / ALU outputs to a single value
-        # bit of a hack: treereduce needs a list with an item named "dest_o"
-        dest_o = treereduce(int_alus)
-        m.d.comb += self.dest_o.eq(dest_o)
-
-        for i, alu in enumerate(int_alus):
-            m.d.comb += alu.src1_i.eq(self.src1_data_i)
-            m.d.comb += alu.src2_i.eq(self.src2_data_i)
-
-        return m
-
-
-class FunctionUnits(Elaboratable):
-
-    def __init__(self, n_regs, n_int_alus):
-        self.n_regs = n_regs
-        self.n_int_alus = n_int_alus
-
-        self.dest_i = Signal(n_regs, reset_less=True) # Dest R# in
-        self.src1_i = Signal(n_regs, reset_less=True) # oper1 R# in
-        self.src2_i = Signal(n_regs, reset_less=True) # oper2 R# in
-
-        self.g_int_rd_pend_o = Signal(n_regs, reset_less=True)
-        self.g_int_wr_pend_o = Signal(n_regs, reset_less=True)
-
-        self.dest_rsel_o = Signal(n_regs, reset_less=True) # dest reg (bot)
-        self.src1_rsel_o = Signal(n_regs, reset_less=True) # src1 reg (bot)
-        self.src2_rsel_o = Signal(n_regs, reset_less=True) # src2 reg (bot)
-
-        self.req_rel_i = Signal(n_int_alus, reset_less = True)
-        self.readable_o = Signal(n_int_alus, reset_less=True)
-        self.writable_o = Signal(n_int_alus, reset_less=True)
-
-        self.go_rd_i = Signal(n_int_alus, reset_less=True)
-        self.go_wr_i = Signal(n_int_alus, reset_less=True)
-        self.req_rel_o = Signal(n_int_alus, reset_less=True)
-        self.fn_issue_i = Signal(n_int_alus, reset_less=True)
-
-    def elaborate(self, platform):
-        m = Module()
-
-        n_int_fus = self.n_int_alus
-
-        # Integer FU-FU Dep Matrix
-        intfudeps = FUFUDepMatrix(n_int_fus, n_int_fus)
-        m.submodules.intfudeps = intfudeps
-        # Integer FU-Reg Dep Matrix
-        intregdeps = FURegDepMatrix(n_int_fus, self.n_regs)
-        m.submodules.intregdeps = intregdeps
-
-        m.d.comb += self.g_int_rd_pend_o.eq(intregdeps.rd_rsel_o)
-        m.d.comb += self.g_int_wr_pend_o.eq(intregdeps.wr_rsel_o)
-
-        m.d.comb += intregdeps.rd_pend_i.eq(intregdeps.rd_rsel_o)
-        m.d.comb += intregdeps.wr_pend_i.eq(intregdeps.wr_rsel_o)
-
-        m.d.comb += intfudeps.rd_pend_i.eq(intregdeps.rd_pend_o)
-        m.d.comb += intfudeps.wr_pend_i.eq(intregdeps.wr_pend_o)
-
-        m.d.comb += intfudeps.issue_i.eq(self.fn_issue_i)
-        m.d.comb += intfudeps.go_rd_i.eq(self.go_rd_i)
-        m.d.comb += intfudeps.go_wr_i.eq(self.go_wr_i)
-        m.d.comb += self.readable_o.eq(intfudeps.readable_o)
-        m.d.comb += self.writable_o.eq(intfudeps.writable_o)
-
-        # Connect function issue / arrays, and dest/src1/src2
-        m.d.comb += intregdeps.dest_i.eq(self.dest_i)
-        m.d.comb += intregdeps.src1_i.eq(self.src1_i)
-        m.d.comb += intregdeps.src2_i.eq(self.src2_i)
-
-        m.d.comb += intregdeps.go_rd_i.eq(self.go_rd_i)
-        m.d.comb += intregdeps.go_wr_i.eq(self.go_wr_i)
-        m.d.comb += intregdeps.issue_i.eq(self.fn_issue_i)
-
-        m.d.comb += self.dest_rsel_o.eq(intregdeps.dest_rsel_o)
-        m.d.comb += self.src1_rsel_o.eq(intregdeps.src1_rsel_o)
-        m.d.comb += self.src2_rsel_o.eq(intregdeps.src2_rsel_o)
-
-        return m
-
-
-class Scoreboard(Elaboratable):
-    def __init__(self, rwid, n_regs):
-        """ Inputs:
-
-            * :rwid:   bit width of register file(s) - both FP and INT
-            * :n_regs: depth of register file(s) - number of FP and INT regs
-        """
-        self.rwid = rwid
-        self.n_regs = n_regs
-
-        # Register Files
-        self.intregs = RegFileArray(rwid, n_regs)
-        self.fpregs = RegFileArray(rwid, n_regs)
-
-        # inputs
-        self.int_store_i = Signal(reset_less=True) # instruction is a store
-        self.int_dest_i = Signal(max=n_regs, reset_less=True) # Dest R# in
-        self.int_src1_i = Signal(max=n_regs, reset_less=True) # oper1 R# in
-        self.int_src2_i = Signal(max=n_regs, reset_less=True) # oper2 R# in
-        self.reg_enable_i = Signal(reset_less=True) # enable reg decode
-
-        self.issue_o = Signal(reset_less=True) # instruction was accepted
-
-    def elaborate(self, platform):
-        m = Module()
-
-        m.submodules.intregs = self.intregs
-        m.submodules.fpregs = self.fpregs
-
-        # register ports
-        int_dest = self.intregs.write_port("dest")
-        int_src1 = self.intregs.read_port("src1")
-        int_src2 = self.intregs.read_port("src2")
-
-        fp_dest = self.fpregs.write_port("dest")
-        fp_src1 = self.fpregs.read_port("src1")
-        fp_src2 = self.fpregs.read_port("src2")
-
-        # Int ALUs and Comp Units
-        n_int_alus = 2
-        m.submodules.cu = cu = CompUnits(self.rwid, n_int_alus)
-
-        # Int FUs
-        m.submodules.intfus = intfus = FunctionUnits(self.n_regs, n_int_alus)
-
-        # Count of number of FUs
-        n_int_fus = n_int_alus
-        n_fp_fus = 0 # for now
-
-        # Integer Priority Picker 1: Adder + Subtractor
-        intpick1 = GroupPicker(2) # picks between add and sub
-        m.submodules.intpick1 = intpick1
-
-        # INT/FP Issue Unit
-        regdecode = RegDecode(self.n_regs)
-        m.submodules.regdecode = regdecode
-        issueunit = IntFPIssueUnit(self.n_regs, n_int_fus, n_fp_fus)
-        m.submodules.issueunit = issueunit
-
-        #---------
-        # ok start wiring things together...
-        # "now hear de word of de looord... dem bones dem bones dem dryy bones"
-        # https://www.youtube.com/watch?v=pYb8Wm6-QfA
-        #---------
-
-        #---------
-        # Issue Unit is where it starts.  set up some in/outs for this module
-        #---------
-        m.d.comb += [issueunit.i.store_i.eq(self.int_store_i),
-                     regdecode.dest_i.eq(self.int_dest_i),
-                     regdecode.src1_i.eq(self.int_src1_i),
-                     regdecode.src2_i.eq(self.int_src2_i),
-                     regdecode.enable_i.eq(self.reg_enable_i),
-                     issueunit.i.dest_i.eq(regdecode.dest_o),
-                     self.issue_o.eq(issueunit.issue_o)
-                    ]
-        self.int_insn_i = issueunit.i.insn_i # enabled by instruction decode
-
-        # connect global rd/wr pending vectors
-        m.d.comb += issueunit.i.g_wr_pend_i.eq(intfus.g_int_wr_pend_o)
-        # TODO: issueunit.f (FP)
-
-        # and int function issue / busy arrays, and dest/src1/src2
-        m.d.comb += intfus.dest_i.eq(regdecode.dest_o)
-        m.d.comb += intfus.src1_i.eq(regdecode.src1_o)
-        m.d.comb += intfus.src2_i.eq(regdecode.src2_o)
-
-        fn_issue_o = issueunit.i.fn_issue_o
-
-        m.d.comb += intfus.fn_issue_i.eq(fn_issue_o)
-        # XXX sync, so as to stop a simulation infinite loop
-        m.d.comb += issueunit.i.busy_i.eq(cu.busy_o)
-
-        #---------
-        # connect fu-fu matrix
-        #---------
-
-        # Group Picker... done manually for now.  TODO: cat array of pick sigs
-        go_rd_o = intpick1.go_rd_o
-        go_wr_o = intpick1.go_wr_o
-        go_rd_i = intfus.go_rd_i
-        go_wr_i = intfus.go_wr_i
-        m.d.comb += go_rd_i[0:2].eq(go_rd_o[0:2]) # add rd
-        m.d.comb += go_wr_i[0:2].eq(go_wr_o[0:2]) # add wr
-
-        # Connect Picker
-        #---------
-        #m.d.comb += intpick1.rd_rel_i[0:2].eq(~go_rd_i[0:2] & cu.busy_o[0:2])
-        m.d.comb += intpick1.rd_rel_i[0:2].eq(cu.rd_rel_o[0:2])
-        #m.d.comb += intpick1.go_rd_i[0:2].eq(cu.req_rel_o[0:2])
-        m.d.comb += intpick1.req_rel_i[0:2].eq(cu.req_rel_o[0:2])
-        int_readable_o = intfus.readable_o
-        int_writable_o = intfus.writable_o
-        m.d.comb += intpick1.readable_i[0:2].eq(int_readable_o[0:2])
-        m.d.comb += intpick1.writable_i[0:2].eq(int_writable_o[0:2])
-
-        #---------
-        # Connect Register File(s)
-        #---------
-        print ("intregdeps wen len", len(intfus.dest_rsel_o))
-        m.d.comb += int_dest.wen.eq(intfus.dest_rsel_o)
-        m.d.comb += int_src1.ren.eq(intfus.src1_rsel_o)
-        m.d.comb += int_src2.ren.eq(intfus.src2_rsel_o)
-
-        # connect ALUs to regfule
-        m.d.comb += int_dest.data_i.eq(cu.dest_o)
-        m.d.comb += cu.src1_data_i.eq(int_src1.data_o)
-        m.d.comb += cu.src2_data_i.eq(int_src2.data_o)
-
-        # connect ALU Computation Units
-        m.d.comb += cu.go_rd_i[0:2].eq(go_rd_o[0:2])
-        m.d.comb += cu.go_wr_i[0:2].eq(go_wr_o[0:2])
-        m.d.comb += cu.issue_i[0:2].eq(fn_issue_o[0:2])
-
-        return m
-
-
-    def __iter__(self):
-        yield from self.intregs
-        yield from self.fpregs
-        yield self.int_store_i
-        yield self.int_dest_i
-        yield self.int_src1_i
-        yield self.int_src2_i
-        yield self.issue_o
-        #yield from self.int_src1
-        #yield from self.int_dest
-        #yield from self.int_src1
-        #yield from self.int_src2
-        #yield from self.fp_dest
-        #yield from self.fp_src1
-        #yield from self.fp_src2
-
-    def ports(self):
-        return list(self)
-
-IADD = 0
-ISUB = 1
-
-class RegSim:
-    def __init__(self, rwidth, nregs):
-        self.rwidth = rwidth
-        self.regs = [0] * nregs
-
-    def op(self, op, src1, src2, dest):
-        src1 = self.regs[src1]
-        src2 = self.regs[src2]
-        if op == IADD:
-            val = (src1 + src2) & ((1<<(self.rwidth))-1)
-        elif op == ISUB:
-            val = (src1 - src2) & ((1<<(self.rwidth))-1)
-        self.regs[dest] = val
-
-    def setval(self, dest, val):
-        self.regs[dest] = val
-
-    def dump(self, dut):
-        for i, val in enumerate(self.regs):
-            reg = yield dut.intregs.regs[i].reg
-            okstr = "OK" if reg == val else "!ok"
-            print("reg %d expected %x received %x %s" % (i, val, reg, okstr))
-
-    def check(self, dut):
-        for i, val in enumerate(self.regs):
-            reg = yield dut.intregs.regs[i].reg
-            if reg != val:
-                print("reg %d expected %x received %x\n" % (i, val, reg))
-                yield from self.dump(dut)
-                assert False
-
-def int_instr(dut, alusim, op, src1, src2, dest):
-    for i in range(len(dut.int_insn_i)):
-        yield dut.int_insn_i[i].eq(0)
-    yield dut.int_dest_i.eq(dest)
-    yield dut.int_src1_i.eq(src1)
-    yield dut.int_src2_i.eq(src2)
-    yield dut.int_insn_i[op].eq(1)
-    yield dut.reg_enable_i.eq(1)
-    alusim.op(op, src1, src2, dest)
-
-
-def print_reg(dut, rnums):
-    rs = []
-    for rnum in rnums:
-        reg = yield dut.intregs.regs[rnum].reg
-        rs.append("%x" % reg)
-    rnums = map(str, rnums)
-    print ("reg %s: %s" % (','.join(rnums), ','.join(rs)))
-
-
-def scoreboard_sim(dut, alusim):
-    yield dut.int_store_i.eq(0)
-
-    for i in range(1, dut.n_regs):
-        yield dut.intregs.regs[i].reg.eq(4+i*2)
-        alusim.setval(i, 4+i*2)
-
-    instrs = []
-    if False:
-        for i in range(2):
-            src1 = randint(1, dut.n_regs-1)
-            src2 = randint(1, dut.n_regs-1)
-            while True:
-                dest = randint(1, dut.n_regs-1)
-                break
-                if dest not in [src1, src2]:
-                    break
-            #src1 = 2
-            #src2 = 3
-            #dest = 2
-
-            op = randint(0, 1)
-            op = i % 2
-            op = 0
-        instrs.append((src1, src2, dest, op))
-
-    if False:
-        instrs.append((2, 3, 3, 0))
-        instrs.append((5, 3, 3, 1))
-
-    if True:
-        instrs.append((5, 6, 2, 1))
-        instrs.append((2, 2, 4, 0))
-        #instrs.append((2, 2, 3, 1))
-
-    for i, (src1, src2, dest, op) in enumerate(instrs):
-
-        print ("instr %d: %d %d %d %d\n" % (i, op, src1, src2, dest))
-        yield from int_instr(dut, alusim, op, src1, src2, dest)
-        yield
-        while True:
-            issue_o = yield dut.issue_o
-            if issue_o:
-                for i in range(len(dut.int_insn_i)):
-                    yield dut.int_insn_i[i].eq(0)
-                    yield dut.reg_enable_i.eq(0)
-                break
-            print ("busy",)
-            yield from print_reg(dut, [1,2,3])
-            yield
-        yield from print_reg(dut, [1,2,3])
-        yield
-        yield
-        yield
-
-    yield
-    yield from print_reg(dut, [1,2,3])
-    yield
-    yield from print_reg(dut, [1,2,3])
-    yield
-    yield from print_reg(dut, [1,2,3])
-    yield
-    yield from print_reg(dut, [1,2,3])
-    yield
-    yield
-    yield
-    yield
-    yield from alusim.check(dut)
-    yield from alusim.dump(dut)
-
-
-def explore_groups(dut):
-    from nmigen.hdl.ir import Fragment
-    from nmigen.hdl.xfrm import LHSGroupAnalyzer
-
-    fragment = dut.elaborate(platform=None)
-    fr = Fragment.get(fragment, platform=None)
-
-    groups = LHSGroupAnalyzer()(fragment._statements)
-
-    print (groups)
-
-
-def test_scoreboard():
-    dut = Scoreboard(16, 8)
-    alusim = RegSim(16, 8)
-    vl = rtlil.convert(dut, ports=dut.ports())
-    with open("test_scoreboard6600.il", "w") as f:
-        f.write(vl)
-
-    run_simulation(dut, scoreboard_sim(dut, alusim),
-                        vcd_name='test_scoreboard6600.vcd')
-
-
-if __name__ == '__main__':
-    test_scoreboard()