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 dd48f2d..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,1107 +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.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 IssueUnitGroup, IssueUnitArray, RegDecode
-from scoreboard.shadow import ShadowMatrix, BranchSpeculationRecord
-from scoreboard.instruction_q import Instruction, InstructionQ
-
-from compalu import ComputationUnitNoDelay
-
-from alu_hier import ALU, BranchALU
-from nmutil.latch import SRLatch
-from nmutil.nmoperator import eq
-
-from random import randint, seed
-from copy import deepcopy
-from math import log
-
-
-class Memory(Elaboratable):
-    def __init__(self, regwid, addrw):
-        self.ddepth = regwid/8
-        depth = (1<<addrw) / self.ddepth
-        self.adr   = Signal(addrw)
-        self.dat_r = Signal(regwid)
-        self.dat_w = Signal(regwid)
-        self.we    = Signal()
-        self.mem   = Memory(width=regwid, depth=depth, init=range(0, depth))
-
-    def elaborate(self, platform):
-        m = Module()
-        m.submodules.rdport = rdport = self.mem.read_port()
-        m.submodules.wrport = wrport = self.mem.write_port()
-        m.d.comb += [
-            rdport.addr.eq(self.adr[self.ddepth:]), # ignore low bits
-            self.dat_r.eq(rdport.data),
-            wrport.addr.eq(self.adr),
-            wrport.data.eq(self.dat_w),
-            wrport.en.eq(self.we),
-        ]
-        return m
-
-
-class MemSim:
-    def __init__(self, regwid, addrw):
-        self.regwid = regwid
-        self.ddepth = regwid//8
-        depth = (1<<addrw) // self.ddepth
-        self.mem = list(range(0, depth))
-
-    def ld(self, addr):
-        return self.mem[addr>>self.ddepth]
-
-    def st(self, addr, data):
-        self.mem[addr>>self.ddepth] = data & ((1<<self.regwid)-1)
-
-
-class CompUnitsBase(Elaboratable):
-    """ Computation Unit Base class.
-
-        Amazingly, this class works recursively.  It's supposed to just
-        look after some ALUs (that can handle the same operations),
-        grouping them together, however it turns out that the same code
-        can also group *groups* of Computation Units together as well.
-
-        Basically it was intended just to concatenate the ALU's issue,
-        go_rd etc. signals together, which start out as bits and become
-        sequences.  Turns out that the same trick works just as well
-        on Computation Units!
-
-        So this class may be used recursively to present a top-level
-        sequential concatenation of all the signals in and out of
-        ALUs, whilst at the same time making it convenient to group
-        ALUs together.
-
-        At the lower level, the intent is that groups of (identical)
-        ALUs may be passed the same operation.  Even beyond that,
-        the intent is that that group of (identical) ALUs actually
-        share the *same pipeline* and as such become a "Concurrent
-        Computation Unit" as defined by Mitch Alsup (see section
-        11.4.9.3)
-    """
-    def __init__(self, rwid, units):
-        """ Inputs:
-
-            * :rwid:   bit width of register file(s) - both FP and INT
-            * :units: sequence of ALUs (or CompUnitsBase derivatives)
-        """
-        self.units = units
-        self.rwid = rwid
-        self.rwid = rwid
-        if units and isinstance(units[0], CompUnitsBase):
-            self.n_units = 0
-            for u in self.units:
-                self.n_units += u.n_units
-        else:
-            self.n_units = len(units)
-
-        n_units = self.n_units
-
-        # inputs
-        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.shadown_i = Signal(n_units, reset_less=True)
-        self.go_die_i = Signal(n_units, reset_less=True)
-
-        # outputs
-        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)
-
-        # in/out register data (note: not register#, actual data)
-        self.data_o = Signal(rwid, reset_less=True)
-        self.src1_i = Signal(rwid, reset_less=True)
-        self.src2_i = Signal(rwid, reset_less=True)
-        # input operand
-
-    def elaborate(self, platform):
-        m = Module()
-        comb = m.d.comb
-
-        for i, alu in enumerate(self.units):
-            setattr(m.submodules, "comp%d" % i, alu)
-
-        go_rd_l = []
-        go_wr_l = []
-        issue_l = []
-        busy_l = []
-        req_rel_l = []
-        rd_rel_l = []
-        shadow_l = []
-        godie_l = []
-        for alu in self.units:
-            req_rel_l.append(alu.req_rel_o)
-            rd_rel_l.append(alu.rd_rel_o)
-            shadow_l.append(alu.shadown_i)
-            godie_l.append(alu.go_die_i)
-            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)
-        comb += self.rd_rel_o.eq(Cat(*rd_rel_l))
-        comb += self.req_rel_o.eq(Cat(*req_rel_l))
-        comb += self.busy_o.eq(Cat(*busy_l))
-        comb += Cat(*godie_l).eq(self.go_die_i)
-        comb += Cat(*shadow_l).eq(self.shadown_i)
-        comb += Cat(*go_wr_l).eq(self.go_wr_i)
-        comb += Cat(*go_rd_l).eq(self.go_rd_i)
-        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 "data_o"
-        if self.units:
-            data_o = treereduce(self.units)
-            comb += self.data_o.eq(data_o)
-
-        for i, alu in enumerate(self.units):
-            comb += alu.src1_i.eq(self.src1_i)
-            comb += alu.src2_i.eq(self.src2_i)
-
-        return m
-
-
-class CompUnitALUs(CompUnitsBase):
-
-    def __init__(self, rwid, opwid):
-        """ Inputs:
-
-            * :rwid:   bit width of register file(s) - both FP and INT
-            * :opwid:  operand bit width
-        """
-        self.opwid = opwid
-
-        # inputs
-        self.oper_i = Signal(opwid, reset_less=True)
-
-        # Int ALUs
-        add = ALU(rwid)
-        sub = ALU(rwid)
-        mul = ALU(rwid)
-        shf = ALU(rwid)
-
-        units = []
-        for alu in [add, sub, mul, shf]:
-            units.append(ComputationUnitNoDelay(rwid, 2, alu))
-
-        CompUnitsBase.__init__(self, rwid, units)
-
-    def elaborate(self, platform):
-        m = CompUnitsBase.elaborate(self, platform)
-        comb = m.d.comb
-
-        # hand the same operation to all units
-        for alu in self.units:
-            comb += alu.oper_i.eq(self.oper_i)
-        #comb += self.units[0].oper_i.eq(Const(0, 2)) # op=add
-        #comb += self.units[1].oper_i.eq(Const(1, 2)) # op=sub
-        #comb += self.units[2].oper_i.eq(Const(2, 2)) # op=mul
-        #comb += self.units[3].oper_i.eq(Const(3, 2)) # op=shf
-
-        return m
-
-
-class CompUnitBR(CompUnitsBase):
-
-    def __init__(self, rwid, opwid):
-        """ Inputs:
-
-            * :rwid:   bit width of register file(s) - both FP and INT
-            * :opwid:  operand bit width
-
-            Note: bgt unit is returned so that a shadow unit can be created
-            for it
-        """
-        self.opwid = opwid
-
-        # inputs
-        self.oper_i = Signal(opwid, reset_less=True)
-
-        # Branch ALU and CU
-        self.bgt = BranchALU(rwid)
-        self.br1 = ComputationUnitNoDelay(rwid, 3, self.bgt)
-        CompUnitsBase.__init__(self, rwid, [self.br1])
-
-    def elaborate(self, platform):
-        m = CompUnitsBase.elaborate(self, platform)
-        comb = m.d.comb
-
-        # hand the same operation to all units
-        for alu in self.units:
-            comb += alu.oper_i.eq(self.oper_i)
-        #comb += self.br1.oper_i.eq(Const(4, 3)) # op=bgt
-
-        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.go_die_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)
-
-        # Note: FURegs wr_pend_o is also outputted from here, for use in WaWGrid
-
-    def elaborate(self, platform):
-        m = Module()
-        comb = m.d.comb
-        sync = m.d.sync
-
-        n_intfus = self.n_int_alus
-
-        # Integer FU-FU Dep Matrix
-        intfudeps = FUFUDepMatrix(n_intfus, n_intfus)
-        m.submodules.intfudeps = intfudeps
-        # Integer FU-Reg Dep Matrix
-        intregdeps = FURegDepMatrix(n_intfus, self.n_regs)
-        m.submodules.intregdeps = intregdeps
-
-        comb += self.g_int_rd_pend_o.eq(intregdeps.rd_rsel_o)
-        comb += self.g_int_wr_pend_o.eq(intregdeps.wr_rsel_o)
-
-        comb += intregdeps.rd_pend_i.eq(intregdeps.rd_rsel_o)
-        comb += intregdeps.wr_pend_i.eq(intregdeps.wr_rsel_o)
-
-        comb += intfudeps.rd_pend_i.eq(intregdeps.rd_pend_o)
-        comb += intfudeps.wr_pend_i.eq(intregdeps.wr_pend_o)
-        self.wr_pend_o = intregdeps.wr_pend_o # also output for use in WaWGrid
-
-        comb += intfudeps.issue_i.eq(self.fn_issue_i)
-        comb += intfudeps.go_rd_i.eq(self.go_rd_i)
-        comb += intfudeps.go_wr_i.eq(self.go_wr_i)
-        comb += intfudeps.go_die_i.eq(self.go_die_i)
-        comb += self.readable_o.eq(intfudeps.readable_o)
-        comb += self.writable_o.eq(intfudeps.writable_o)
-
-        # Connect function issue / arrays, and dest/src1/src2
-        comb += intregdeps.dest_i.eq(self.dest_i)
-        comb += intregdeps.src1_i.eq(self.src1_i)
-        comb += intregdeps.src2_i.eq(self.src2_i)
-
-        comb += intregdeps.go_rd_i.eq(self.go_rd_i)
-        comb += intregdeps.go_wr_i.eq(self.go_wr_i)
-        comb += intregdeps.go_die_i.eq(self.go_die_i)
-        comb += intregdeps.issue_i.eq(self.fn_issue_i)
-
-        comb += self.dest_rsel_o.eq(intregdeps.dest_rsel_o)
-        comb += self.src1_rsel_o.eq(intregdeps.src1_rsel_o)
-        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)
-
-        # issue q needs to get at these
-        self.aluissue = IssueUnitGroup(4)
-        self.brissue = IssueUnitGroup(1)
-        # and these
-        self.alu_oper_i = Signal(4, reset_less=True)
-        self.br_oper_i = Signal(4, reset_less=True)
-
-        # inputs
-        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
-
-        # outputs
-        self.issue_o = Signal(reset_less=True) # instruction was accepted
-        self.busy_o = Signal(reset_less=True) # at least one CU is busy
-
-        # for branch speculation experiment.  branch_direction = 0 if
-        # the branch hasn't been met yet.  1 indicates "success", 2 is "fail"
-        # branch_succ and branch_fail are requests to have the current
-        # instruction be dependent on the branch unit "shadow" capability.
-        self.branch_succ_i = Signal(reset_less=True)
-        self.branch_fail_i = Signal(reset_less=True)
-        self.branch_direction_o = Signal(2, reset_less=True)
-
-    def elaborate(self, platform):
-        m = Module()
-        comb = m.d.comb
-        sync = m.d.sync
-
-        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 = 5
-        cua = CompUnitALUs(self.rwid, 2)
-        cub = CompUnitBR(self.rwid, 2)
-        m.submodules.cu = cu = CompUnitsBase(self.rwid, [cua, cub])
-        bgt = cub.bgt # get at the branch computation unit
-        br1 = cub.br1
-
-        # Int FUs
-        m.submodules.intfus = intfus = FunctionUnits(self.n_regs, n_int_alus)
-
-        # Count of number of FUs
-        n_intfus = n_int_alus
-        n_fp_fus = 0 # for now
-
-        # Integer Priority Picker 1: Adder + Subtractor
-        intpick1 = GroupPicker(n_intfus) # picks between add, sub, mul and shf
-        m.submodules.intpick1 = intpick1
-
-        # INT/FP Issue Unit
-        regdecode = RegDecode(self.n_regs)
-        m.submodules.regdecode = regdecode
-        issueunit = IssueUnitArray([self.aluissue, self.brissue])
-        m.submodules.issueunit = issueunit
-
-        # Shadow Matrix.  currently n_intfus shadows, to be used for
-        # write-after-write hazards.  NOTE: there is one extra for branches,
-        # so the shadow width is increased by 1
-        m.submodules.shadows = shadows = ShadowMatrix(n_intfus, n_intfus, True)
-        m.submodules.bshadow = bshadow = ShadowMatrix(n_intfus, 1, False)
-
-        # record previous instruction to cast shadow on current instruction
-        prev_shadow = Signal(n_intfus)
-
-        # Branch Speculation recorder.  tracks the success/fail state as
-        # each instruction is issued, so that when the branch occurs the
-        # allow/cancel can be issued as appropriate.
-        m.submodules.specrec = bspec = BranchSpeculationRecord(n_intfus)
-
-        #---------
-        # 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
-        #---------
-        comb += [    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),
-                     self.issue_o.eq(issueunit.issue_o)
-                    ]
-
-        # take these to outside (issue needs them)
-        comb += cua.oper_i.eq(self.alu_oper_i)
-        comb += cub.oper_i.eq(self.br_oper_i)
-
-        # TODO: issueunit.f (FP)
-
-        # and int function issue / busy arrays, and dest/src1/src2
-        comb += intfus.dest_i.eq(regdecode.dest_o)
-        comb += intfus.src1_i.eq(regdecode.src1_o)
-        comb += intfus.src2_i.eq(regdecode.src2_o)
-
-        fn_issue_o = issueunit.fn_issue_o
-
-        comb += intfus.fn_issue_i.eq(fn_issue_o)
-        comb += issueunit.busy_i.eq(cu.busy_o)
-        comb += self.busy_o.eq(cu.busy_o.bool())
-
-        #---------
-        # merge shadow matrices outputs
-        #---------
-
-        # these are explained in ShadowMatrix docstring, and are to be
-        # connected to the FUReg and FUFU Matrices, to get them to reset
-        anydie = Signal(n_intfus, reset_less=True)
-        allshadown = Signal(n_intfus, reset_less=True)
-        shreset = Signal(n_intfus, reset_less=True)
-        comb += allshadown.eq(shadows.shadown_o & bshadow.shadown_o)
-        comb += anydie.eq(shadows.go_die_o | bshadow.go_die_o)
-        comb += shreset.eq(bspec.match_g_o | bspec.match_f_o)
-
-        #---------
-        # connect fu-fu matrix
-        #---------
-
-        # Group Picker... done manually for now.
-        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
-        go_die_i = intfus.go_die_i
-        # NOTE: connect to the shadowed versions so that they can "die" (reset)
-        comb += go_rd_i[0:n_intfus].eq(go_rd_o[0:n_intfus]) # rd
-        comb += go_wr_i[0:n_intfus].eq(go_wr_o[0:n_intfus]) # wr
-        comb += go_die_i[0:n_intfus].eq(anydie[0:n_intfus]) # die
-
-        # Connect Picker
-        #---------
-        comb += intpick1.rd_rel_i[0:n_intfus].eq(cu.rd_rel_o[0:n_intfus])
-        comb += intpick1.req_rel_i[0:n_intfus].eq(cu.req_rel_o[0:n_intfus])
-        int_rd_o = intfus.readable_o
-        int_wr_o = intfus.writable_o
-        comb += intpick1.readable_i[0:n_intfus].eq(int_rd_o[0:n_intfus])
-        comb += intpick1.writable_i[0:n_intfus].eq(int_wr_o[0:n_intfus])
-
-        #---------
-        # Shadow Matrix
-        #---------
-
-        comb += shadows.issue_i.eq(fn_issue_o)
-        #comb += shadows.reset_i[0:n_intfus].eq(bshadow.go_die_o[0:n_intfus])
-        comb += shadows.reset_i[0:n_intfus].eq(bshadow.go_die_o[0:n_intfus])
-        #---------
-        # NOTE; this setup is for the instruction order preservation...
-
-        # connect shadows / go_dies to Computation Units
-        comb += cu.shadown_i[0:n_intfus].eq(allshadown)
-        comb += cu.go_die_i[0:n_intfus].eq(anydie)
-
-        # ok connect first n_int_fu shadows to busy lines, to create an
-        # instruction-order linked-list-like arrangement, using a bit-matrix
-        # (instead of e.g. a ring buffer).
-        # XXX TODO
-
-        # when written, the shadow can be cancelled (and was good)
-        for i in range(n_intfus):
-            comb += shadows.s_good_i[i][0:n_intfus].eq(go_wr_o[0:n_intfus])
-
-        # *previous* instruction shadows *current* instruction, and, obviously,
-        # if the previous is completed (!busy) don't cast the shadow!
-        comb += prev_shadow.eq(~fn_issue_o & cu.busy_o)
-        for i in range(n_intfus):
-            comb += shadows.shadow_i[i][0:n_intfus].eq(prev_shadow)
-
-        #---------
-        # ... and this is for branch speculation.  it uses the extra bit
-        # tacked onto the ShadowMatrix (hence shadow_wid=n_intfus+1)
-        # only needs to set shadow_i, s_fail_i and s_good_i
-
-        # issue captures shadow_i (if enabled)
-        comb += bshadow.reset_i[0:n_intfus].eq(shreset[0:n_intfus])
-
-        bactive = Signal(reset_less=True)
-        comb += bactive.eq((bspec.active_i | br1.issue_i) & ~br1.go_wr_i)
-
-        # instruction being issued (fn_issue_o) has a shadow cast by the branch
-        with m.If(bactive & (self.branch_succ_i | self.branch_fail_i)):
-            comb += bshadow.issue_i.eq(fn_issue_o)
-            for i in range(n_intfus):
-                with m.If(fn_issue_o & (Const(1<<i))):
-                    comb += bshadow.shadow_i[i][0].eq(1)
-
-        # finally, we need an indicator to the test infrastructure as to
-        # whether the branch succeeded or failed, plus, link up to the
-        # "recorder" of whether the instruction was under shadow or not
-
-        with m.If(br1.issue_i):
-            sync += bspec.active_i.eq(1)
-        with m.If(self.branch_succ_i):
-            comb += bspec.good_i.eq(fn_issue_o & 0x1f)
-        with m.If(self.branch_fail_i):
-            comb += bspec.fail_i.eq(fn_issue_o & 0x1f)
-
-        # branch is active (TODO: a better signal: this is over-using the
-        # go_write signal - actually the branch should not be "writing")
-        with m.If(br1.go_wr_i):
-            sync += self.branch_direction_o.eq(br1.data_o+Const(1, 2))
-            sync += bspec.active_i.eq(0)
-            comb += bspec.br_i.eq(1)
-            # branch occurs if data == 1, failed if data == 0
-            comb += bspec.br_ok_i.eq(br1.data_o == 1)
-            for i in range(n_intfus):
-                # *expected* direction of the branch matched against *actual*
-                comb += bshadow.s_good_i[i][0].eq(bspec.match_g_o[i])
-                # ... or it didn't
-                comb += bshadow.s_fail_i[i][0].eq(bspec.match_f_o[i])
-
-        #---------
-        # Connect Register File(s)
-        #---------
-        comb += int_dest.wen.eq(intfus.dest_rsel_o)
-        comb += int_src1.ren.eq(intfus.src1_rsel_o)
-        comb += int_src2.ren.eq(intfus.src2_rsel_o)
-
-        # connect ALUs to regfule
-        comb += int_dest.data_i.eq(cu.data_o)
-        comb += cu.src1_i.eq(int_src1.data_o)
-        comb += cu.src2_i.eq(int_src2.data_o)
-
-        # connect ALU Computation Units
-        comb += cu.go_rd_i[0:n_intfus].eq(go_rd_o[0:n_intfus])
-        comb += cu.go_wr_i[0:n_intfus].eq(go_wr_o[0:n_intfus])
-        comb += cu.issue_i[0:n_intfus].eq(fn_issue_o[0:n_intfus])
-
-        return m
-
-    def __iter__(self):
-        yield from self.intregs
-        yield from self.fpregs
-        yield self.int_dest_i
-        yield self.int_src1_i
-        yield self.int_src2_i
-        yield self.issue_o
-        yield self.branch_succ_i
-        yield self.branch_fail_i
-        yield self.branch_direction_o
-
-    def ports(self):
-        return list(self)
-
-class IssueToScoreboard(Elaboratable):
-
-    def __init__(self, qlen, n_in, n_out, rwid, opwid, n_regs):
-        self.qlen = qlen
-        self.n_in = n_in
-        self.n_out = n_out
-        self.rwid = rwid
-        self.opw = opwid
-        self.n_regs = n_regs
-
-        mqbits = (int(log(qlen) / log(2))+2, False)
-        self.p_add_i = Signal(mqbits) # instructions to add (from data_i)
-        self.p_ready_o = Signal() # instructions were added
-        self.data_i = Instruction.nq(n_in, "data_i", rwid, opwid)
-
-        self.busy_o = Signal(reset_less=True) # at least one CU is busy
-        self.qlen_o = Signal(mqbits, reset_less=True)
-
-    def elaborate(self, platform):
-        m = Module()
-        comb = m.d.comb
-        sync = m.d.sync
-
-        iq = InstructionQ(self.rwid, self.opw, self.qlen, self.n_in, self.n_out)
-        sc = Scoreboard(self.rwid, self.n_regs)
-        m.submodules.iq = iq
-        m.submodules.sc = sc
-
-        # get at the regfile for testing
-        self.intregs = sc.intregs
-
-        # and the "busy" signal and instruction queue length
-        comb += self.busy_o.eq(sc.busy_o)
-        comb += self.qlen_o.eq(iq.qlen_o)
-
-        # link up instruction queue
-        comb += iq.p_add_i.eq(self.p_add_i)
-        comb += self.p_ready_o.eq(iq.p_ready_o)
-        for i in range(self.n_in):
-            comb += eq(iq.data_i[i], self.data_i[i])
-
-        # take instruction and process it.  note that it's possible to
-        # "inspect" the queue contents *without* actually removing the
-        # items.  items are only removed when the
-
-        # in "waiting" state
-        wait_issue_br = Signal()
-        wait_issue_alu = Signal()
-
-        with m.If(wait_issue_br | wait_issue_alu):
-            # set instruction pop length to 1 if the unit accepted
-            with m.If(wait_issue_br & (sc.brissue.fn_issue_o != 0)):
-                with m.If(iq.qlen_o != 0):
-                    comb += iq.n_sub_i.eq(1)
-            with m.If(wait_issue_alu & (sc.aluissue.fn_issue_o != 0)):
-                with m.If(iq.qlen_o != 0):
-                    comb += iq.n_sub_i.eq(1)
-
-        # see if some instruction(s) are here.  note that this is
-        # "inspecting" the in-place queue.  note also that on the
-        # cycle following "waiting" for fn_issue_o to be set, the
-        # "resetting" done above (insn_i=0) could be re-ASSERTed.
-        with m.If(iq.qlen_o != 0):
-            # get the operands and operation
-            dest = iq.data_o[0].dest_i
-            src1 = iq.data_o[0].src1_i
-            src2 = iq.data_o[0].src2_i
-            op = iq.data_o[0].oper_i
-
-            # set the src/dest regs
-            comb += sc.int_dest_i.eq(dest)
-            comb += sc.int_src1_i.eq(src1)
-            comb += sc.int_src2_i.eq(src2)
-            comb += sc.reg_enable_i.eq(1) # enable the regfile
-
-            # choose a Function-Unit-Group
-            with m.If((op & (0x3<<2)) != 0): # branch
-                comb += sc.brissue.insn_i.eq(1)
-                comb += sc.br_oper_i.eq(op & 0x3)
-                comb += wait_issue_br.eq(1)
-            with m.Else():                   # alu
-                comb += sc.aluissue.insn_i.eq(1)
-                comb += sc.alu_oper_i.eq(op & 0x3)
-                comb += wait_issue_alu.eq(1)
-
-            # XXX TODO
-            # these indicate that the instruction is to be made
-            # shadow-dependent on
-            # (either) branch success or branch fail
-            #yield sc.branch_fail_i.eq(branch_fail)
-            #yield sc.branch_succ_i.eq(branch_success)
-
-        return m
-
-    def __iter__(self):
-        yield self.p_ready_o
-        for o in self.data_i:
-            yield from list(o)
-        yield self.p_add_i
-
-    def ports(self):
-        return list(self)
-
-
-IADD = 0
-ISUB = 1
-IMUL = 2
-ISHF = 3
-IBGT = 4
-IBLT = 5
-IBEQ = 6
-IBNE = 7
-
-class RegSim:
-    def __init__(self, rwidth, nregs):
-        self.rwidth = rwidth
-        self.regs = [0] * nregs
-
-    def op(self, op, src1, src2, dest):
-        maxbits = (1 << self.rwidth) - 1
-        src1 = self.regs[src1] & maxbits
-        src2 = self.regs[src2] & maxbits
-        if op == IADD:
-            val = src1 + src2
-        elif op == ISUB:
-            val = src1 - src2
-        elif op == IMUL:
-            val = src1 * src2
-        elif op == ISHF:
-            val = src1 >> (src2 & maxbits)
-        elif op == IBGT:
-            val = int(src1 > src2)
-        elif op == IBLT:
-            val = int(src1 < src2)
-        elif op == IBEQ:
-            val = int(src1 == src2)
-        elif op == IBNE:
-            val = int(src1 != src2)
-        val &= maxbits
-        self.setval(dest, val)
-        return val
-
-    def setval(self, dest, val):
-        print ("sim setval", dest, hex(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 instr_q(dut, op, src1, src2, dest, branch_success, branch_fail):
-    instrs = [{'oper_i': op, 'dest_i': dest, 'src1_i': src1, 'src2_i': src2}]
-
-    sendlen = 1
-    for idx in range(sendlen):
-        yield from eq(dut.data_i[idx], instrs[idx])
-        di = yield dut.data_i[idx]
-        print ("senddata %d %x" % (idx, di))
-    yield dut.p_add_i.eq(sendlen)
-    yield
-    o_p_ready = yield dut.p_ready_o
-    while not o_p_ready:
-        yield
-        o_p_ready = yield dut.p_ready_o
-
-    yield dut.p_add_i.eq(0)
-
-
-def int_instr(dut, op, src1, src2, dest, branch_success, branch_fail):
-    yield from disable_issue(dut)
-    yield dut.int_dest_i.eq(dest)
-    yield dut.int_src1_i.eq(src1)
-    yield dut.int_src2_i.eq(src2)
-    if (op & (0x3<<2)) != 0: # branch
-        yield dut.brissue.insn_i.eq(1)
-        yield dut.br_oper_i.eq(Const(op & 0x3, 2))
-        dut_issue = dut.brissue
-    else:
-        yield dut.aluissue.insn_i.eq(1)
-        yield dut.alu_oper_i.eq(Const(op & 0x3, 2))
-        dut_issue = dut.aluissue
-    yield dut.reg_enable_i.eq(1)
-
-    # these indicate that the instruction is to be made shadow-dependent on
-    # (either) branch success or branch fail
-    yield dut.branch_fail_i.eq(branch_fail)
-    yield dut.branch_succ_i.eq(branch_success)
-
-    yield
-    yield from wait_for_issue(dut, dut_issue)
-
-
-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 create_random_ops(dut, n_ops, shadowing=False, max_opnums=3):
-    insts = []
-    for i in range(n_ops):
-        src1 = randint(1, dut.n_regs-1)
-        src2 = randint(1, dut.n_regs-1)
-        dest = randint(1, dut.n_regs-1)
-        op = randint(0, max_opnums)
-
-        if shadowing:
-            insts.append((src1, src2, dest, op, (0, 0)))
-        else:
-            insts.append((src1, src2, dest, op))
-    return insts
-
-
-def wait_for_busy_clear(dut):
-    while True:
-        busy_o = yield dut.busy_o
-        if not busy_o:
-            break
-        print ("busy",)
-        yield
-
-def disable_issue(dut):
-    yield dut.aluissue.insn_i.eq(0)
-    yield dut.brissue.insn_i.eq(0)
-
-
-def wait_for_issue(dut, dut_issue):
-    while True:
-        issue_o = yield dut_issue.fn_issue_o
-        if issue_o:
-            yield from disable_issue(dut)
-            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])
-
-def scoreboard_branch_sim(dut, alusim):
-
-    iseed = 3
-
-    for i in range(1):
-
-        print ("rseed", iseed)
-        seed(iseed)
-        iseed += 1
-
-        yield dut.branch_direction_o.eq(0)
-
-        # set random values in the registers
-        for i in range(1, dut.n_regs):
-            val = 31+i*3
-            val = randint(0, (1<<alusim.rwidth)-1)
-            yield dut.intregs.regs[i].reg.eq(val)
-            alusim.setval(i, val)
-
-        if False:
-            # create some instructions: branches create a tree
-            insts = create_random_ops(dut, 1, True, 1)
-            #insts.append((6, 6, 1, 2, (0, 0)))
-            #insts.append((4, 3, 3, 0, (0, 0)))
-
-            src1 = randint(1, dut.n_regs-1)
-            src2 = randint(1, dut.n_regs-1)
-            #op = randint(4, 7)
-            op = 4 # only BGT at the moment
-
-            branch_ok = create_random_ops(dut, 1, True, 1)
-            branch_fail = create_random_ops(dut, 1, True, 1)
-
-            insts.append((src1, src2, (branch_ok, branch_fail), op, (0, 0)))
-
-        if True:
-            insts = []
-            insts.append( (3, 5, 2, 0, (0, 0)) )
-            branch_ok = []
-            branch_fail = []
-            #branch_ok.append  ( (5, 7, 5, 1, (1, 0)) )
-            branch_ok.append( None )
-            branch_fail.append( (1, 1, 2, 0, (0, 1)) )
-            #branch_fail.append( None )
-            insts.append( (6, 4, (branch_ok, branch_fail), 4, (0, 0)) )
-
-        siminsts = deepcopy(insts)
-
-        # issue instruction(s)
-        i = -1
-        instrs = insts
-        branch_direction = 0
-        while instrs:
-            yield
-            yield
-            i += 1
-            branch_direction = yield dut.branch_direction_o # way branch went
-            (src1, src2, dest, op, (shadow_on, shadow_off)) = insts.pop(0)
-            if branch_direction == 1 and shadow_on:
-                print ("skip", i, src1, src2, dest, op, shadow_on, shadow_off)
-                continue # branch was "success" and this is a "failed"... skip
-            if branch_direction == 2 and shadow_off:
-                print ("skip", i, src1, src2, dest, op, shadow_on, shadow_off)
-                continue # branch was "fail" and this is a "success"... skip
-            if branch_direction != 0:
-                shadow_on = 0
-                shadow_off = 0
-            is_branch = op >= 4
-            if is_branch:
-                branch_ok, branch_fail = dest
-                dest = src2
-                # ok zip up the branch success / fail instructions and
-                # drop them into the queue, one marked "to have branch success"
-                # the other to be marked shadow branch "fail".
-                # one out of each of these will be cancelled
-                for ok, fl in zip(branch_ok, branch_fail):
-                    if ok:
-                        instrs.append((ok[0], ok[1], ok[2], ok[3], (1, 0)))
-                    if fl:
-                        instrs.append((fl[0], fl[1], fl[2], fl[3], (0, 1)))
-            print ("instr %d: (%d, %d, %d, %d, (%d, %d))" % \
-                            (i, src1, src2, dest, op, shadow_on, shadow_off))
-            yield from int_instr(dut, op, src1, src2, dest,
-                                 shadow_on, shadow_off)
-
-        # wait for all instructions to stop before checking
-        yield
-        yield from wait_for_busy_clear(dut)
-
-        i = -1
-        while siminsts:
-            instr = siminsts.pop(0)
-            if instr is None:
-                continue
-            (src1, src2, dest, op, (shadow_on, shadow_off)) = instr
-            i += 1
-            is_branch = op >= 4
-            if is_branch:
-                branch_ok, branch_fail = dest
-                dest = src2
-            print ("sim %d: (%d, %d, %d, %d, (%d, %d))" % \
-                            (i, src1, src2, dest, op, shadow_on, shadow_off))
-            branch_res = alusim.op(op, src1, src2, dest)
-            if is_branch:
-                if branch_res:
-                    siminsts += branch_ok
-                else:
-                    siminsts += branch_fail
-
-        # check status
-        yield from alusim.check(dut)
-        yield from alusim.dump(dut)
-
-
-def scoreboard_sim(dut, alusim):
-
-    #seed(2)
-
-    for i in range(1):
-
-        # set random values in the registers
-        for i in range(1, dut.n_regs):
-            val = randint(0, (1<<alusim.rwidth)-1)
-            #val = 31+i*3
-            #val = i
-            yield dut.intregs.regs[i].reg.eq(val)
-            alusim.setval(i, val)
-
-        # create some instructions (some random, some regression tests)
-        instrs = []
-        if True:
-            instrs = create_random_ops(dut, 15, True, 3)
-
-        if False:
-            instrs.append( (7, 3, 2, 4, (0, 0)) )
-            instrs.append( (7, 6, 6, 2, (0, 0)) )
-            instrs.append( (1, 7, 2, 2, (0, 0)) )
-
-
-        if False:
-            instrs.append((2, 3, 3, 0, (0, 0)))
-            instrs.append((5, 3, 3, 1, (0, 0)))
-            instrs.append((3, 5, 5, 2, (0, 0)))
-            instrs.append((5, 3, 3, 3, (0, 0)))
-            instrs.append((3, 5, 5, 0, (0, 0)))
-
-        if False:
-            instrs.append((5, 6, 2, 1))
-            instrs.append((2, 2, 4, 0))
-            #instrs.append((2, 2, 3, 1))
-
-        if False:
-            instrs.append((2, 1, 2, 3))
-
-        if False:
-            instrs.append((2, 6, 2, 1))
-            instrs.append((2, 1, 2, 0))
-
-        if False:
-            instrs.append((1, 2, 7, 2))
-            instrs.append((7, 1, 5, 0))
-            instrs.append((4, 4, 1, 1))
-
-        if False:
-            instrs.append((5, 6, 2, 2))
-            instrs.append((1, 1, 4, 1))
-            instrs.append((6, 5, 3, 0))
-
-        if False:
-            # Write-after-Write Hazard
-            instrs.append( (3, 6, 7, 2) )
-            instrs.append( (4, 4, 7, 1) )
-
-        if False:
-            # self-read/write-after-write followed by Read-after-Write
-            instrs.append((1, 1, 1, 1))
-            instrs.append((1, 5, 3, 0))
-
-        if False:
-            # Read-after-Write followed by self-read-after-write
-            instrs.append((5, 6, 1, 2))
-            instrs.append((1, 1, 1, 1))
-
-        if False:
-            # self-read-write sandwich
-            instrs.append((5, 6, 1, 2))
-            instrs.append((1, 1, 1, 1))
-            instrs.append((1, 5, 3, 0))
-
-        if False:
-            # very weird failure
-            instrs.append( (5, 2, 5, 2) )
-            instrs.append( (2, 6, 3, 0) )
-            instrs.append( (4, 2, 2, 1) )
-
-        if False:
-            v1 = 4
-            yield dut.intregs.regs[5].reg.eq(v1)
-            alusim.setval(5, v1)
-            yield dut.intregs.regs[3].reg.eq(5)
-            alusim.setval(3, 5)
-            instrs.append((5, 3, 3, 4, (0, 0)))
-            instrs.append((4, 2, 1, 2, (0, 1)))
-
-        if False:
-            v1 = 6
-            yield dut.intregs.regs[5].reg.eq(v1)
-            alusim.setval(5, v1)
-            yield dut.intregs.regs[3].reg.eq(5)
-            alusim.setval(3, 5)
-            instrs.append((5, 3, 3, 4, (0, 0)))
-            instrs.append((4, 2, 1, 2, (1, 0)))
-
-        if False:
-            instrs.append( (4, 3, 5, 1, (0, 0)) )
-            instrs.append( (5, 2, 3, 1, (0, 0)) )
-            instrs.append( (7, 1, 5, 2, (0, 0)) )
-            instrs.append( (5, 6, 6, 4, (0, 0)) )
-            instrs.append( (7, 5, 2, 2, (1, 0)) )
-            instrs.append( (1, 7, 5, 0, (0, 1)) )
-            instrs.append( (1, 6, 1, 2, (1, 0)) )
-            instrs.append( (1, 6, 7, 3, (0, 0)) )
-            instrs.append( (6, 7, 7, 0, (0, 0)) )
-
-        # issue instruction(s), wait for issue to be free before proceeding
-        for i, (src1, src2, dest, op, (br_ok, br_fail)) in enumerate(instrs):
-
-            print ("instr %d: (%d, %d, %d, %d)" % (i, src1, src2, dest, op))
-            alusim.op(op, src1, src2, dest)
-            yield from instr_q(dut, op, src1, src2, dest, br_ok, br_fail)
-
-        # wait for all instructions to stop before checking
-        while True:
-            iqlen = yield dut.qlen_o
-            if iqlen == 0:
-                break
-            yield
-        yield
-        yield
-        yield
-        yield
-        yield from wait_for_busy_clear(dut)
-
-        # check status
-        yield from alusim.check(dut)
-        yield from alusim.dump(dut)
-
-
-def test_scoreboard():
-    dut = IssueToScoreboard(2, 1, 1, 16, 8, 8)
-    alusim = RegSim(16, 8)
-    memsim = MemSim(16, 16)
-    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')
-
-    #run_simulation(dut, scoreboard_branch_sim(dut, alusim),
-    #                    vcd_name='test_scoreboard6600.vcd')
-
-
-if __name__ == '__main__':
-    test_scoreboard()