decode: Index minor op table with insn bits for opcode 31

This changes decode_op_31_array from being indexed by a ppc_insn_t
(which is derived from the instruction word by a whole series of
if/elsif statements) to being indexed directly by bits 10...1 of
the instruction word.  With this we no longer need ppc_insn.

This then means that the decode1 stage doesn't distinguish between
mfcr and mfocrf, or between mtcrf and mtocrf, since those are
distinguished by the value in bit 20 of the instruction.  To
accommodate that, execute1 changes so that the one op value (OP_MFCR)
does either the mfcr or the mfocrf behaviour depending on bit 20
of the instruction word; and similarly for mtcrf/mtocrf.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

decode: Index minor op table with insn bits for opcode 30

This comprises the 64-bit rotate and mask instructions.  In order to
reduce the table index to 3 bits, we combine rldcl and rdlcr into a
single op (OP_RLDCX), and choose the right mask at execute time based
on bit 1 of the instruction word.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

decode: Index minor op table with insn bits for opcode 19

This changes the decoding of major opcode 19 from using the ppc_insn_t
index to using bits of the instruction word directly.  Opcode 19 has
a 10-bit minor opcode field (bits 10..1) but the space is sparsely
filled.  Therefore we index a table of single-bit entries with the
10-bit minor opcode to filter out the illegal minor opcodes, and
index a table using just 3 bits -- 5, 3 and 2 -- of the instruction
to get the decode entry.  This groups together all the instructions
in 4 columns of the opcode map as a single entry.  That means that
mcrf and all the CR logical ops get grouped together, and bcctr, bclr
and bctar get grouped together.  At present the CR logical ops are not
implemented, so their grouping has no impact.

The code for bclr and bcctr in execute1 is now common, using a single
op, and it now determines the branch address by looking at bit 10 of
the instruction word at execute time.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

decode: Start moving towards decoding by major opcode first

With this, we have a table for most major opcodes and separate
tables for each major opcode that has further decoding required.
These tables are still mostly indexed by the ppc_insn_t values,
however.

A few things are still decoded completely at the top level: nop,
attn and sim_config.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

decode: Push mtspr/mfspr register decoding down into execute1

Instead of doing mfctr, mflr, mftb, mtctr, mtlr as separate ops,
just pass down mfspr and mtspr ops with the spr number and let
execute1 decode which SPR we're addressing.  This will help reduce
the number of instruction bits decode1 needs to look at.

In fact we now pass down the whole instruction from decode2 to
execute1.  We will need more bits of the instruction in future,
and the tools should just optimize away any that we don't end
up using.  Since the 'aa' bit was just a copy of an instruction
bit, we can now remove it from the record.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

Add MCRF instruction

Hopefully it's not too timing catastrophic. The variable newcrf will
be handy for the other CR ops when we implement them I suspect.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Implement absolute branches

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Merge pull request #77 from antonblanchard/timing

A number of timing fixes

Merge pull request #76 from antonblanchard/misc

Some misc updates

Improve PLL/MMCM clocks configuration

We can now pass both the input clock and target clock frequency
via generics. Add support for both 50Mhz and 100Mhz target freqs
for both cases.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Don't reset JTAG request register asynchronously

There's no point and it causes Vivado to spew a pile of warnings

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Multiply needs to be 16 stages to fix all timing issues

This seems dependent on the FPGA type/size, so we should probably
make it a toplevel generic, but for now this helps on the
Arty A7-35

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

loadstore2: Do data formatting after a register stage

This moves the data formatting for read data to after a register,
instead of before, in order to improve timing.  The data formatting
is now effectively combinational logic on the input side of the
writeback stage.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

corefile: Remove duplicate wishbone_debug_master

It's both in core and soc, it should only be in the latter

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

fpga: Arty A7's don't need multiple filesets

the XDC is identical between variants, so is the fileset

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

execute1: simplify flush_out

It's always set when f_out.redirect is set, so may as well set it once
at the end. It's all combo from the register.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Reformat fetch2

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Move fetch2 <-> icache definitions

To a more logical place before decode related ones

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Remove unused pipe_stop in Fetch1ToFetch2Type

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Fix PLL reset signal name in toplevel

It shouldn't have a _n suffix, it's active positive.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Simplify fetch1

Do the +4 in a single place. This shouldn't cause any difference
in behaviour as these are sequential variable assignments.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Reformat fetch1

No code change

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Update dependency

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Merge pull request #75 from paulusmack/master

fpga: Add definitions for Arty A7-100 board

Merge pull request #74 from paulusmack/divider

Divider

fpga: Add definitions for Arty A7-100 board

These are a copy of the A7-35 definitions with 35 changed to 100.
The A7-100 uses the same .xdc file (arty_a7-35.xdc) as the A7-35
since the only difference between the two is the FPGA part; the
hardware and connections on the two boards are identical.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

divider: Do absolute-value ops in divider instead of decode

This moves the negation of negative operands for signed divide and
modulus operations out of the decode2 stage and into the divider.
If either of the operands for a signed divide or modulus operation
is negative, the divider now takes an extra cycle to negate the
operands that are negative.

The interface to the divider now has an 'is_signed' signal rather
than a 'neg_result' signal, and the dividend and divisor can be
negative, so divider_tb had to be updated for the new interface.

The reason for doing this is that one of the worst timing violations
on the Arty A7-100 at 100MHz involved the carry chain in the adders
that did the negation of the dividend and divisor in the decode stage.
Moving the negations to a separate cycle fixes that and also seems to
reduce the total number of slice LUTs used.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

divider: Always compute result/sresult/d_out.write_reg_data

These are intended to be combinatorial.  The previous code was giving
warnings in vivado about registers/latches with no clock defined.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

Merge pull request #73 from antonblanchard/remove-divide-patch

Remove gcc software divide patch

Remove gcc software divide patch

We have a divider, thanks to Paul.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #72 from antonblanchard/build-error

Fix build issue in dmi_dtm_dummy.vhdl

Merge pull request #71 from antonblanchard/dependencies

Update Makefile dependencies

Fix build issue in dmi_dtm_dummy.vhdl

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Update Makefile dependencies

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge branch 'divider' of https://github.com/paulusmack/microwatt

Merge pull request #70 from antonblanchard/badly-named-carry

Rename OP_SUBFC -> OP_SUBFE, OP_ADDC -> OP_ADDE

Rename OP_SUBFC -> OP_SUBFE, OP_ADDC -> OP_ADDE

These were somewhat badly named.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #69 from antonblanchard/debug-module

Merge debug module patches

Terminate test on illegal instruction

This gets the CI going again, but we will want to fix the test
harness since it's useful to be able to debug the core after it
executes an illegal instruction.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Fix ghdl error

I'm seeing an issue on my version of ghdl:

  core.vhdl:137:24:error: actual expression must be globally static

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Add core_debug.vhdl to fusesoc configs

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Speed up the divider a little

This looks for cases where the next 8 bits of the quotient are obviously
going to be zero, because the top 72 bits of the 128-bit dividend
register are all zero.  In those cases we shift 8 zero bits into the
quotient and increase count by 8.  We only do this if count < 56.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

Add a divider unit and a testbench for it

This adds a divider unit, connected to the core in much the same way
that the multiplier unit is connected.  The division algorithm is
very simple-minded, taking 64 clock cycles for any division (even
32-bit division instructions).

The decoding is simplified by making use of regularities in the
instruction encoding for div* and mod* instructions.  Instead of
having PPC_* encodings from the first-stage decoder for each of the
different div* and mod* instructions, we now just have PPC_DIV and
PPC_MOD, and the inputs to the divider that indicate what sort of
division operation to do are derived from instruction word bits.

Signed-off-by: Paul Mackerras <paulus@ozlabs.org>

Add distclean to Makefile

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

New C based JTAG debug tool

This works with both the sim socket and urjtag, and supports the
new core functions, loading a file in memory etc...

The code still needs a lot of cleanup and a help!

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Add core debug module

This module adds some simple core controls:

  reset, stop, start, step

along with icache clear and reading the NIA and core
status bits

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org

Add jtag support in simulation via a socket

This adds a local socket that can be used to communicate with
the debug tool (which will be committed separately) and generates
the JTAG signals.

We generate the low level JTAG signals, thus directly driving the
simulated BSCANE2, and the Xilinx DTM

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Add DMI address decoder

And prepare signals for core DMI support

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Wishbone debug module

This adds a debug module off the DMI (debug) bus which can act as a
wishbone master to generate read and write cycles.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Add a debug (DMI) bus and a JTAG interface to it on Xilinx FPGAs

This adds a simple bus that can be mastered from an external
system via JTAG, which will be used to hookup various debug
modules.

It's loosely based on the RiscV model (hence the DMI name).

The module currently only supports hooking up to a Xilinx BSCANE2
but it shouldn't be too hard to adapt it to support different TAPs
if necessary.

The JTAG protocol proper is not exactly the RiscV one at this point,
though I might still change it.

This comes with some sim variants of Xilinx BSCANE2 and BUFG and a
test bench.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Use a 3 way WB arbiter and cleanup fpga toplevel

The 3rd master is currently unused, it will host the WB debug module.

Signed-off-by: Benjamin Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>

Merge pull request #66 from antonblanchard/reformat-4

More reformatting

Reformat crhelpers, and remove some stale code

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Reformat helpers

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Reformat insn_helpers

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #65 from antonblanchard/loadstore-opt

A small loadstore optimisation, and some reformatting

Reformat loadstore1

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Reformat loadstore2

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

loads don't do both byte reversal and sign extension

Give the synthesis tools a clue that we don't need to do both byte reversal
and sign extension.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #64 from antonblanchard/reformat-3

Reformat some more files

Merge pull request #63 from antonblanchard/multiply-cleanup

Multiply cleanup

Reformat wishbone code

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Reformat glibc_random

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Reformat simple_ram_behavioural

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Reformat sim_console

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Reformat multiply_tb

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Reformat execute2

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Reformat CR file

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Reformat register file

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Reformat multiply code

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Don't use VHDL 2008 condition operator in multiply

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #62 from antonblanchard/byte-reverse-store-opt

Move byte reversal of stores to first cycle

Merge pull request #61 from antonblanchard/execute-cleanup

execute1 no longer needs sim_console

Move byte reversal of stores to first cycle

We are seeing some timing issues with the second cycle of loadstore,
and  we aren't doing much in the first cycle, so move it here.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

execute1 no longer needs sim_console

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #60 from antonblanchard/testbenches

Add a few more test benches

Fix multiply_tb

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Add an icache testbench

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #56 from antonblanchard/writeback-fix3

Remove cycle in writeback

Remove cycle in writeback

The pipeline had a cycle in writeback. Writeback is pretty
simple and unlikely to be a bottleneck, so lets remove it.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #59 from antonblanchard/trap-decode

Fix make check

Merge pull request #58 from antonblanchard/decode2-assert

Fix spurious outstanding assert

Fix make check

We need to finish support for all the trap instructions, but for now
we at least need a decode entry for tw, so we know to stall until the
previous instruction completes. Some of our test cases were failing
because the trap executed before the previous instruction completed.

All these trap instructions need to be resolved at completion, not
in execute.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Fix spurious outstanding assert

Check it in the sequential process, not the combinatorial one.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #57 from antonblanchard/add-nop

Add a decode for the nop instruction

Add a decode for the nop instruction

We want these to go out without any GPR dependencies, so add
a specific entry in decode for them.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #55 from antonblanchard/fetch-fix

Add a default value for RESET_ADDRESS

Add a default value for RESET_ADDRESS

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #51 from antonblanchard/writeback-fix

Some writeback updates

Reformat writeback.vhdl

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Exit if we try to write more than one GPR or CR in a cycle

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #50 from antonblanchard/decode1-opt

No need to gate nia or insn in decode1

No need to gate nia or insn in decode1

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #49 from antonblanchard/icache-2

Add a simple direct mapped icache

Add a simple direct mapped icache

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

SOC memory wishbone should clear ACK regardless of STB

The memory wishbone doesn't clear ACK and move the state machine on
until STB is de-asserted. This seems like it isn't compliant with
the spec and results in a maximum throughput of 1 transfer every
3 cycles.

Fixing this improves the situation to one transfer every 2 cycles.

Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #48 from antonblanchard/clk_gen_bypass

Fix clk_gen_bypass

Fix clk_gen_bypass

I broke clk_gen_bypass when updating the SOC reset code.

Fixes 03fd06deaf9f ("Rework SOC reset")
Signed-off-by: Anton Blanchard <anton@linux.ibm.com>

Merge pull request #47 from antonblanchard/if-fix

Explicitly check against '1' in if statements

Merge pull request #46 from antonblanchard/record-fix

Remove names from end record statements