parent
045f482fe1
commit
29623c8d2a
426
rtl/core/div.v
426
rtl/core/div.v
|
@ -18,7 +18,7 @@
|
||||||
|
|
||||||
// 除法模块
|
// 除法模块
|
||||||
// 试商法实现32位整数除法
|
// 试商法实现32位整数除法
|
||||||
// 每次除法运算需要33个时钟周期才能完成
|
// 每次除法运算至少需要33个时钟周期才能完成
|
||||||
module div(
|
module div(
|
||||||
|
|
||||||
input wire clk,
|
input wire clk,
|
||||||
|
@ -32,344 +32,180 @@ module div(
|
||||||
input wire[`RegAddrBus] reg_waddr_i, // 运算结束后需要写的寄存器
|
input wire[`RegAddrBus] reg_waddr_i, // 运算结束后需要写的寄存器
|
||||||
|
|
||||||
// to ex
|
// to ex
|
||||||
output reg[`RegBus] result_o, // 除法结果
|
output reg[`RegBus] result_o, // 除法结果,高32位是余数,低32位是商
|
||||||
output reg ready_o, // 运算结束信号
|
output reg ready_o, // 运算结束信号
|
||||||
output reg busy_o, // 正在运算信号
|
output reg busy_o, // 正在运算信号
|
||||||
output reg[`RegAddrBus] reg_waddr_o // 运算结束后需要写的寄存器
|
output reg[`RegAddrBus] reg_waddr_o // 运算结束后需要写的寄存器
|
||||||
|
|
||||||
);
|
);
|
||||||
|
|
||||||
// 状态定义
|
// 状态定义
|
||||||
localparam STATE_IDLE = 5'b00001;
|
localparam STATE_IDLE = 4'b0001;
|
||||||
localparam STATE_START = 5'b00010;
|
localparam STATE_START = 4'b0010;
|
||||||
localparam STATE_CALC = 5'b00100;
|
localparam STATE_CALC = 4'b0100;
|
||||||
localparam STATE_INVERT = 5'b01000;
|
localparam STATE_END = 4'b1000;
|
||||||
localparam STATE_END = 5'b10000;
|
|
||||||
|
|
||||||
reg[4:0] state;
|
|
||||||
reg[4:0] next_state;
|
|
||||||
reg[`RegBus] dividend_r;
|
reg[`RegBus] dividend_r;
|
||||||
reg[`RegBus] divisor_r;
|
reg[`RegBus] divisor_r;
|
||||||
reg[2:0] op_r;
|
reg[2:0] op_r;
|
||||||
|
reg[3:0] state;
|
||||||
reg[31:0] count;
|
reg[31:0] count;
|
||||||
reg[`RegBus] div_result;
|
reg[`RegBus] div_result;
|
||||||
reg[`RegBus] div_remain;
|
reg[`RegBus] div_remain;
|
||||||
reg[`RegBus] minuend;
|
reg[`RegBus] minuend;
|
||||||
reg invert_result;
|
reg invert_result;
|
||||||
|
|
||||||
wire[31:0] dividend_invert = (-dividend_r);
|
|
||||||
wire[31:0] divisor_invert = (-divisor_r);
|
|
||||||
wire[31:0] minuend_sub_res = (minuend - divisor_r);
|
|
||||||
wire minuend_ge_divisor = (minuend >= divisor_r);
|
|
||||||
|
|
||||||
wire op_div = (op_r == `INST_DIV);
|
wire op_div = (op_r == `INST_DIV);
|
||||||
wire op_divu = (op_r == `INST_DIVU);
|
wire op_divu = (op_r == `INST_DIVU);
|
||||||
wire op_rem = (op_r == `INST_REM);
|
wire op_rem = (op_r == `INST_REM);
|
||||||
wire op_remu = (op_r == `INST_REMU);
|
wire op_remu = (op_r == `INST_REMU);
|
||||||
wire is_divisor_zero = (divisor_r == `ZeroWord);
|
|
||||||
|
|
||||||
|
wire[31:0] dividend_invert = (-dividend_r);
|
||||||
|
wire[31:0] divisor_invert = (-divisor_r);
|
||||||
|
wire minuend_ge_divisor = minuend >= divisor_r;
|
||||||
|
wire[31:0] minuend_sub_res = minuend - divisor_r;
|
||||||
|
wire[31:0] div_result_tmp = minuend_ge_divisor? ({div_result[30:0], 1'b1}): ({div_result[30:0], 1'b0});
|
||||||
|
wire[31:0] minuend_tmp = minuend_ge_divisor? minuend_sub_res[30:0]: minuend[30:0];
|
||||||
|
|
||||||
// 当前状态切换
|
// 状态机实现
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
always @ (posedge clk) begin
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
if (rst == `RstEnable) begin
|
||||||
state <= STATE_IDLE;
|
state <= STATE_IDLE;
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
state <= next_state;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
|
|
||||||
// 下一个状态切换
|
|
||||||
always @ (*) begin
|
|
||||||
if (start_i == `DivStart) begin
|
|
||||||
case (state)
|
|
||||||
STATE_IDLE: begin
|
|
||||||
next_state = STATE_START;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
STATE_START: begin
|
|
||||||
if (is_divisor_zero) begin
|
|
||||||
next_state = STATE_IDLE;
|
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
next_state = STATE_CALC;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
STATE_CALC: begin
|
|
||||||
if (count == `ZeroWord) begin
|
|
||||||
next_state = STATE_INVERT;
|
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
next_state = STATE_CALC;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
STATE_INVERT: begin
|
|
||||||
next_state = STATE_END;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
STATE_END: begin
|
|
||||||
next_state = STATE_IDLE;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
default: begin
|
|
||||||
next_state = STATE_IDLE;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
endcase
|
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
next_state = STATE_IDLE;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
|
|
||||||
// 具体操作
|
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
|
||||||
op_r <= 3'h0;
|
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
if (start_i == `DivStart && state == STATE_IDLE) begin
|
|
||||||
op_r <= op_i;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
|
|
||||||
// 运算完后要写的寄存器地址
|
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
|
||||||
reg_waddr_o <= `ZeroReg;
|
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
if (start_i == `DivStart && state == STATE_IDLE) begin
|
|
||||||
reg_waddr_o <= reg_waddr_i;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
|
|
||||||
// 被除数
|
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
|
||||||
dividend_r <= `ZeroWord;
|
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
case (state)
|
|
||||||
STATE_IDLE: begin
|
|
||||||
if (start_i == `DivStart) begin
|
|
||||||
dividend_r <= dividend_i;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
STATE_START: begin
|
|
||||||
// 除数不为0
|
|
||||||
if (!is_divisor_zero) begin
|
|
||||||
// DIV和REM这两条指令是有符号数运算
|
|
||||||
if ((op_div | op_rem) & dividend_r[31]) begin
|
|
||||||
// 被除数求补码
|
|
||||||
dividend_r <= dividend_invert;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
STATE_CALC: begin
|
|
||||||
if (|count) begin
|
|
||||||
dividend_r <= {dividend_r[30:0], 1'b0};
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
endcase
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
|
|
||||||
// 除数
|
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
|
||||||
divisor_r <= `ZeroWord;
|
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
case (state)
|
|
||||||
STATE_IDLE: begin
|
|
||||||
if (start_i == `DivStart) begin
|
|
||||||
divisor_r <= divisor_i;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
STATE_START: begin
|
|
||||||
// 除数不为0
|
|
||||||
if (!is_divisor_zero) begin
|
|
||||||
// DIV和REM这两条指令是有符号数运算
|
|
||||||
if ((op_div | op_rem) & divisor_r[31]) begin
|
|
||||||
// 除数求补码
|
|
||||||
divisor_r <= divisor_invert;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
endcase
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
|
|
||||||
// 运算结束
|
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
|
||||||
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
case (state)
|
|
||||||
STATE_IDLE: begin
|
|
||||||
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
STATE_START: begin
|
|
||||||
// 除数为0
|
|
||||||
if (is_divisor_zero) begin
|
|
||||||
ready_o <= `DivResultReady;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
STATE_END: begin
|
|
||||||
ready_o <= `DivResultReady;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
endcase
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
|
|
||||||
// 最终结果
|
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
|
||||||
result_o <= `ZeroWord;
|
result_o <= `ZeroWord;
|
||||||
end else begin
|
div_result <= `ZeroWord;
|
||||||
case (state)
|
div_remain <= `ZeroWord;
|
||||||
STATE_IDLE: begin
|
op_r <= 3'h0;
|
||||||
result_o <= `ZeroWord;
|
reg_waddr_o <= `ZeroWord;
|
||||||
end
|
dividend_r <= `ZeroWord;
|
||||||
STATE_START: begin
|
divisor_r <= `ZeroWord;
|
||||||
// 除数为0
|
minuend <= `ZeroWord;
|
||||||
if (is_divisor_zero) begin
|
invert_result <= 1'b0;
|
||||||
if (op_div | op_divu) begin
|
busy_o <= `False;
|
||||||
result_o <= 32'hffffffff;
|
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
result_o <= dividend_r;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
STATE_END: begin
|
|
||||||
if (op_div | op_divu) begin
|
|
||||||
result_o <= div_result;
|
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
result_o <= div_remain;
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
endcase
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
|
|
||||||
// bit计数
|
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
|
||||||
count <= `ZeroWord;
|
count <= `ZeroWord;
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
case (state)
|
case (state)
|
||||||
STATE_START: begin
|
STATE_IDLE: begin
|
||||||
// 除数不为0
|
if (start_i == `DivStart) begin
|
||||||
if (!is_divisor_zero) begin
|
op_r <= op_i;
|
||||||
count <= 32'h80000000;
|
dividend_r <= dividend_i;
|
||||||
|
divisor_r <= divisor_i;
|
||||||
|
reg_waddr_o <= reg_waddr_i;
|
||||||
|
state <= STATE_START;
|
||||||
|
busy_o <= `True;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
op_r <= 3'h0;
|
||||||
|
reg_waddr_o <= `ZeroWord;
|
||||||
|
dividend_r <= `ZeroWord;
|
||||||
|
divisor_r <= `ZeroWord;
|
||||||
|
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
||||||
|
result_o <= `ZeroWord;
|
||||||
|
busy_o <= `False;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
end
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
STATE_START: begin
|
||||||
|
if (start_i == `DivStart) begin
|
||||||
|
// 除数为0
|
||||||
|
if (divisor_r == `ZeroWord) begin
|
||||||
|
if (op_div | op_divu) begin
|
||||||
|
result_o <= 32'hffffffff;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
result_o <= dividend_r;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
ready_o <= `DivResultReady;
|
||||||
|
state <= STATE_IDLE;
|
||||||
|
busy_o <= `False;
|
||||||
|
// 除数不为0
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
busy_o <= `True;
|
||||||
|
count <= 32'h40000000;
|
||||||
|
state <= STATE_CALC;
|
||||||
|
div_result <= `ZeroWord;
|
||||||
|
div_remain <= `ZeroWord;
|
||||||
|
|
||||||
|
// DIV和REM这两条指令是有符号数运算指令
|
||||||
|
if (op_div | op_rem) begin
|
||||||
|
// 被除数求补码
|
||||||
|
if (dividend_r[31] == 1'b1) begin
|
||||||
|
dividend_r <= dividend_invert;
|
||||||
|
minuend <= dividend_invert[31];
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
minuend <= dividend_r[31];
|
||||||
|
end
|
||||||
|
// 除数求补码
|
||||||
|
if (divisor_r[31] == 1'b1) begin
|
||||||
|
divisor_r <= divisor_invert;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
minuend <= dividend_r[31];
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
// 运算结束后是否要对结果取补码
|
||||||
|
if ((op_div && (dividend_r[31] ^ divisor_r[31] == 1'b1))
|
||||||
|
|| (op_rem && (dividend_r[31] == 1'b1))) begin
|
||||||
|
invert_result <= 1'b1;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
invert_result <= 1'b0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
state <= STATE_IDLE;
|
||||||
|
result_o <= `ZeroWord;
|
||||||
|
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
||||||
|
busy_o <= `False;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
STATE_CALC: begin
|
STATE_CALC: begin
|
||||||
if (|count) begin
|
if (start_i == `DivStart) begin
|
||||||
|
dividend_r <= {dividend_r[30:0], 1'b0};
|
||||||
|
div_result <= div_result_tmp;
|
||||||
count <= {1'b0, count[31:1]};
|
count <= {1'b0, count[31:1]};
|
||||||
end
|
if (|count) begin
|
||||||
end
|
minuend <= {minuend_tmp[30:0], dividend_r[30]};
|
||||||
endcase
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
|
|
||||||
// 结果是否取补码
|
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
|
||||||
invert_result <= 1'b0;
|
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
case (state)
|
|
||||||
STATE_START: begin
|
|
||||||
// 除数不为0
|
|
||||||
if (!is_divisor_zero) begin
|
|
||||||
// 运算结束后是否要对结果取补码
|
|
||||||
if (((op_div) && (dividend_r[31] ^ divisor_r[31] == 1'b1))
|
|
||||||
|| ((op_rem) && (dividend_r[31] == 1'b1))) begin
|
|
||||||
invert_result <= 1'b1;
|
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
invert_result <= 1'b0;
|
state <= STATE_END;
|
||||||
|
if (minuend_ge_divisor) begin
|
||||||
|
div_remain <= minuend_sub_res;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
div_remain <= minuend;
|
||||||
|
end
|
||||||
end
|
end
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
state <= STATE_IDLE;
|
||||||
|
result_o <= `ZeroWord;
|
||||||
|
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
||||||
|
busy_o <= `False;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
end
|
end
|
||||||
endcase
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
|
|
||||||
// 被减数
|
STATE_END: begin
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
if (start_i == `DivStart) begin
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
ready_o <= `DivResultReady;
|
||||||
minuend <= `ZeroWord;
|
state <= STATE_IDLE;
|
||||||
end else begin
|
busy_o <= `False;
|
||||||
case (state)
|
if (op_div | op_divu) begin
|
||||||
STATE_START: begin
|
if (invert_result) begin
|
||||||
// 除数不为0
|
result_o <= (-div_result);
|
||||||
if (!is_divisor_zero) begin
|
end else begin
|
||||||
// DIV和REM这两条指令是有符号数运算
|
result_o <= div_result;
|
||||||
if ((op_div | op_rem) & dividend_r[31]) begin
|
end
|
||||||
minuend <= dividend_invert[31];
|
|
||||||
end else begin
|
end else begin
|
||||||
minuend <= dividend_r[31];
|
if (invert_result) begin
|
||||||
|
result_o <= (-div_remain);
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
result_o <= div_remain;
|
||||||
|
end
|
||||||
end
|
end
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
state <= STATE_IDLE;
|
||||||
|
result_o <= `ZeroWord;
|
||||||
|
ready_o <= `DivResultNotReady;
|
||||||
|
busy_o <= `False;
|
||||||
end
|
end
|
||||||
end
|
end
|
||||||
STATE_CALC: begin
|
|
||||||
if (|count) begin
|
|
||||||
if (minuend_ge_divisor) begin
|
|
||||||
minuend <= {minuend_sub_res[30:0], dividend_r[31]};
|
|
||||||
end else begin
|
|
||||||
minuend <= {minuend[30:0], dividend_r[31]};
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
endcase
|
|
||||||
end
|
|
||||||
end
|
|
||||||
|
|
||||||
// 商
|
|
||||||
always @ (posedge clk) begin
|
|
||||||
if (rst == `RstEnable) begin
|
|
||||||
div_result <= `ZeroWord;
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||||||
end else begin
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||||||
case (state)
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||||||
STATE_CALC: begin
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div_result <= {div_result[30:0], minuend_ge_divisor};
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||||||
end
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||||||
STATE_INVERT: begin
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||||||
if (invert_result == 1'b1) begin
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||||||
div_result <= -div_result;
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||||||
end
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||||||
end
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||||||
endcase
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||||||
end
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||||||
end
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||||||
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||||||
// 余数
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always @ (posedge clk) begin
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||||||
if (rst == `RstEnable) begin
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||||||
div_remain <= `ZeroWord;
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||||||
end else begin
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||||||
case (state)
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||||||
STATE_CALC: begin
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if (count == `ZeroWord) begin
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||||||
if (minuend_ge_divisor) begin
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||||||
div_remain <= minuend_sub_res;
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||||||
end else begin
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||||||
div_remain <= minuend;
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||||||
end
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||||||
end
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|
||||||
end
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||||||
STATE_INVERT: begin
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||||||
if (invert_result == 1'b1) begin
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||||||
div_remain <= -div_remain;
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||||||
end
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||||||
end
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||||||
endcase
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||||||
end
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||||||
end
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||||||
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||||||
// busy信号要比ready信号提前一个时钟撤销
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always @ (posedge clk) begin
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||||||
if (rst == `RstEnable) begin
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||||||
busy_o <= `False;
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||||||
end else begin
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||||||
case (state)
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STATE_CALC, STATE_INVERT: begin
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||||||
busy_o <= `True;
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||||||
end
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default: begin
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||||||
busy_o <= `False;
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||||||
end
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||||||
endcase
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endcase
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||||||
end
|
end
|
||||||
end
|
end
|
||||||
|
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