VHDL: процессор за час

WingLion

симулирую с программкой с выводом данных в порт...

нашел ОШИБКУ в главном CASE исправляю...

Код:

         when prisv => 
            -- на адрес подать вершину стека данных
            new_CPU.Addr := CPU.data_stack.top;
            -- на данные подвершину
            new_CPU.oData := CPU.data_stack.subtop;
            -- и надо бы подать команду памяти на запись
            new_CPU.mem := Mwrite;
            -- !! двойной POP !!
            new_CPU.data_stack := POP4STACK(POP4STACK(CPU.data_stack));

двойное выталкивание из стека данных отсутствовало

Подозреваю, что после этого изменения может упасть частота...

хм... 166MHz с учетом кучи тестовых выводов... терпимо.

in4

Поскольку выделенной темы нет - хочу спросить про программирование этого процессора. Похожий вопрос задавал в теме про Минимальные набор слов Форта на второй странице (кстати, как сделать точную ссылку на сообщение?):

Код:

: INVERT ( a --~a)   DUP NAND ;
: AND ( a b -- a&b )   NAND INVERT ;
: OR ( a b -- a|b )   INVERT SWAP INVERT NAND ;  \ можно ли лучше?
: XOR ( a b -- a xor b )   OVER OVER OR -ROT NAND NAND INVERT ;   \ можно ли лучше?

На данный момент лучшее:
Коротко:

Код:

: inv ( a --~a)   DUP nand ;
: and ( a b -- a&b )   nand inv ;
: or ( a b -- a|b ) inv SWAP inv nand ;
: xor ( a b -- a xor b )  DUP inv >R SWAP DUP >R inv nand R> R> nand nand ;

Итого, INV и AND выражаются через 1 nand , OR через 3 nand , XOR через 5 nand.
Если у кого-то есть решение получше - сообщите, пожалуйста!

Код теста полностью:

Код:

\ 2011.02.07  сравнение логики
\ Задача: получить реализацию полного набора логических
\   операций


: t  ( -- true )
   TRUE DUP . 9 EMIT ;

: f  ( -- false )
   FALSE DUP . 9 EMIT ;

: nand  AND INVERT ;

VECT op

' nand TO op

: test1
   ' TO op
   f op . CR
   t op . CR ;


: test2
   ' TO op
   f f op . CR
   f t op . CR
   t f op . CR
   t t op . CR ;

.( nand) CR test2 nand CR


: inv  DUP nand ;
.( inv) CR test1 inv CR


: and  nand inv ;
.( and) CR test2 and CR


: or  inv SWAP inv nand ;
  \ использовалось правило деМоргана x+y=^^(x+y)=^(^x*^y)
.( or) CR test2 or CR


: xor  OVER OVER or  -ROT nand nand inv ;
.( xor) CR test2 xor CR


: xor  OVER OVER inv nand >R SWAP inv nand R> nand ;
.( xor2) CR test2 xor CR

: xor  DUP inv >R SWAP DUP >R inv nand R> R> nand nand ;
.( xor3) CR test2 xor CR

\ xor3 - то же в базисе DUP SWAP >R R> nand
\ x y                 R:       DUP inv >R
\ x y                 R: ^y    SWAP DUP >R inv
\ y ^x                R: ^y x  nand R> R>
\ ^(^x*y) x ^y        R:       nand nand
\ ^(^(^x*y)*^(x*^y))  R:

И, если переходить к такому набору команд, типичные способы решения обычных задач надо будет делть по-другому. Соответственно, старые исходники нужно будет переписать. Или будет неэффективно.
Про автоматическое преобразования для другой системы команд я даже и не слышал.

Кстати, если заменить SWAP на OVER , скорость процессора изменится?

вопрос

На что человек должен тратить силы в современных условиях?
1. на то, чтобы совершенствовать собственную технику процессорного минимализма
2. на то, чтобы ориентироваться на как можно более продвинутые не минималистские образцы
или на то, чтобы искать оптимум

WingLion

in4 писал(а):

: XOR ( a b -- a xor b ) OVER OVER OR -ROT NAND NAND INVERT ;

7 команд, но -ROT - это что-то составное и INVERT - тоже

: XOR OVER OVER DUP NAND NAND >R SWAP DUP NAND NAND R> NAND ;

тут просто 12 команд

in4 писал(а):

: OR ( a b -- a|b ) INVERT SWAP INVERT NAND ;

4 команды из них две составных

: OR DUP NAND SWAP DUP NAND NAND ;

чисто 6 команд

забыто еще:

: SUB DUP NAND ADD DUP NAND ;

in4 писал(а):

Кстати, если заменить SWAP на OVER , скорость процессора изменится?

вряд ли изменится.

Прямо сейчас и проверю...

Контрольная компиляция...
одноядерный вариант, 16-разрядное ядро, EP3C5E144C8 ... 211MHz, 837LCELL

правлю кусочек в определении swap:

Код:

--            tmp := new_CPU.data_stack.top;
--            new_CPU.data_stack.top := CPU.data_stack.subtop;
--            new_CPU.data_stack.subtop := tmp;
    new_CPU.data_stack := PUSH2STACK(CPU.data_stack,CPU.data_stack.subtop);

Компилирую... 198MHz, 994LCELL...
"что-то тут не так, сказал Колобок, дожевывая Лису" :shock:

WingLion

in4 писал(а):

кстати, как сделать точную ссылку на сообщение

http://fforum.winglion.ru/viewtopic.php?f=3&t=2706&p=30285#p30285

Номер поста для p= можно подглядеть в ссылке на кнопке 'цитата'

и номера темы и форума тоже.

так, а можно и проще:

http://fforum.winglion.ru/viewtopic.php?p=30285#p30285

WingLion

Да, еще вот:

: ROT SWAP >R SWAP R> ;
: -ROT >R SWAP R> SWAP ;

WingLion

Е-мае!!

А главную то новость я здесь не пропечатал!!

процессор (в 16-битном варианте) сегодня заработал в реальном железе на ките с EP2C20... На частоте 160MHz, и уже умеет моргать светодиодами...
Осталось научить его петь, плясать и на дуде играть...

Гость

WingLion писал(а):

Да, еще вот:

: ROT SWAP >R SWAP R> ;
: -ROT >R SWAP R> SWAP ;

Правильно будет если ROT и -ROT поменять местами.

WingLion

Цитата:

Правильно будет если ROT и -ROT поменять местами.

Упс... на автомате написал 'заученное' и не поглядел, что получается :shuffle;

Код:

: -ROT SWAP >R SWAP R> ;
: ROT >R SWAP R> SWAP ;

in4

WingLion писал(а):

: XOR OVER OVER DUP NAND NAND >R SWAP DUP NAND NAND R> NAND ;тут просто 12 команд

Надо бы:

Код:

: xor ( a b -- a xor b )  dup inv >r swap dup >r inv nand r> r> nand nand ;
\ или, для скорости расписать inv :
: xor ( a b -- a xor b )  dup dup nand >r swap dup >r dup nand nand r> r> nand nand ;

14 команд набра.
Т.к. команды OVER в наборе не было, значит, надо без нее.
На сегодня это лучшая реализация логических операций через NAND, которую я знаю.

ОVER через команды набора:

Код:

: over ( 1 2 -- 1 2 1 ) >r dup r> swap ;

4 команды набора.

А для каких задач проектируется этот такой процессор?

Хотя кое-где можно сэкономить, перегруппировать команды или инвертировать логику условий, для задач управления команд маловато. На проверку и установку флажков будет уходить слишком много команд.

WingLion

in4 писал(а):

А для каких задач проектируется этот такой процессор?

Вопрос, можно сказать в поддых

Eго можно считать просто обобщением способа построения процессоров, которое я для себя сделал. И записал в этой теме пошагово.

in4 писал(а):

Хотя кое-где можно сэкономить, перегруппировать команды или инвертировать логику условий, для задач управления команд маловато. На проверку и установку флажков будет уходить слишком много команд.

Про экономию речи пока просто не идет.
Без реальной задачи она просто бессмысленна.

Конкретно, процессор нужен для работы с Ethernet протоколами, которые мне светят в ближайшем будущем...
Ох, и долго же они светят... прямо как морковка перед носом зайца, тянущего большую телегу.

WingLion

Подсадил исходники варианта SingleCPU на ISE для Spartan-6

Откомпилировалось и развелось без сообщений об ошибках.
На варнинги не смотрю.

Slice Logic Distribution: 
 Number of LUT Flip Flop pairs used:    697
   Number with an unused Flip Flop:     342  out of    697    49%  
   Number with an unused LUT:             2  out of    697     0%  
   Number of fully used LUT-FF pairs:   353  out of    697    50%  
   Number of unique control sets:         8


Cross Clock Domains Report:
--------------------------

Clock to Setup on destination clock clk
---------------+---------+---------+---------+---------+
               | Src:Rise| Src:Fall| Src:Rise| Src:Fall|
Source Clock   |Dest:Rise|Dest:Rise|Dest:Fall|Dest:Fall|
---------------+---------+---------+---------+---------+
clk            |    5.489|         |         |         |
---------------+---------+---------+---------+---------+

Это, если я правильно понял соответствует - 182MHz

А мне пора на работу топать... Вечерком попробую четырехядерник откомпилить на spartan-6

)

WingLion

Код:

: XOR DUP >R DUP >R NAND DUP R> NAND SWAP R> NAND NAND ;

по схеме

(A xor B) := (A nand (A nand B)) nand (B nand (A nand B));

12 команд... напутал или нет?

in4

WingLion писал(а):

12 команд... напутал или нет?

Напутал...

Код:

: xor ( a b -- a xor b )  dup dup nand >r swap dup >r dup nand nand r> r> nand nand ;

14 команд набра, меньше пока не знаю.

A xor B == (A nand ^B) nand (B nand ^A) ==(A nand (B nand B)) nand (B nand (A nand A))
расписывается двойное отрицани с использованием правила Де Моргана.

Посмотри, как проверяю(Код теста полностью), такая проверка делается быстро!

WingLion

И вправду напутал ;(

однако..

Код:

: XOR DUP >R SWAP DUP >R NAND DUP R> NAND SWAP R> NAND NAND ;

таки 13 команд, не 14

Используется вот это:

проверка в форке:

fork.ini included

FORTH(0)>: NOT -1 XOR ;
 Ok
FORTH(0)>: NAND AND NOT ;
 Ok
FORTH(0)>: nXOR DUP >R SWAP DUP >R NAND DUP R> NAND SWAP R> NAND NAND ;
 Ok
FORTH(0)>HEX
 Ok
FORTH(0)>10 20 XOR .
30  Ok
FORTH(0)>10 20 nXOR .
30  Ok
FORTH(0)>AA 0F XOR .
A5  Ok
FORTH(0)>AA 0F nXOR .
A5  Ok

VHDL: процессор за час

Кто сейчас на конференции