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ula64.vhd
executable file
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ula64.vhd
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-- Title : Unidade de Lógica e Aritmética
-- Project : CPU multi-ciclo
--------------------------------------------------------------------------------
-- File : ula32.vhd
-- Author : Emannuel Gomes Macêdo (egm@cin.ufpe.br)
-- Fernando Raposo Camara da Silva (frcs@cin.ufpe.br)
-- Pedro Machado Manhães de Castro (pmmc@cin.ufpe.br)
-- Rodrigo Alves Costa (rac2@cin.ufpe.br)
-- Organization : Universidade Federal de Pernambuco
-- Created : 29/07/2002
-- Last update : 21/11/2002
-- Plataform : Flex10K
-- Simulators : Altera Max+plus II
-- Synthesizers :
-- Targets :
-- Dependency :
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-- Description : Entidade que processa as operações lógicas e aritméticas da
-- cpu.
--------------------------------------------------------------------------------
-- Copyright (c) notice
-- Universidade Federal de Pernambuco (UFPE).
-- CIn - Centro de Informatica.
-- Developed by computer science undergraduate students.
-- This code may be used for educational and non-educational purposes as
-- long as its copyright notice remains unchanged.
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-- Revisions : 1
-- Revision Number : 1
-- Version : 1.1
-- Date : 21/11/2002
-- Modifier : Marcus Vinicius Lima e Machado (mvlm@cin.ufpe.br)
-- Paulo Roberto Santana Oliveira Filho (prsof@cin.ufpe.br)
-- Viviane Cristina Oliveira Aureliano (vcoa@cin.ufpe.br)
-- Description :
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-- Revisions : 2
-- Revision Number : 1.1
-- Version : 1.2
-- Date : 18/08/2008
-- Modifier : João Paulo Fernandes Barbosa (jpfb@cin.ufpe.br)
-- Description : Entradas, saídas e sinais internos passam a ser std_logic.
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LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
-- Short name: ula
entity Ula64 is
port (
A : in std_logic_vector (63 downto 0); -- Operando A da ULA
B : in std_logic_vector (63 downto 0); -- Operando B da ULA
Seletor : in std_logic_vector (2 downto 0); -- Seletor da operação da ULA
S : out std_logic_vector (63 downto 0); -- Resultado da operação (SOMA, SUB, AND, NOT, INCREMENTO, XOR)
Overflow : out std_logic; -- Sinaliza overflow aritmético
Negativo : out std_logic; -- Sinaliza valor negativo
z : out std_logic; -- Sinaliza quando S for zero
Igual : out std_logic; -- Sinaliza se A=B
Maior : out std_logic; -- Sinaliza se A>B
Menor : out std_logic -- Sinaliza se A<B
);
end Ula64;
-- Simulation
architecture behavioral of Ula64 is
signal s_temp : std_logic_vector (63 downto 0); -- Sinal que recebe valor temporário da operação realizada
signal soma_temp : std_logic_vector (63 downto 0); -- Sinal que recebe o valor temporario da soma, subtração ou incremento
signal carry_temp : std_logic_vector (63 downto 0); -- Vetor para auxílio no cálculo das operações e do overflow aritmético
signal novo_B : std_logic_vector (63 downto 0); -- Vetor que fornece o operando B, 1 ou not(B) para operações de soma, incremento ou subtração respectivamente
signal i_temp : std_logic_vector (63 downto 0); -- Vetor para calculo de incremento
signal igual_temp : std_logic; -- Bit que armazena instancia temporária de igualdade
signal overflow_temp: std_logic; -- Bit que armazena valor temporário do overflow
begin
with Seletor select
s_temp <= A when "000", -- LOAD
soma_temp when "001", -- SOMA
soma_temp when "010", -- SUB
(A and B) when "011", -- AND
(A xor B) when "110", -- A XOR B
not(A) when "101", -- NOT A
soma_temp when "100", -- INCREMENTO
"0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000" when others; -- NAO DEFINIDO
S <= s_temp;
Negativo <= s_temp(31);
i_temp <= "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001";
z <= '1' when s_temp = "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000" else '0';
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-- Regiao que calcula a soma, subtracao e incremento --
--------------------------------------------------------------------------------
with Seletor select
novo_B <= B when "001", -- Soma
i_temp when "100", -- Incremento
not(B) when others; -- Subtracao e outros
soma_temp(0) <= A(0) xor novo_B(0) xor seletor(1);
soma_temp(1) <= A(1) xor novo_B(1) xor carry_temp(0);
soma_temp(2) <= A(2) xor novo_B(2) xor carry_temp(1);
soma_temp(3) <= A(3) xor novo_B(3) xor carry_temp(2);
soma_temp(4) <= A(4) xor novo_B(4) xor carry_temp(3);
soma_temp(5) <= A(5) xor novo_B(5) xor carry_temp(4);
soma_temp(6) <= A(6) xor novo_B(6) xor carry_temp(5);
soma_temp(7) <= A(7) xor novo_B(7) xor carry_temp(6);
soma_temp(8) <= A(8) xor novo_B(8) xor carry_temp(7);
soma_temp(9) <= A(9) xor novo_B(9) xor carry_temp(8);
soma_temp(10) <= A(10) xor novo_B(10) xor carry_temp(9);
soma_temp(11) <= A(11) xor novo_B(11) xor carry_temp(10);
soma_temp(12) <= A(12) xor novo_B(12) xor carry_temp(11);
soma_temp(13) <= A(13) xor novo_B(13) xor carry_temp(12);
soma_temp(14) <= A(14) xor novo_B(14) xor carry_temp(13);
soma_temp(15) <= A(15) xor novo_B(15) xor carry_temp(14);
soma_temp(16) <= A(16) xor novo_B(16) xor carry_temp(15);
soma_temp(17) <= A(17) xor novo_B(17) xor carry_temp(16);
soma_temp(18) <= A(18) xor novo_B(18) xor carry_temp(17);
soma_temp(19) <= A(19) xor novo_B(19) xor carry_temp(18);
soma_temp(20) <= A(20) xor novo_B(20) xor carry_temp(19);
soma_temp(21) <= A(21) xor novo_B(21) xor carry_temp(20);
soma_temp(22) <= A(22) xor novo_B(22) xor carry_temp(21);
soma_temp(23) <= A(23) xor novo_B(23) xor carry_temp(22);
soma_temp(24) <= A(24) xor novo_B(24) xor carry_temp(23);
soma_temp(25) <= A(25) xor novo_B(25) xor carry_temp(24);
soma_temp(26) <= A(26) xor novo_B(26) xor carry_temp(25);
soma_temp(27) <= A(27) xor novo_B(27) xor carry_temp(26);
soma_temp(28) <= A(28) xor novo_B(28) xor carry_temp(27);
soma_temp(29) <= A(29) xor novo_B(29) xor carry_temp(28);
soma_temp(30) <= A(30) xor novo_B(30) xor carry_temp(29);
soma_temp(31) <= A(31) xor novo_B(31) xor carry_temp(30);
soma_temp(32) <= A(32) xor novo_B(32) xor carry_temp(31);
soma_temp(33) <= A(33) xor novo_B(33) xor carry_temp(32);
soma_temp(34) <= A(34) xor novo_B(34) xor carry_temp(33);
soma_temp(35) <= A(35) xor novo_B(35) xor carry_temp(34);
soma_temp(36) <= A(36) xor novo_B(36) xor carry_temp(35);
soma_temp(37) <= A(37) xor novo_B(37) xor carry_temp(36);
soma_temp(38) <= A(38) xor novo_B(38) xor carry_temp(37);
soma_temp(39) <= A(39) xor novo_B(39) xor carry_temp(38);
soma_temp(40) <= A(40) xor novo_B(40) xor carry_temp(39);
soma_temp(41) <= A(41) xor novo_B(41) xor carry_temp(40);
soma_temp(42) <= A(42) xor novo_B(42) xor carry_temp(41);
soma_temp(43) <= A(43) xor novo_B(43) xor carry_temp(42);
soma_temp(44) <= A(44) xor novo_B(44) xor carry_temp(43);
soma_temp(45) <= A(45) xor novo_B(45) xor carry_temp(44);
soma_temp(46) <= A(46) xor novo_B(46) xor carry_temp(45);
soma_temp(47) <= A(47) xor novo_B(47) xor carry_temp(46);
soma_temp(48) <= A(48) xor novo_B(48) xor carry_temp(47);
soma_temp(49) <= A(49) xor novo_B(49) xor carry_temp(48);
soma_temp(50) <= A(50) xor novo_B(50) xor carry_temp(49);
soma_temp(51) <= A(51) xor novo_B(51) xor carry_temp(50);
soma_temp(52) <= A(52) xor novo_B(52) xor carry_temp(51);
soma_temp(53) <= A(53) xor novo_B(53) xor carry_temp(52);
soma_temp(54) <= A(54) xor novo_B(54) xor carry_temp(53);
soma_temp(55) <= A(55) xor novo_B(55) xor carry_temp(54);
soma_temp(56) <= A(56) xor novo_B(56) xor carry_temp(55);
soma_temp(57) <= A(57) xor novo_B(57) xor carry_temp(56);
soma_temp(58) <= A(58) xor novo_B(58) xor carry_temp(57);
soma_temp(59) <= A(59) xor novo_B(59) xor carry_temp(58);
soma_temp(60) <= A(60) xor novo_B(60) xor carry_temp(59);
soma_temp(61) <= A(61) xor novo_B(61) xor carry_temp(60);
soma_temp(62) <= A(62) xor novo_B(62) xor carry_temp(61);
soma_temp(63) <= A(63) xor novo_B(63) xor carry_temp(62);
carry_temp(0) <= (seletor(1) and (A(0) or novo_B(0))) or (A(0) and novo_B(0));
carry_temp(1) <= (carry_temp(0) and (A(1) or novo_B(1))) or (A(1) and novo_B(1));
carry_temp(2) <= (carry_temp(1) and (A(2) or novo_B(2))) or (A(2) and novo_B(2));
carry_temp(3) <= (carry_temp(2) and (A(3) or novo_B(3))) or (A(3) and novo_B(3));
carry_temp(4) <= (carry_temp(3) and (A(4) or novo_B(4))) or (A(4) and novo_B(4));
carry_temp(5) <= (carry_temp(4) and (A(5) or novo_B(5))) or (A(5) and novo_B(5));
carry_temp(6) <= (carry_temp(5) and (A(6) or novo_B(6))) or (A(6) and novo_B(6));
carry_temp(7) <= (carry_temp(6) and (A(7) or novo_B(7))) or (A(7) and novo_B(7));
carry_temp(8) <= (carry_temp(7) and (A(8) or novo_B(8))) or (A(8) and novo_B(8));
carry_temp(9) <= (carry_temp(8) and (A(9) or novo_B(9))) or (A(9) and novo_B(9));
carry_temp(10) <= (carry_temp(9) and (A(10) or novo_B(10))) or (A(10) and novo_B(10));
carry_temp(11) <= (carry_temp(10) and (A(11) or novo_B(11))) or (A(11) and novo_B(11));
carry_temp(12) <= (carry_temp(11) and (A(12) or novo_B(12))) or (A(12) and novo_B(12));
carry_temp(13) <= (carry_temp(12) and (A(13) or novo_B(13))) or (A(13) and novo_B(13));
carry_temp(14) <= (carry_temp(13) and (A(14) or novo_B(14))) or (A(14) and novo_B(14));
carry_temp(15) <= (carry_temp(14) and (A(15) or novo_B(15))) or (A(15) and novo_B(15));
carry_temp(16) <= (carry_temp(15) and (A(16) or novo_B(16))) or (A(16) and novo_B(16));
carry_temp(17) <= (carry_temp(16) and (A(17) or novo_B(17))) or (A(17) and novo_B(17));
carry_temp(18) <= (carry_temp(17) and (A(18) or novo_B(18))) or (A(18) and novo_B(18));
carry_temp(19) <= (carry_temp(18) and (A(19) or novo_B(19))) or (A(19) and novo_B(19));
carry_temp(20) <= (carry_temp(19) and (A(20) or novo_B(20))) or (A(20) and novo_B(20));
carry_temp(21) <= (carry_temp(20) and (A(21) or novo_B(21))) or (A(21) and novo_B(21));
carry_temp(22) <= (carry_temp(21) and (A(22) or novo_B(22))) or (A(22) and novo_B(22));
carry_temp(23) <= (carry_temp(22) and (A(23) or novo_B(23))) or (A(23) and novo_B(23));
carry_temp(24) <= (carry_temp(23) and (A(24) or novo_B(24))) or (A(24) and novo_B(24));
carry_temp(25) <= (carry_temp(24) and (A(25) or novo_B(25))) or (A(25) and novo_B(25));
carry_temp(26) <= (carry_temp(25) and (A(26) or novo_B(26))) or (A(26) and novo_B(26));
carry_temp(27) <= (carry_temp(26) and (A(27) or novo_B(27))) or (A(27) and novo_B(27));
carry_temp(28) <= (carry_temp(27) and (A(28) or novo_B(28))) or (A(28) and novo_B(28));
carry_temp(29) <= (carry_temp(28) and (A(29) or novo_B(29))) or (A(29) and novo_B(29));
carry_temp(30) <= (carry_temp(29) and (A(30) or novo_B(30))) or (A(30) and novo_B(30));
carry_temp(31) <= (carry_temp(30) and (A(31) or novo_B(31))) or (A(31) and novo_B(31));
carry_temp(32) <= (carry_temp(31) and (A(32) or novo_B(32))) or (A(32) and novo_B(32));
carry_temp(33) <= (carry_temp(32) and (A(33) or novo_B(33))) or (A(33) and novo_B(33));
carry_temp(34) <= (carry_temp(33) and (A(34) or novo_B(34))) or (A(34) and novo_B(34));
carry_temp(35) <= (carry_temp(34) and (A(35) or novo_B(35))) or (A(35) and novo_B(35));
carry_temp(36) <= (carry_temp(35) and (A(36) or novo_B(36))) or (A(36) and novo_B(36));
carry_temp(37) <= (carry_temp(36) and (A(37) or novo_B(37))) or (A(37) and novo_B(37));
carry_temp(38) <= (carry_temp(37) and (A(38) or novo_B(38))) or (A(38) and novo_B(38));
carry_temp(39) <= (carry_temp(38) and (A(39) or novo_B(39))) or (A(39) and novo_B(39));
carry_temp(40) <= (carry_temp(39) and (A(40) or novo_B(40))) or (A(40) and novo_B(40));
carry_temp(41) <= (carry_temp(40) and (A(41) or novo_B(41))) or (A(41) and novo_B(41));
carry_temp(42) <= (carry_temp(41) and (A(42) or novo_B(42))) or (A(42) and novo_B(42));
carry_temp(43) <= (carry_temp(42) and (A(43) or novo_B(43))) or (A(43) and novo_B(43));
carry_temp(44) <= (carry_temp(43) and (A(44) or novo_B(44))) or (A(44) and novo_B(44));
carry_temp(45) <= (carry_temp(44) and (A(45) or novo_B(45))) or (A(45) and novo_B(45));
carry_temp(46) <= (carry_temp(45) and (A(46) or novo_B(46))) or (A(46) and novo_B(46));
carry_temp(47) <= (carry_temp(46) and (A(47) or novo_B(47))) or (A(47) and novo_B(47));
carry_temp(48) <= (carry_temp(47) and (A(48) or novo_B(48))) or (A(48) and novo_B(48));
carry_temp(49) <= (carry_temp(48) and (A(49) or novo_B(49))) or (A(49) and novo_B(49));
carry_temp(50) <= (carry_temp(49) and (A(50) or novo_B(50))) or (A(50) and novo_B(50));
carry_temp(51) <= (carry_temp(50) and (A(51) or novo_B(51))) or (A(51) and novo_B(51));
carry_temp(52) <= (carry_temp(51) and (A(52) or novo_B(52))) or (A(52) and novo_B(52));
carry_temp(53) <= (carry_temp(52) and (A(53) or novo_B(53))) or (A(53) and novo_B(53));
carry_temp(54) <= (carry_temp(53) and (A(54) or novo_B(54))) or (A(54) and novo_B(54));
carry_temp(55) <= (carry_temp(54) and (A(55) or novo_B(55))) or (A(55) and novo_B(55));
carry_temp(56) <= (carry_temp(55) and (A(56) or novo_B(56))) or (A(56) and novo_B(56));
carry_temp(57) <= (carry_temp(56) and (A(57) or novo_B(57))) or (A(57) and novo_B(57));
carry_temp(58) <= (carry_temp(57) and (A(58) or novo_B(58))) or (A(58) and novo_B(58));
carry_temp(59) <= (carry_temp(58) and (A(59) or novo_B(59))) or (A(59) and novo_B(59));
carry_temp(60) <= (carry_temp(59) and (A(60) or novo_B(60))) or (A(60) and novo_B(60));
carry_temp(61) <= (carry_temp(60) and (A(61) or novo_B(61))) or (A(61) and novo_B(61));
carry_temp(62) <= (carry_temp(61) and (A(62) or novo_B(62))) or (A(62) and novo_B(62));
carry_temp(63) <= (carry_temp(62) and (A(63) or novo_B(63))) or (A(63) and novo_B(63));
overflow_temp <= carry_temp(63) xor carry_temp(62);
Overflow <= overflow_temp;
--------------------------------------------------------------------------------
-- Regiao que calcula a comparação --
--------------------------------------------------------------------------------
-- No codigo da comparacao (110) sera executada a subtracao na parte relativa
-- ao calculo da SOMA, SUBTRACAO e INCREMENTO.
igual_temp <= not(overflow_temp) when soma_temp = "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
else '0'; -- Quando subtracao e zero
Igual <= igual_temp;
-- Se nao teve overflow -> resultado baseado no bit mais significativo de A - B.
-- Se teve overflow -> A e B possuem, necessariamente, sinais contrarios. Resultado
-- baseado no bit mais significativo de A.
-- Devemos tambem checar se A e B nao sao iguais
Maior <= ( (not(soma_temp(63)) and (not(overflow_temp)) )or (overflow_temp and (not(A(63))))) and (not(igual_temp));
-- Se nao teve overflow -> resultado baseado no bit mais significativo de A - B.
-- Se teve overflow -> A e B possuem, necessariamente, sinais contrarios. Resultado
-- baseado no bit mais significativo de A.
Menor <= ((soma_temp(63) and (not(overflow_temp))) or (overflow_temp and A(63)));
end behavioral;