Adders.hs

   1 module Adders where
   2 import Bits
   3 import qualified Sim
   4 import Language.Haskell.Syntax
   5 import qualified Data.TypeLevel as TypeLevel
   6 import qualified Data.Param.FSVec as FSVec
   7
   8 mainIO f = Sim.simulateIO (Sim.stateless f) ()
   9
  10 -- This function is from Sim.hs, but we redefine it here so it can get inlined
  11 -- by default.
  12 stateless :: (i -> o) -> (i -> () -> ((), o))
  13 stateless f = \i s -> (s, f i)
  14
  15 show_add f = do print ("Sum:   " ++ (displaysigs s)); print ("Carry: " ++ (displaysig c))
  16   where
  17     a = [High, High, High, High]
  18     b = [Low, Low, Low, High]
  19     (s, c) = f (a, b)
  20
  21 mux2 :: Bit -> (Bit, Bit) -> Bit
  22 mux2 Low (a, b) = a
  23 mux2 High (a, b) = b
  24
  25 -- Not really an adder, but this is nice minimal hardware description
  26 wire :: Bit -> Bit
  27 wire a = a
  28
  29 bus :: (TypeLevel.Pos len) => BitVec len -> BitVec len
  30 bus v = v
  31
  32 bus_4 :: BitVec TypeLevel.D4 -> BitVec TypeLevel.D4
  33 bus_4 v = v
  34
  35 {-
  36 inv_n :: (Pos len) => BitVec len -> BitVec len
  37 inv_n v =
  38   --FSVec.map hwnot v
  39   inv_n_rec v
  40
  41 class Inv vec where
  42   inv_n_rec :: vec -> vec
  43
  44 instance (Pos len) => Inv (BitVec len) where
  45   inv_n_rec v =
  46     h FSVec.+> t
  47     where
  48       h = FSVec.head v
  49       t = FSVec.tail v
  50
  51 instance Inv (BitVec D0) where
  52   inv_n_rec v = v
  53 -}
  54 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  55 inv :: Bit -> Bit
  56 inv a = let r = hwnot a in r
  57
  58 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  59 invinv :: Bit -> Bit
  60 invinv a = hwnot (hwnot a)
  61
  62 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  63 dup :: Bit -> (Bit, Bit)
  64 dup a = (a, a)
  65
  66 -- Not really an adder either, but a simple stateful example (D-flipflop)
  67 dff :: Bit -> Bit -> (Bit, Bit)
  68 dff d s = (s', q)
  69   where
  70     q = s
  71     s' = d
  72
  73 type ShifterState = (Bit, Bit, Bit, Bit)
  74 shifter :: Bit -> ShifterState -> (ShifterState, Bit)
  75 shifter i (a, b, c, d) =
  76   (s', d)
  77   where
  78     s' = (i, a, b, c)
  79
  80 {-# NOINLINE shifter_en #-}
  81 shifter_en :: Bit -> Bit-> ShifterState -> (ShifterState, Bit)
  82 shifter_en High i (a, b, c, d) =
  83   (s', d)
  84   where
  85     s' = (i, a, b, c)
  86
  87 shifter_en Low i s@(a, b, c, d) =
  88   (s, d)
  89
  90 -- Two multiplexed shifters
  91 type ShiftersState = (ShifterState, ShifterState)
  92 shifters :: Bit -> Bit -> ShiftersState -> (ShiftersState, Bit)
  93 shifters sel i (sa, sb) =
  94   (s', out)
  95   where
  96     (sa', outa) = shifter_en sel i sa
  97     (sb', outb) = shifter_en (hwnot sel) i sb
  98     s' = (sa', sb')
  99     out = if sel == High then outa else outb
 100
 101 -- Combinatoric stateless no-carry adder
 102 -- A -> B -> S
 103 no_carry_adder :: (Bit, Bit) -> Bit
 104 no_carry_adder (a, b) = a `hwxor` b
 105
 106 -- Combinatoric stateless half adder
 107 -- A -> B -> (S, C)
 108 half_adder :: (Bit, Bit) -> (Bit, Bit)
 109 {-# NOINLINE half_adder #-}
 110 half_adder (a, b) =
 111   ( a `hwxor` b, a `hwand` b )
 112
 113 -- Combinatoric stateless full adder
 114 -- (A, B, C) -> (S, C)
 115 full_adder :: (Bit, Bit, Bit) -> (Bit, Bit)
 116 full_adder (a, b, cin) = (s, c)
 117   where
 118     (s1, c1) = half_adder(a, b)
 119     (s, c2)  = half_adder(s1, cin)
 120     c        = c1 `hwor` c2
 121
 122 sfull_adder = stateless full_adder
 123
 124 -- Four bit adder
 125 -- Explicit version
 126 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 127 exp_adder :: ([Bit], [Bit]) -> ([Bit], Bit)
 128
 129 exp_adder ([a3,a2,a1,a0], [b3,b2,b1,b0]) =
 130   ([s3, s2, s1, s0], c3)
 131   where
 132     (s0, c0) = full_adder (a0, b0, Low)
 133     (s1, c1) = full_adder (a1, b1, c0)
 134     (s2, c2) = full_adder (a2, b2, c1)
 135     (s3, c3) = full_adder (a3, b3, c2)
 136
 137 -- Any number of bits adder
 138 -- Recursive version
 139 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 140 rec_adder :: ([Bit], [Bit]) -> ([Bit], Bit)
 141
 142 rec_adder ([], []) = ([], Low)
 143 rec_adder ((a:as), (b:bs)) =
 144   (s : rest, cout)
 145   where
 146     (rest, cin) = rec_adder (as, bs)
 147     (s, cout) = full_adder (a, b, cin)
 148
 149 -- Four bit adder, using the continous adder below
 150 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 151 --con_adder_4 as bs =
 152 --  ([s3, s2, s1, s0], c)
 153 --  where
 154 --    ((s0, _):(s1, _):(s2, _):(s3, c):_) = con_adder (zip ((reverse as) ++ lows) ((reverse bs) ++ lows))
 155
 156 -- Continuous sequential version
 157 -- Stream a -> Stream b -> Stream (sum, cout)
 158 --con_adder :: Stream (Bit, Bit) -> Stream (Bit, Bit)
 159
 160 -- Forward to con_adder_int, but supply an initial state
 161 --con_adder pin =
 162 --  con_adder_int pin Low
 163
 164 -- Stream a -> Stream b -> state -> Stream (s, c)
 165 --con_adder_int :: Stream (Bit, Bit) -> Bit -> Stream (Bit, Bit)
 166 --con_adder_int ((a,b):rest) cin =
 167 --  (s, cout) : con_adder_int rest cout
 168 --  where
 169 --    (s, cout) = full_adder a b cin
 170
 171 -- vim: set ts=8 sw=2 sts=2 expandtab: