Adders.hs

   1 {-# LANGUAGE TemplateHaskell #-}
   2
   3 module Adders where
   4 import Bits
   5 import qualified Sim
   6
   7 import qualified Prelude as P
   8 import Prelude hiding (
   9   null, length, head, tail, last, init, take, drop, (++), map, foldl, foldr,
  10   zipWith, zip, unzip, concat, reverse, iterate )
  11
  12 -- import Language.Haskell.Syntax
  13 import Types
  14 import Types.Data.Num.Decimal.Literals
  15 import Data.Param.TFVec
  16 import Data.RangedWord
  17 import Data.SizedInt
  18 import Data.SizedWord
  19
  20 mainIO f = Sim.simulateIO (Sim.stateless f) ()
  21
  22 -- This function is from Sim.hs, but we redefine it here so it can get inlined
  23 -- by default.
  24 stateless :: (i -> o) -> (i -> () -> ((), o))
  25 stateless f = \i s -> (s, f i)
  26
  27 -- show_add f = do print ("Sum:   " P.++ (displaysigs s)); print ("Carry: " P.++ (displaysig c))
  28 --   where
  29 --     a = [High, High, High, High]
  30 --     b = [Low, Low, Low, High]
  31 --     (s, c) = f (a, b)
  32
  33 mux2 :: Bit -> (Bit, Bit) -> Bit
  34 mux2 Low (a, b) = a
  35 mux2 High (a, b) = b
  36
  37 -- Not really an adder, but this is nice minimal hardware description
  38 wire :: Bit -> Bit
  39 wire a = a
  40
  41 -- bus :: (TypeLevel.Pos len) => BitVec len -> BitVec len
  42 bus v = v
  43
  44 -- bus_4 :: BitVec TypeLevel.D4 -> BitVec TypeLevel.D4
  45 bus_4 v = v
  46
  47 {-
  48 inv_n :: (Pos len) => BitVec len -> BitVec len
  49 inv_n v =
  50   --FSVec.map hwnot v
  51   inv_n_rec v
  52
  53 class Inv vec where
  54   inv_n_rec :: vec -> vec
  55
  56 instance (Pos len) => Inv (BitVec len) where
  57   inv_n_rec v =
  58     h FSVec.+> t
  59     where
  60       h = FSVec.head v
  61       t = FSVec.tail v
  62
  63 instance Inv (BitVec D0) where
  64   inv_n_rec v = v
  65 -}
  66 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  67 inv :: Bit -> Bit
  68 inv a = let r = hwnot a in r
  69
  70 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  71 invinv :: Bit -> Bit
  72 invinv a = hwnot (hwnot a)
  73
  74 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  75 dup :: Bit -> (Bit, Bit)
  76 dup a = (a, a)
  77
  78 -- Not really an adder either, but a simple stateful example (D-flipflop)
  79 dff :: Bit -> Bit -> (Bit, Bit)
  80 dff d s = (s', q)
  81   where
  82     q = s
  83     s' = d
  84
  85 type ShifterState = (Bit, Bit, Bit, Bit)
  86 shifter :: Bit -> ShifterState -> (ShifterState, Bit)
  87 shifter i (a, b, c, d) =
  88   (s', d)
  89   where
  90     s' = (i, a, b, c)
  91
  92 {-# NOINLINE shifter_en #-}
  93 shifter_en :: Bit -> Bit-> ShifterState -> (ShifterState, Bit)
  94 shifter_en High i (a, b, c, d) =
  95   (s', d)
  96   where
  97     s' = (i, a, b, c)
  98
  99 shifter_en Low i s@(a, b, c, d) =
 100   (s, d)
 101
 102 -- Two multiplexed shifters
 103 type ShiftersState = (ShifterState, ShifterState)
 104 shifters :: Bit -> Bit -> ShiftersState -> (ShiftersState, Bit)
 105 shifters sel i (sa, sb) =
 106   (s', out)
 107   where
 108     (sa', outa) = shifter_en sel i sa
 109     (sb', outb) = shifter_en (hwnot sel) i sb
 110     s' = (sa', sb')
 111     out = if sel == High then outa else outb
 112
 113 -- Combinatoric stateless no-carry adder
 114 -- A -> B -> S
 115 no_carry_adder :: (Bit, Bit) -> Bit
 116 no_carry_adder (a, b) = a `hwxor` b
 117
 118 -- Combinatoric stateless half adder
 119 -- A -> B -> (S, C)
 120 half_adder :: (Bit, Bit) -> (Bit, Bit)
 121 {-# NOINLINE half_adder #-}
 122 half_adder (a, b) =
 123   ( a `hwxor` b, a `hwand` b )
 124
 125 -- Combinatoric stateless full adder
 126 -- (A, B, C) -> (S, C)
 127 full_adder :: (Bit, Bit, Bit) -> (Bit, Bit)
 128 full_adder (a, b, cin) = (s, c)
 129   where
 130     (s1, c1) = half_adder(a, b)
 131     (s, c2)  = half_adder(s1, cin)
 132     c        = c1 `hwor` c2
 133
 134 sfull_adder = stateless full_adder
 135
 136 -- Four bit adder
 137 -- Explicit version
 138 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 139 exp_adder :: ([Bit], [Bit]) -> ([Bit], Bit)
 140
 141 exp_adder ([a3,a2,a1,a0], [b3,b2,b1,b0]) =
 142   ([s3, s2, s1, s0], c3)
 143   where
 144     (s0, c0) = full_adder (a0, b0, Low)
 145     (s1, c1) = full_adder (a1, b1, c0)
 146     (s2, c2) = full_adder (a2, b2, c1)
 147     (s3, c3) = full_adder (a3, b3, c2)
 148
 149 -- Any number of bits adder
 150 -- Recursive version
 151 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 152 rec_adder :: ([Bit], [Bit]) -> ([Bit], Bit)
 153
 154 rec_adder ([], []) = ([], Low)
 155 rec_adder ((a:as), (b:bs)) =
 156   (s : rest, cout)
 157   where
 158     (rest, cin) = rec_adder (as, bs)
 159     (s, cout) = full_adder (a, b, cin)
 160
 161 foo = id
 162 add, sub :: Int -> Int -> Int
 163 add a b = a + b
 164 sub a b = a - b
 165
 166 highordtest = \x ->
 167   let s = foo x
 168   in
 169      case s of
 170        (a, b) ->
 171          case a of
 172            High -> add
 173            Low -> let
 174              op' = case b of
 175                 High -> sub
 176                 Low -> \c d -> c
 177              in
 178                 \c d -> op' d c
 179
 180 xand a b = hwand a b
 181
 182 functiontest :: TFVec D12 Bit -> TFVec D6 Bit
 183 functiontest = \v -> let r = take d6 v in r
 184
 185 functiontest2 :: SizedInt D8 -> SizedInt D7
 186 functiontest2 = \a -> let r = Data.SizedInt.resize a in r
 187
 188 xhwnot x = hwnot x
 189
 190 maptest :: TFVec D4 Bit -> TFVec D4 Bit
 191 maptest = \v -> let r = map xhwnot v in r
 192
 193 highordtest2 = \a b ->
 194          case a of
 195            High -> \c d -> d
 196            Low -> let
 197              op' :: Bit -> Bit -> Bit
 198              op' = case b of
 199                 High -> \c d -> d
 200                 Low -> \c d -> c
 201              in
 202                 \c d -> op' d c
 203 -- Four bit adder, using the continous adder below
 204 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 205 -- con_adder_4 as bs =
 206 --  ([s3, s2, s1, s0], c)
 207 --  where
 208 --    ((s0, _):(s1, _):(s2, _):(s3, c):_) = con_adder (P.zip ((P.reverse as) P.++ lows) ((P.reverse bs) P.++ lows))
 209
 210 -- Continuous sequential version
 211 -- Stream a -> Stream b -> Stream (sum, cout)
 212 -- con_adder :: Stream (Bit, Bit) -> Stream (Bit, Bit)
 213
 214 -- Forward to con_adder_int, but supply an initial state
 215 -- con_adder pin =
 216 --  con_adder_int pin Low
 217
 218 -- Stream a -> Stream b -> state -> Stream (s, c)
 219 -- con_adder_int :: Stream (Bit, Bit) -> Bit -> Stream (Bit, Bit)
 220 -- con_adder_int ((a,b):rest) cin =
 221 --  (s, cout) : con_adder_int rest cout
 222 --  where
 223 --    (s, cout) = full_adder (a, b, cin)
 224
 225 -- vim: set ts=8 sw=2 sts=2 expandtab: