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 Data.Param.TFVec
  15 import Data.RangedWord
  16
  17 mainIO f = Sim.simulateIO (Sim.stateless f) ()
  18
  19 -- This function is from Sim.hs, but we redefine it here so it can get inlined
  20 -- by default.
  21 stateless :: (i -> o) -> (i -> () -> ((), o))
  22 stateless f = \i s -> (s, f i)
  23
  24 show_add f = do print ("Sum:   " P.++ (displaysigs s)); print ("Carry: " P.++ (displaysig c))
  25   where
  26     a = [High, High, High, High]
  27     b = [Low, Low, Low, High]
  28     (s, c) = f (a, b)
  29
  30 mux2 :: Bit -> (Bit, Bit) -> Bit
  31 mux2 Low (a, b) = a
  32 mux2 High (a, b) = b
  33
  34 -- Not really an adder, but this is nice minimal hardware description
  35 wire :: Bit -> Bit
  36 wire a = a
  37
  38 -- bus :: (TypeLevel.Pos len) => BitVec len -> BitVec len
  39 bus v = v
  40
  41 -- bus_4 :: BitVec TypeLevel.D4 -> BitVec TypeLevel.D4
  42 bus_4 v = v
  43
  44 {-
  45 inv_n :: (Pos len) => BitVec len -> BitVec len
  46 inv_n v =
  47   --FSVec.map hwnot v
  48   inv_n_rec v
  49
  50 class Inv vec where
  51   inv_n_rec :: vec -> vec
  52
  53 instance (Pos len) => Inv (BitVec len) where
  54   inv_n_rec v =
  55     h FSVec.+> t
  56     where
  57       h = FSVec.head v
  58       t = FSVec.tail v
  59
  60 instance Inv (BitVec D0) where
  61   inv_n_rec v = v
  62 -}
  63 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  64 inv :: Bit -> Bit
  65 inv a = let r = hwnot a in r
  66
  67 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  68 invinv :: Bit -> Bit
  69 invinv a = hwnot (hwnot a)
  70
  71 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  72 dup :: Bit -> (Bit, Bit)
  73 dup a = (a, a)
  74
  75 -- Not really an adder either, but a simple stateful example (D-flipflop)
  76 dff :: Bit -> Bit -> (Bit, Bit)
  77 dff d s = (s', q)
  78   where
  79     q = s
  80     s' = d
  81
  82 type ShifterState = (Bit, Bit, Bit, Bit)
  83 shifter :: Bit -> ShifterState -> (ShifterState, Bit)
  84 shifter i (a, b, c, d) =
  85   (s', d)
  86   where
  87     s' = (i, a, b, c)
  88
  89 {-# NOINLINE shifter_en #-}
  90 shifter_en :: Bit -> Bit-> ShifterState -> (ShifterState, Bit)
  91 shifter_en High i (a, b, c, d) =
  92   (s', d)
  93   where
  94     s' = (i, a, b, c)
  95
  96 shifter_en Low i s@(a, b, c, d) =
  97   (s, d)
  98
  99 -- Two multiplexed shifters
 100 type ShiftersState = (ShifterState, ShifterState)
 101 shifters :: Bit -> Bit -> ShiftersState -> (ShiftersState, Bit)
 102 shifters sel i (sa, sb) =
 103   (s', out)
 104   where
 105     (sa', outa) = shifter_en sel i sa
 106     (sb', outb) = shifter_en (hwnot sel) i sb
 107     s' = (sa', sb')
 108     out = if sel == High then outa else outb
 109
 110 -- Combinatoric stateless no-carry adder
 111 -- A -> B -> S
 112 no_carry_adder :: (Bit, Bit) -> Bit
 113 no_carry_adder (a, b) = a `hwxor` b
 114
 115 -- Combinatoric stateless half adder
 116 -- A -> B -> (S, C)
 117 half_adder :: (Bit, Bit) -> (Bit, Bit)
 118 {-# NOINLINE half_adder #-}
 119 half_adder (a, b) =
 120   ( a `hwxor` b, a `hwand` b )
 121
 122 -- Combinatoric stateless full adder
 123 -- (A, B, C) -> (S, C)
 124 full_adder :: (Bit, Bit, Bit) -> (Bit, Bit)
 125 full_adder (a, b, cin) = (s, c)
 126   where
 127     (s1, c1) = half_adder(a, b)
 128     (s, c2)  = half_adder(s1, cin)
 129     c        = c1 `hwor` c2
 130
 131 sfull_adder = stateless full_adder
 132
 133 -- Four bit adder
 134 -- Explicit version
 135 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 136 exp_adder :: ([Bit], [Bit]) -> ([Bit], Bit)
 137
 138 exp_adder ([a3,a2,a1,a0], [b3,b2,b1,b0]) =
 139   ([s3, s2, s1, s0], c3)
 140   where
 141     (s0, c0) = full_adder (a0, b0, Low)
 142     (s1, c1) = full_adder (a1, b1, c0)
 143     (s2, c2) = full_adder (a2, b2, c1)
 144     (s3, c3) = full_adder (a3, b3, c2)
 145
 146 -- Any number of bits adder
 147 -- Recursive version
 148 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 149 rec_adder :: ([Bit], [Bit]) -> ([Bit], Bit)
 150
 151 rec_adder ([], []) = ([], Low)
 152 rec_adder ((a:as), (b:bs)) =
 153   (s : rest, cout)
 154   where
 155     (rest, cin) = rec_adder (as, bs)
 156     (s, cout) = full_adder (a, b, cin)
 157
 158 foo = id
 159 add, sub :: Int -> Int -> Int
 160 add a b = a + b
 161 sub a b = a - b
 162
 163 highordtest = \x ->
 164   let s = foo x
 165   in
 166      case s of
 167        (a, b) ->
 168          case a of
 169            High -> add
 170            Low -> let
 171              op' = case b of
 172                 High -> sub
 173                 Low -> \c d -> c
 174              in
 175                 \c d -> op' d c
 176
 177 xand a b = hwand a b
 178
 179 functiontest :: TFVec D4 (TFVec D3 Bit) -> (TFVec D12 Bit, TFVec D3 Bit)
 180 functiontest = \v -> let r = (concat v, head v) in r
 181
 182 xhwnot x = hwnot x
 183
 184 maptest :: TFVec D4 Bit -> TFVec D4 Bit
 185 maptest = \v -> let r = map xhwnot v in r
 186
 187 highordtest2 = \a b ->
 188          case a of
 189            High -> \c d -> d
 190            Low -> let
 191              op' :: Bit -> Bit -> Bit
 192              op' = case b of
 193                 High -> \c d -> d
 194                 Low -> \c d -> c
 195              in
 196                 \c d -> op' d c
 197 -- Four bit adder, using the continous adder below
 198 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 199 con_adder_4 as bs =
 200  ([s3, s2, s1, s0], c)
 201  where
 202    ((s0, _):(s1, _):(s2, _):(s3, c):_) = con_adder (P.zip ((P.reverse as) P.++ lows) ((P.reverse bs) P.++ lows))
 203
 204 -- Continuous sequential version
 205 -- Stream a -> Stream b -> Stream (sum, cout)
 206 con_adder :: Stream (Bit, Bit) -> Stream (Bit, Bit)
 207
 208 -- Forward to con_adder_int, but supply an initial state
 209 con_adder pin =
 210  con_adder_int pin Low
 211
 212 -- Stream a -> Stream b -> state -> Stream (s, c)
 213 con_adder_int :: Stream (Bit, Bit) -> Bit -> Stream (Bit, Bit)
 214 con_adder_int ((a,b):rest) cin =
 215  (s, cout) : con_adder_int rest cout
 216  where
 217    (s, cout) = full_adder (a, b, cin)
 218
 219 -- vim: set ts=8 sw=2 sts=2 expandtab: