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 import Data.SizedInt
  17 import Data.SizedWord
  18
  19 mainIO f = Sim.simulateIO (Sim.stateless f) ()
  20
  21 -- This function is from Sim.hs, but we redefine it here so it can get inlined
  22 -- by default.
  23 stateless :: (i -> o) -> (i -> () -> ((), o))
  24 stateless f = \i s -> (s, f i)
  25
  26 show_add f = do print ("Sum:   " P.++ (displaysigs s)); print ("Carry: " P.++ (displaysig c))
  27   where
  28     a = [High, High, High, High]
  29     b = [Low, Low, Low, High]
  30     (s, c) = f (a, b)
  31
  32 mux2 :: Bit -> (Bit, Bit) -> Bit
  33 mux2 Low (a, b) = a
  34 mux2 High (a, b) = b
  35
  36 -- Not really an adder, but this is nice minimal hardware description
  37 wire :: Bit -> Bit
  38 wire a = a
  39
  40 -- bus :: (TypeLevel.Pos len) => BitVec len -> BitVec len
  41 bus v = v
  42
  43 -- bus_4 :: BitVec TypeLevel.D4 -> BitVec TypeLevel.D4
  44 bus_4 v = v
  45
  46 {-
  47 inv_n :: (Pos len) => BitVec len -> BitVec len
  48 inv_n v =
  49   --FSVec.map hwnot v
  50   inv_n_rec v
  51
  52 class Inv vec where
  53   inv_n_rec :: vec -> vec
  54
  55 instance (Pos len) => Inv (BitVec len) where
  56   inv_n_rec v =
  57     h FSVec.+> t
  58     where
  59       h = FSVec.head v
  60       t = FSVec.tail v
  61
  62 instance Inv (BitVec D0) where
  63   inv_n_rec v = v
  64 -}
  65 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  66 inv :: Bit -> Bit
  67 inv a = let r = hwnot a in r
  68
  69 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  70 invinv :: Bit -> Bit
  71 invinv a = hwnot (hwnot a)
  72
  73 -- Not really an adder either, but a slightly more complex example
  74 dup :: Bit -> (Bit, Bit)
  75 dup a = (a, a)
  76
  77 -- Not really an adder either, but a simple stateful example (D-flipflop)
  78 dff :: Bit -> Bit -> (Bit, Bit)
  79 dff d s = (s', q)
  80   where
  81     q = s
  82     s' = d
  83
  84 type ShifterState = (Bit, Bit, Bit, Bit)
  85 shifter :: Bit -> ShifterState -> (ShifterState, Bit)
  86 shifter i (a, b, c, d) =
  87   (s', d)
  88   where
  89     s' = (i, a, b, c)
  90
  91 {-# NOINLINE shifter_en #-}
  92 shifter_en :: Bit -> Bit-> ShifterState -> (ShifterState, Bit)
  93 shifter_en High i (a, b, c, d) =
  94   (s', d)
  95   where
  96     s' = (i, a, b, c)
  97
  98 shifter_en Low i s@(a, b, c, d) =
  99   (s, d)
 100
 101 -- Two multiplexed shifters
 102 type ShiftersState = (ShifterState, ShifterState)
 103 shifters :: Bit -> Bit -> ShiftersState -> (ShiftersState, Bit)
 104 shifters sel i (sa, sb) =
 105   (s', out)
 106   where
 107     (sa', outa) = shifter_en sel i sa
 108     (sb', outb) = shifter_en (hwnot sel) i sb
 109     s' = (sa', sb')
 110     out = if sel == High then outa else outb
 111
 112 -- Combinatoric stateless no-carry adder
 113 -- A -> B -> S
 114 no_carry_adder :: (Bit, Bit) -> Bit
 115 no_carry_adder (a, b) = a `hwxor` b
 116
 117 -- Combinatoric stateless half adder
 118 -- A -> B -> (S, C)
 119 half_adder :: (Bit, Bit) -> (Bit, Bit)
 120 {-# NOINLINE half_adder #-}
 121 half_adder (a, b) =
 122   ( a `hwxor` b, a `hwand` b )
 123
 124 -- Combinatoric stateless full adder
 125 -- (A, B, C) -> (S, C)
 126 full_adder :: (Bit, Bit, Bit) -> (Bit, Bit)
 127 full_adder (a, b, cin) = (s, c)
 128   where
 129     (s1, c1) = half_adder(a, b)
 130     (s, c2)  = half_adder(s1, cin)
 131     c        = c1 `hwor` c2
 132
 133 sfull_adder = stateless full_adder
 134
 135 -- Four bit adder
 136 -- Explicit version
 137 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 138 exp_adder :: ([Bit], [Bit]) -> ([Bit], Bit)
 139
 140 exp_adder ([a3,a2,a1,a0], [b3,b2,b1,b0]) =
 141   ([s3, s2, s1, s0], c3)
 142   where
 143     (s0, c0) = full_adder (a0, b0, Low)
 144     (s1, c1) = full_adder (a1, b1, c0)
 145     (s2, c2) = full_adder (a2, b2, c1)
 146     (s3, c3) = full_adder (a3, b3, c2)
 147
 148 -- Any number of bits adder
 149 -- Recursive version
 150 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 151 rec_adder :: ([Bit], [Bit]) -> ([Bit], Bit)
 152
 153 rec_adder ([], []) = ([], Low)
 154 rec_adder ((a:as), (b:bs)) =
 155   (s : rest, cout)
 156   where
 157     (rest, cin) = rec_adder (as, bs)
 158     (s, cout) = full_adder (a, b, cin)
 159
 160 foo = id
 161 add, sub :: Int -> Int -> Int
 162 add a b = a + b
 163 sub a b = a - b
 164
 165 highordtest = \x ->
 166   let s = foo x
 167   in
 168      case s of
 169        (a, b) ->
 170          case a of
 171            High -> add
 172            Low -> let
 173              op' = case b of
 174                 High -> sub
 175                 Low -> \c d -> c
 176              in
 177                 \c d -> op' d c
 178
 179 xand a b = hwand a b
 180
 181 functiontest :: TFVec D3 (TFVec D4 Bit) -> TFVec D12 Bit
 182 functiontest = \v -> let r = concat v in r
 183
 184 xhwnot x = hwnot x
 185
 186 maptest :: TFVec D4 Bit -> TFVec D4 Bit
 187 maptest = \v -> let r = map xhwnot v in r
 188
 189 highordtest2 = \a b ->
 190          case a of
 191            High -> \c d -> d
 192            Low -> let
 193              op' :: Bit -> Bit -> Bit
 194              op' = case b of
 195                 High -> \c d -> d
 196                 Low -> \c d -> c
 197              in
 198                 \c d -> op' d c
 199 -- Four bit adder, using the continous adder below
 200 -- [a] -> [b] -> ([s], cout)
 201 con_adder_4 as bs =
 202  ([s3, s2, s1, s0], c)
 203  where
 204    ((s0, _):(s1, _):(s2, _):(s3, c):_) = con_adder (P.zip ((P.reverse as) P.++ lows) ((P.reverse bs) P.++ lows))
 205
 206 -- Continuous sequential version
 207 -- Stream a -> Stream b -> Stream (sum, cout)
 208 con_adder :: Stream (Bit, Bit) -> Stream (Bit, Bit)
 209
 210 -- Forward to con_adder_int, but supply an initial state
 211 con_adder pin =
 212  con_adder_int pin Low
 213
 214 -- Stream a -> Stream b -> state -> Stream (s, c)
 215 con_adder_int :: Stream (Bit, Bit) -> Bit -> Stream (Bit, Bit)
 216 con_adder_int ((a,b):rest) cin =
 217  (s, cout) : con_adder_int rest cout
 218  where
 219    (s, cout) = full_adder (a, b, cin)
 220
 221 -- vim: set ts=8 sw=2 sts=2 expandtab: