Adders.hs

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