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