KUE-CHIP2全体のSFL記述が完成したら，SECONDSを用いてその動作を確か めてみます．ここでは，KUE-CHIP2の命令セットからなるプログラムを実際に 動かしてみて，結果が正しいかどうかを見て判断します．そのためには， KUE-CHIP2本体とメモリなどが搭載されたボードのようなものを用意する必要 がありますので，これをSFLのモジュールboardとして記述します．リスト5.1に一例を示します．
まず，KUE-CHIP2が使用する512バイトのメモリを，機能回路 r512_8として設計します．メモリは，機能回路においてのみ構成要 素として記述できるからです．
制御入力端子としては，読み出し，書き込みを行うためのread, writeを用意します．データ入力端子としては，アドレスを示す adrs<9>，書き込みデータを入力するdin<8>を用意します． データ出力端子としては，読み出しデータを出力するdout<8>を用意 します．
SFLではmemというキーワードでメモリを表します．ここでは， cellという名前の512バイト(8ビットを1バイトとする)のメモリを宣 言しています．あとは，制御入力端子readとwriteの動作 を記述します．cell[adrs]で，cellというメモリの adrs番地を示します．
モジュールboardでは，モジュールkuechip2と機能回路 r512_8をサブモジュールとして使用しますので，ここでこれらのイ ンタフェースの宣言を行う必要があります．モジュールkuechip2は， 制御入力端子startを持ちますが，仮引数はありませんので，仮引数 の定義に関しては何も書きません．従って，外部端子の定義のみを書きます． 機能回路r512_8については，readの仮引数を adrs，writeの仮引数をadrsとdinとし ます．
以上で，kuechip2とメモリr512_8のSFL記述ができまし たので，IBUF, IBUF_FLAG, OBUF, OBUF_FLAGと共に，これらに関係を持たせま しょう．モジュールboardがその役目を果たします．
モジュールboardには外部端子を用意しません．SECONDSでは，メ モリに直接値を書き込んだり，kuechip2の端子に値を設定できるか らです．
従って，構成要素の定義から始めます．モジュールboardは，モ ジュールkuechip2, 機能回路r512_8を，サブモジュール名 cpu, memとして利用します．また，ibuf, ibuf_flag, obuf, obuf_flagは，reg_wrで実現することにします．
あとは，動作の記述です．初めのpar{ }で囲まれた部分には，常 に行われる動作が記述されています．つまり，ibuf_flag, obuf_flagの値は，常にcpuのibuf_flg_in, obuf_flg_inに供給されるということです．49行目から58行目には， cpuの制御出力端子の動作の定義が行われています．このように，あ るモジュールの制御出力端子の動作の定義は，そのモジュールをサブモジュー ルとして用いる外側のモジュールで行われます．
以上で，リスト5.1の説明は終わりです．リスト5.1のSFL記述はboard.sfl というファイルに格納することにします．
リスト5.1: 動作確認のためのSFL記述(board.sfl) [TOP]
1 /** board : KUE-CHIP2 Educational Board **/
2 /** This description is only for simulation using SECONDS **/
3
4 circuit r512_8 {
5 /** external pins **/
6 instrin read, write;
7 input adrs<9>, din<8>;
8 output dout<8>;
9 /** elements **/
10 mem cell[512]<8>;
11 /** operations of instrin **/
12 instruct read dout = cell[adrs];
13 instruct write cell[adrs] := din;
14 }
15
16 declare kuechip2 {
17 /** external pins **/
18 instrin start;
19 input dbi<8>;
20 input ibuf_flg_in, obuf_flg_in;
21 instrout mem_we, mem_re;
22 instrout ibuf_re, obuf_we;
23 output dbo<8>, ab<9>;
24 }
25
26 declare r512_8 {
27 /** external pins **/
28 instrin read, write;
29 input adrs<9>, din<8>;
30 output dout<8>;
31 /** arguments of instrin **/
32 instr_arg read(adrs);
33 instr_arg write(adrs, din);
34 }
35
36 module board {
37 /** elements **/
38 reg_wr ibuf<8>, ibuf_flg, obuf<8>, obuf_flg;
39 kuechip2 cpu;
40 r512_8 mem;
41
42 /** operations in common **/
43 par {
44 cpu.ibuf_flg_in = ibuf_flg;
45 cpu.obuf_flg_in = obuf_flg;
46 }
47
48 /** operations of instrout **/
49 instruct cpu.mem_we mem.write(cpu.ab, cpu.dbo);
50 instruct cpu.mem_re cpu.dbi = mem.read(cpu.ab).dout;
51 instruct cpu.ibuf_re par {
52 cpu.dbi = ibuf;
53 ibuf_flg := 0b0;
54 }
55 instruct cpu.obuf_we par {
56 obuf := cpu.dbo;
57 obuf_flg := 0b1;
58 }
59 }
これで，KUE-CHIP2のプログラムをSECONDSを用いて実行してみるためのSFL 記述が整いました．
まず最初は，1からNまでの和を計算するKUE-CHIP2のプログラムで動作を確 認してみます．リスト5.2にアセンブルリストを示します．このプログラムは， X080番地の値をNとして，1からNまでの和を計算して，結果をX081番地に格納 するというものです．
リスト5.2: 1からNまでの和を計算するKUE-CHIP2のプログラム1 *** KUE-CHIP2 Assembler ver.1.0 by H.Ochi *** 2 3 * Sum from 1 to N 4 * Programmed by Akira Uejima, May. 5, 1992 5 * e-mail: uejima@mics.cs.ritsumei.ac.jp 6 7 * N 8 80 : N: EQU 80H 9 * Sum(result) 10 81 : SUM: EQU 81H 11 12 00 : 6C 80 LD IX, [N] 13 02 : 62 00 LD ACC, 0 14 04 : B1 LOOP: ADD ACC, IX 15 05 : AA 01 SUB IX, 1 16 07 : 33 04 BP LOOP 17 09 : 74 81 ST ACC, [SUM] 18 0B : 0F HLT 19 20 END
リスト5.3は，このプログラムをSECONDSで実行するためのコマンド列です． SECONDSにはmemsetというメモリに値を書き込む便利なコマンドがあ ります．1つめのmemsetでは，1からNまでの和を計算するKUE-CHIP2 のプログラムを，X000番地を始点としてメモリに書き込んでいます． 2つめのmemsetでは，X080番地にNの値を書き込んでいます． 最後の行では，1からNまでの和が格納されているX081番地の内容を 表示しています．
リスト5.3: SECONDSへのコマンド列1 # sum of 1, 2, ..., n 2 3 sflread kuechip2.sfl 4 sflread board.sfl 5 autoinstall board 6 7 # program 8 memset mem/cell X000 \ 9 X6c X80 X62 X00 Xb1 Xaa X01 X33 X04 X74 \ 10 X81 X0f 11 12 # n 13 memset mem/cell X080 \ 14 X0a 15 16 # report 17 rpt_add mem \ 18 "[%3T] (%B)%S re=%B we=%B ab=%X dbi=%X dbo=%X " \ 19 cpu/all.t cpu/all cpu.mem_re cpu.mem_we cpu.ab cpu.dbi cpu.dbo 20 21 rpt_add reg \ 22 "pc=%X ir=%X acc=%X ix=%X flag=%B%B%B%B %B\n" \ 23 cpu/pc cpu/ir cpu/acc cpu/ix cpu/cf cpu/vf cpu/nf cpu/zf 24 25 # execution 26 set cpu/start 1; forward +75; 27 28 # show result 29 print "%X\n" mem/cell@X081
リスト 5.3の内容を，sum1n.secというファイルに保存して，コマンドプロ
ンプトで，
% seconds < sum_1n.sec
としてみてください．実行結果は，リスト5.4のようになるはずです．この場
合，NがX0a(10)なので，X81番地の内容は
X37(55)となります．
[1 ] (1)p1 re=1 we=0 ab=000 dbi=6c dbo=zz pc=00 ir=00 acc=00 ix=00 flag=0000
[2 ] (1)p2 re=1 we=0 ab=001 dbi=80 dbo=zz pc=01 ir=6c acc=00 ix=00 flag=0000
[3 ] (1)p3 re=1 we=0 ab=080 dbi=0a dbo=zz pc=02 ir=6c acc=00 ix=00 flag=0000
[4 ] (1)p1 re=1 we=0 ab=002 dbi=62 dbo=zz pc=02 ir=6c acc=00 ix=0a flag=0000
[5 ] (1)p2 re=1 we=0 ab=003 dbi=00 dbo=zz pc=03 ir=62 acc=00 ix=0a flag=0000
[6 ] (1)p1 re=1 we=0 ab=004 dbi=b1 dbo=zz pc=04 ir=62 acc=00 ix=0a flag=0000
[7 ] (1)p2 re=0 we=0 ab=zzz dbi=zz dbo=zz pc=05 ir=b1 acc=00 ix=0a flag=0000
[8 ] (1)p1 re=1 we=0 ab=005 dbi=aa dbo=zz pc=05 ir=b1 acc=0a ix=0a flag=0000
[9 ] (1)p2 re=1 we=0 ab=006 dbi=01 dbo=zz pc=06 ir=aa acc=0a ix=0a flag=0000
[10 ] (1)p1 re=1 we=0 ab=007 dbi=33 dbo=zz pc=07 ir=aa acc=0a ix=09 flag=0000
:
:
:
[60 ] (1)p1 re=1 we=0 ab=004 dbi=b1 dbo=zz pc=04 ir=33 acc=36 ix=01 flag=0000
[61 ] (1)p2 re=0 we=0 ab=zzz dbi=zz dbo=zz pc=05 ir=b1 acc=36 ix=01 flag=0000
[62 ] (1)p1 re=1 we=0 ab=005 dbi=aa dbo=zz pc=05 ir=b1 acc=37 ix=01 flag=0000
[63 ] (1)p2 re=1 we=0 ab=006 dbi=01 dbo=zz pc=06 ir=aa acc=37 ix=01 flag=0000
[64 ] (1)p1 re=1 we=0 ab=007 dbi=33 dbo=zz pc=07 ir=aa acc=37 ix=00 flag=0001
[65 ] (1)p2 re=1 we=0 ab=008 dbi=04 dbo=zz pc=08 ir=33 acc=37 ix=00 flag=0001
[66 ] (1)p1 re=1 we=0 ab=009 dbi=74 dbo=zz pc=09 ir=33 acc=37 ix=00 flag=0001
[67 ] (1)p2 re=1 we=0 ab=00a dbi=81 dbo=zz pc=0a ir=74 acc=37 ix=00 flag=0001
[68 ] (1)p3 re=0 we=1 ab=081 dbi=zz dbo=37 pc=0b ir=74 acc=37 ix=00 flag=0001
[69 ] (1)p1 re=1 we=0 ab=00b dbi=0f dbo=zz pc=0b ir=74 acc=37 ix=00 flag=0001
[70 ] (1)p2 re=0 we=0 ab=zzz dbi=zz dbo=zz pc=0c ir=0f acc=37 ix=00 flag=0001
[71 ] (0)p1 re=0 we=0 ab=zzz dbi=zz dbo=zz pc=0c ir=0f acc=37 ix=00 flag=0001
[72 ] (0)p1 re=0 we=0 ab=zzz dbi=zz dbo=zz pc=0c ir=0f acc=37 ix=00 flag=0001
[73 ] (0)p1 re=0 we=0 ab=zzz dbi=zz dbo=zz pc=0c ir=0f acc=37 ix=00 flag=0001
[74 ] (0)p1 re=0 we=0 ab=zzz dbi=zz dbo=zz pc=0c ir=0f acc=37 ix=00 flag=0001
[75 ] (0)p1 re=0 we=0 ab=zzz dbi=zz dbo=zz pc=0c ir=0f acc=37 ix=00 flag=0001
37
この結果を見ると，1から10までの和を求めるのに，70クロック要していま す．今回設計したKUE-CHIP2では，各命令を実行するのに2あるいは3クロック を要し，命令実行のオーバラップは行っていません．各命令に必要なクロック 数を減らしたり，各命令の実行をオーバラップさせることで， kuechip2を高速化していく余地はまだまだあります．例えば，時間 61では，mem_re, mem_weともに起動されておらず，アドレスバス abが使用されていません．このとき，irの値は b1なので，ADD ACC, IXという命令が実行されています． レジスタ間の加算なので，メモリにはアクセスしていないというわけです．設 計次第では，この隙に，次の命令をメモリからirに読み込むという こともできます．
規定課題の資料には， KUE-CHIP2のプログラムが2つ掲載されています．時間的に余裕のある方は，こ れを用いた動作確認も行ってみてください．