mirror of
https://github.com/pConst/basic_verilog.git
synced 2025-01-14 06:42:54 +08:00
Added fast counter sources
This commit is contained in:
parent
c243e1d918
commit
3619810053
109
fast_counter.sv
Normal file
109
fast_counter.sv
Normal file
@ -0,0 +1,109 @@
|
|||||||
|
//------------------------------------------------------------------------------
|
||||||
|
// fast_counter.sv
|
||||||
|
// Konstantin Pavlov, pavlovconst@gmail.com
|
||||||
|
//------------------------------------------------------------------------------
|
||||||
|
|
||||||
|
// INFO ------------------------------------------------------------------------
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// - This is a synthetic fast counter which appears faster than a standard one
|
||||||
|
// generated from pure Verilog code
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// - My tests show that it is on average 30MHz faster in direct comparisons for
|
||||||
|
// counters from 5 to 32 bit widths in Cyclone V
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// - Use this counter only when counter performance is your last and ultimate
|
||||||
|
// resort to conquer timings. Fast counter is area-unefficient thing.
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// - fast_counter_iterative_test project in the repo shows fast counter`s advantage
|
||||||
|
// https://github.com/pConst/basic_verilog/fast_counter_iterative_test/
|
||||||
|
//
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
/* --- INSTANTIATION TEMPLATE BEGIN ---
|
||||||
|
|
||||||
|
fast_counter #(
|
||||||
|
.WIDTH( 14 )
|
||||||
|
) fc (
|
||||||
|
.clk( clk ),
|
||||||
|
|
||||||
|
.set( ), // highest priority operation, use it like a reset also
|
||||||
|
.set_val( ),
|
||||||
|
.dec( ),
|
||||||
|
|
||||||
|
.q( ),
|
||||||
|
.q_is_zero( )
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
--- INSTANTIATION TEMPLATE END ---*/
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
module fast_counter #( parameter
|
||||||
|
WIDTH = 8
|
||||||
|
)(
|
||||||
|
input clk,
|
||||||
|
|
||||||
|
input set,
|
||||||
|
input [WIDTH-1:0] set_val,
|
||||||
|
|
||||||
|
input dec,
|
||||||
|
|
||||||
|
output [WIDTH-1:0] q,
|
||||||
|
output q_is_zero
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
const logic [5:0][15:0] lsb_bits_init = { 16'b0000000000000001,
|
||||||
|
16'b1000000000000000,
|
||||||
|
16'b1111111100000000,
|
||||||
|
16'b1111000011110000,
|
||||||
|
16'b1100110011001100,
|
||||||
|
16'b1010101010101010 };
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
logic [WIDTH-4-1:0] msb_bits = '0;
|
||||||
|
logic [5:0][15:0] lsb_bits = lsb_bits_init;
|
||||||
|
|
||||||
|
logic [16*6-1:0] lsb_bits_flat;
|
||||||
|
assign lsb_bits_flat[16*6-1:0] = lsb_bits;
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
integer i,j;
|
||||||
|
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||||
|
if( set ) begin
|
||||||
|
|
||||||
|
msb_bits[WIDTH-4-1:0] <= set_val[WIDTH-1:4];
|
||||||
|
for( i=0; i<6; i++ ) begin
|
||||||
|
for( j=0; j<16; j++ ) begin
|
||||||
|
lsb_bits[i][j] <= lsb_bits_init[i][(set_val[3:0]+j) % 16];
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
end else if( dec ) begin
|
||||||
|
|
||||||
|
if( lsb_bits[5][0] ) begin
|
||||||
|
msb_bits[WIDTH-4-1:0] <= msb_bits[WIDTH-4-1:0] - 1'b1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
for( i=0; i<6; i++ ) begin
|
||||||
|
for( j=0; j<16; j++ ) begin
|
||||||
|
if( j==0 ) begin
|
||||||
|
lsb_bits[i][j] <= lsb_bits[i][15];
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
lsb_bits[i][j] <= lsb_bits[i][j-1];
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
assign q[WIDTH-1:4] = msb_bits[WIDTH-4-1:0];
|
||||||
|
assign q[3] = lsb_bits[3][0],
|
||||||
|
q[2] = lsb_bits[2][0],
|
||||||
|
q[1] = lsb_bits[1][0],
|
||||||
|
q[0] = lsb_bits[0][0];
|
||||||
|
|
||||||
|
assign q_is_zero = ~|q[WIDTH-1:0];
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
|
168
fast_counter_tb.sv
Normal file
168
fast_counter_tb.sv
Normal file
@ -0,0 +1,168 @@
|
|||||||
|
//------------------------------------------------------------------------------
|
||||||
|
// main_tb.sv
|
||||||
|
// Konstantin Pavlov, pavlovconst@gmail.com
|
||||||
|
//------------------------------------------------------------------------------
|
||||||
|
|
||||||
|
// INFO ------------------------------------------------------------------------
|
||||||
|
// Testbench for fast_counter.sv
|
||||||
|
|
||||||
|
// use this define to make some things differently in simulation
|
||||||
|
`define SIMULATION yes
|
||||||
|
|
||||||
|
`timescale 1ns / 1ps
|
||||||
|
|
||||||
|
module fast_counter_tb();
|
||||||
|
|
||||||
|
logic clk200;
|
||||||
|
initial begin
|
||||||
|
#0 clk200 = 1'b0;
|
||||||
|
forever
|
||||||
|
#2.5 clk200 = ~clk200;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
// external device "asynchronous" clock
|
||||||
|
logic clk33;
|
||||||
|
initial begin
|
||||||
|
#0 clk33 = 1'b0;
|
||||||
|
forever
|
||||||
|
#15.151 clk33 = ~clk33;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
logic rst;
|
||||||
|
initial begin
|
||||||
|
#0 rst = 1'b0;
|
||||||
|
#10.2 rst = 1'b1;
|
||||||
|
#5 rst = 1'b0;
|
||||||
|
//#10000;
|
||||||
|
forever begin
|
||||||
|
#9985 rst = ~rst;
|
||||||
|
#5 rst = ~rst;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
logic nrst;
|
||||||
|
assign nrst = ~rst;
|
||||||
|
|
||||||
|
logic rst_once;
|
||||||
|
initial begin
|
||||||
|
#0 rst_once = 1'b0;
|
||||||
|
#10.2 rst_once = 1'b1;
|
||||||
|
#5 rst_once = 1'b0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
logic nrst_once;
|
||||||
|
assign nrst_once = ~rst_once;
|
||||||
|
|
||||||
|
logic [31:0] DerivedClocks;
|
||||||
|
clk_divider #(
|
||||||
|
.WIDTH( 32 )
|
||||||
|
) cd1 (
|
||||||
|
.clk( clk200 ),
|
||||||
|
.nrst( nrst_once ),
|
||||||
|
.ena( 1'b1 ),
|
||||||
|
.out( DerivedClocks[31:0] )
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
logic [31:0] E_DerivedClocks;
|
||||||
|
edge_detect ed1[31:0] (
|
||||||
|
.clk( {32{clk200}} ),
|
||||||
|
.nrst( {32{nrst_once}} ),
|
||||||
|
.in( DerivedClocks[31:0] ),
|
||||||
|
.rising( E_DerivedClocks[31:0] ),
|
||||||
|
.falling( ),
|
||||||
|
.both( )
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
logic [31:0] RandomNumber1;
|
||||||
|
c_rand rng1 (
|
||||||
|
.clk( clk200 ),
|
||||||
|
.rst( 1'b0 ),
|
||||||
|
.reseed( rst_once ),
|
||||||
|
.seed_val( DerivedClocks[31:0] ^ (DerivedClocks[31:0] << 1) ),
|
||||||
|
.out( RandomNumber1[15:0] )
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
c_rand rng2 (
|
||||||
|
.clk( clk200 ),
|
||||||
|
.rst( 1'b0 ),
|
||||||
|
.reseed( rst_once ),
|
||||||
|
.seed_val( DerivedClocks[31:0] ^ (DerivedClocks[31:0] << 2) ),
|
||||||
|
.out( RandomNumber1[31:16] )
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
logic start;
|
||||||
|
initial begin
|
||||||
|
#0 start = 1'b0;
|
||||||
|
#100 start = 1'b1;
|
||||||
|
#20 start = 1'b0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
// Module under test ==========================================================
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
logic inc = 1'b0;
|
||||||
|
logic dec = 1'b0;
|
||||||
|
logic set = 1'b0;
|
||||||
|
|
||||||
|
logic [7:0] seq_cntr = '0;
|
||||||
|
always_ff @(posedge clk200) begin
|
||||||
|
if( ~nrst_once ) begin
|
||||||
|
seq_cntr[7:0] <= '0;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
seq_cntr[7:0] <= seq_cntr[7:0] + 1'b1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
/* if( seq_cntr[7:0]>5 ) begin
|
||||||
|
inc = 1'b1;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
inc = 1'b0;
|
||||||
|
end*/
|
||||||
|
|
||||||
|
if( seq_cntr[7:0]>5 ) begin
|
||||||
|
dec = 1'b1;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
dec = 1'b0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
if( seq_cntr[7:0]==5 ) begin
|
||||||
|
set = 1'b1;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
set = 1'b0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
`define WIDTH 14
|
||||||
|
|
||||||
|
logic [`WIDTH-1:0] q;
|
||||||
|
fast_counter #(
|
||||||
|
.WIDTH( `WIDTH )
|
||||||
|
) fc (
|
||||||
|
.clk( clk200 ),
|
||||||
|
.nrst( nrst_once ),
|
||||||
|
.inc( inc ),
|
||||||
|
.dec( dec ),
|
||||||
|
.set( set ),
|
||||||
|
.set_val( RandomNumber1[`WIDTH-1:0] ),
|
||||||
|
.q( q[`WIDTH-1:0] ),
|
||||||
|
.q_is_zero( )
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
logic [`WIDTH-1:0] q_d1 = '0;
|
||||||
|
always_ff @(posedge clk200) begin
|
||||||
|
if( ~nrst_once ) begin
|
||||||
|
q_d1[`WIDTH-1:0] <= '0;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
q_d1[`WIDTH-1:0] <= q[`WIDTH-1:0];
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
logic success_dec;
|
||||||
|
assign success_dec = (q_d1[`WIDTH-1:0] == (q[`WIDTH-1:0]+1'b1));
|
||||||
|
logic success_inc;
|
||||||
|
assign success_inc = (q_d1[`WIDTH-1:0] == (q[`WIDTH-1:0]-1'b1));
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
|
Loading…
x
Reference in New Issue
Block a user