VHDL で書くマージソーター(ワード比較器)

はじめに

別記事 「はじめに」 を参照してください。

この記事では、マージソーター内部で使用するワード比較器(Word_Compare)について説明します。

ワード比較器とは

ワード比較器(Word_Compare)は、二つのワード(「ワードの定義」参照)を比較して、どちらかを選択します。二つのワード(AワードとBワード）のうち、選択した方の選択信号(SEL_A または SEL_B) がアサートされます。また、AワードとBワードが同一条件だった時は常にAワードが選択されます。

Fig.1 Word Compare

ワード比較器の VHDL 記述

Entity

ワード比較器(Word_Compare) の Entity 宣言は次のようになっています。ジェネリック変数の WORD_PARAM でワードの定義を指定します。SORT_ORDER で昇順か降順を指定します。

A_WORD および B_WORD はビット配列(std_logic_vector) で入力されます。ビット配列の長さは WORD_PARAM の BITS フィールドの値で指定されます。

src/main/vhdl/core/word_compare.vhd

library ieee;
use     ieee.std_logic_1164.all;
library Merge_Sorter;
use     Merge_Sorter.Word;
entity  Word_Compare is
    generic (
        WORD_PARAM  :  Word.Param_Type := Word.Default_Param;
        SORT_ORDER  :  integer :=  0
    );
    port (
        CLK         :  in  std_logic;
        RST         :  in  std_logic;
        CLR         :  in  std_logic;
        A_WORD      :  in  std_logic_vector(WORD_PARAM.BITS-1 downto 0);
        B_WORD      :  in  std_logic_vector(WORD_PARAM.BITS-1 downto 0);
        VALID       :  in  std_logic;
        READY       :  out std_logic;
        SEL_A       :  out std_logic;
        SEL_B       :  out std_logic
    );
end Word_Compare;

Functions

ワードを中の DATA_COMP_HI および DATA_COMP_LO で指定されたフィールドを取り出して比較する関数は次のように定義しています。データが符号付きか符号無しかによって別々の関数を定義しています。

src/main/vhdl/core/word_compare.vhd

library ieee;
use     ieee.std_logic_1164.all;
use     ieee.numeric_std.all;
architecture RTL of Word_Compare is
    function select_a_unsigned(A_WORD, B_WORD: std_logic_vector;ORDER: integer) return boolean is
        variable a_comp  :  unsigned(WORD_PARAM.DATA_COMPARE_HI - WORD_PARAM.DATA_COMPARE_LO downto 0);
        variable b_comp  :  unsigned(WORD_PARAM.DATA_COMPARE_HI - WORD_PARAM.DATA_COMPARE_LO downto 0);
    begin
        a_comp := to_01(unsigned(A_WORD(WORD_PARAM.DATA_COMPARE_HI downto WORD_PARAM.DATA_COMPARE_LO)));
        b_comp := to_01(unsigned(B_WORD(WORD_PARAM.DATA_COMPARE_HI downto WORD_PARAM.DATA_COMPARE_LO)));
        if (ORDER = 0) then
            return (a_comp <= b_comp);
        else
            return (a_comp >= b_comp);
        end if;
    end function;
    function select_a_signed(A_WORD, B_WORD: std_logic_vector;ORDER: integer) return boolean is
        variable a_comp  :    signed(WORD_PARAM.DATA_COMPARE_HI - WORD_PARAM.DATA_COMPARE_LO downto 0);
        variable b_comp  :    signed(WORD_PARAM.DATA_COMPARE_HI - WORD_PARAM.DATA_COMPARE_LO downto 0);
    begin
        a_comp := to_01(  signed(A_WORD(WORD_PARAM.DATA_COMPARE_HI downto WORD_PARAM.DATA_COMPARE_LO)));
        b_comp := to_01(  signed(B_WORD(WORD_PARAM.DATA_COMPARE_HI downto WORD_PARAM.DATA_COMPARE_LO)));
        if (ORDER = 0) then
            return (a_comp <= b_comp);
        else
            return (a_comp >= b_comp);
        end if;
    end function;

Body

VALID 信号が '1' の時、A_WORD と B_WORD を比較して結果を出力します。

A_WORD に PRIORITY 属性がついているか B_WORD に POSTPEND 属性がついている場合は A_WORD を選択するために SEL_A 信号がアサートされます。

上記以外で、B_WORD にPRIORITY 属性がついているか A_WORD に POSTPEND 属性がついている場合は B_WORD を選択するために SEL_B 信号がアサートされます。

さらに上記以外では前述の比較関数の結果を出力します。

src/main/vhdl/core/word_compare.vhd

begin
    process(VALID, A_WORD, B_WORD) 
        variable select_a :  boolean;
    begin
        if (VALID = '1') then
            if (WORD_PARAM.DATA_COMPARE_SIGN) then
                select_a := select_a_signed  (A_WORD, B_WORD, SORT_ORDER);
            else
                select_a := select_a_unsigned(A_WORD, B_WORD, SORT_ORDER);
            end if;
            if    (A_WORD(WORD_PARAM.ATRB_PRIORITY_POS) = '1') or
                  (B_WORD(WORD_PARAM.ATRB_POSTPEND_POS) = '1') then
                SEL_A <= '1';
                SEL_B <= '0';
            elsif (B_WORD(WORD_PARAM.ATRB_PRIORITY_POS) = '1') or
                  (A_WORD(WORD_PARAM.ATRB_POSTPEND_POS) = '1') then
                SEL_A <= '0';
                SEL_B <= '1';
            elsif (select_a = TRUE) then
                SEL_A <= '1';
                SEL_B <= '0';
            else
                SEL_A <= '0';
                SEL_B <= '1';
            end if;
                READY <= '1';
        else
                READY <= '0';
                SEL_A <= '0';
                SEL_B <= '0';
        end if;
    end process;
end RTL;

参照

• 目次: 「はじめに」
• 次回: 「ソーティングネットワーク(コアパッケージ)」
• 前回: 「ワードの定義」
• ソースコード: https://github.com/ikwzm/Merge_Sorter/blob/1.4.1/src/main/vhdl/core/word_compare.vhd