MCPU - Minimal CPU for a 32 Macrocell CPLD

Opencoresに「MCPU - Minimal CPU for a 32 Macrocell CPLD 」という、わずか32マクロセルで構成できるCPUのIPがある。

　データバス8bit、アドレスバス6bitで、命令は4つだけだ。
ジャンプは条件ジャンプJCC(Jump if Carry Clear)しかなく、演算命令は、NORとADDだけだ。

Mnemonic	Opcode	Description
NOR	00AAAAAA	Accu = Accu NOR mem[AAAAAA]
ADD	01AAAAAA	Accu = Accu + mem[AAAAAA], update carry
STA	10AAAAAA	mem[AAAAAA] = Accu
JCC	11DDDDDD	Set PC to DDDDDD when carry = 0, clear carry

Accにデータをロードする LDA memは、NOR allone、ADD memの2命令で実現する。(alloneは11111111が記録されているアドレス)
無条件ジャンプ JMP dstはJCC dst,JCC dstの2命令で実現する。JCCが実行されると分岐するしないにかかわらずCarryはクリアされるので、どちらかのJCC dstでジャンプできる。

Macro	Assembler Code	Description
CLR	NOR allone	Clear Accu (allone contains 0xFF)
LDA mem	NOR allone,ADD mem	Load meminto Accu
NOT	NOR zero	Invert content of Accu (zero contains 0x00)
JMP dst	JCC dst, JCC dst	Unconditional jump to dst
JCS dst	JCC *+2, JCC dst	Jump if carry set
SUB mem	NOR zero, ADD mem, ADD one	Subtract mem from Accu (one contains 0x01)

　久しぶりに見たら、アセンブラとシミュレータがGitHubで公開されていた(https://github.com/cpldcpu/MCPU)のでDLしてみた。

このCPUの論文(mcpu.pdf)には、XilinxのWebPackとXC9536で合成できると書いてあるが、デフォルトの設定でコンパイルすると、Fitでエラーが発生する。

ERROR:Cpld:868 - Cannot fit the design into any of the
specified devices with the selected implementation options.

だそうで、Fitのプロパティの Implementation Template を Optimize Density にすると合成できる。

　秋月で売ってる XC9536XL-10 VQG44C　だと、10.638MHzで動くらしい。
（今気づいたのだが、以前売ってたのは、たしかXC9536だったけどいつの間にかXC9536XLになってる。）

　あとは、RAMとクロックがあれば動くが、何か制御しようとすると外付けでI/O必要だ。バッファ(74HC541)とラッチ(74HC574)とアドレスデコーダーで作れるが、アドレスデコーダーはXC9536に納まりそうだ。
(今気づいたのだが、秋月では東芝のTC74HC541APとTIのSN74HC541Nを売っているがSN74HC541Nの方が20円安い)

つづく