mirror of
https://github.com/fpganinja/taxi.git
synced 2025-12-09 00:48:40 -08:00
math: Add MT19937 Mersenne Twister PRNG module and testbench
Signed-off-by: Alex Forencich <alex@alexforencich.com>
This commit is contained in:
@@ -108,6 +108,8 @@ To facilitate the dual-license model, contributions to the project can only be a
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* I2C slave AXI lite master
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* I2C slave AXI lite master
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* MDIO master
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* MDIO master
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* UART
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* UART
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* Math
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* MT19937/MT19937-64 Mersenne Twister PRNG
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* PCI Express
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* PCI Express
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* PCIe AXI lite master
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* PCIe AXI lite master
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* PCIe AXI lite master for Xilinx UltraScale
|
* PCIe AXI lite master for Xilinx UltraScale
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1
src/math/lib/taxi
Symbolic link
1
src/math/lib/taxi
Symbolic link
@@ -0,0 +1 @@
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../../../
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||||||
269
src/math/rtl/taxi_mt19937.sv
Normal file
269
src/math/rtl/taxi_mt19937.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,269 @@
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// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
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/*
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Copyright (c) 2014-2025 FPGA Ninja, LLC
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Authors:
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- Alex Forencich
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*/
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`resetall
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`timescale 1ns / 1ps
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`default_nettype none
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/*
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* MT19937/MT19937-64 Mersenne Twister PRNG
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*/
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module taxi_mt19937 #(
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parameter integer MT_W = 32,
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parameter logic [MT_W-1:0] INIT_SEED = 5489
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)
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(
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input wire logic clk,
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input wire logic rst,
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/*
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* AXI output
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*/
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taxi_axis_if.src m_axis,
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/*
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* Status
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*/
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output wire logic busy,
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/*
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* Configuration
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*/
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input wire logic [MT_W-1:0] seed_val,
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input wire logic seed_start
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);
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// check configuration
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if (MT_W != 32 && MT_W != 64)
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$fatal(0, "Error: MT_W must be 32 or 64 (instance %m)", MT_W);
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if (m_axis.DATA_W != MT_W)
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$fatal(0, "Error: Interface DATA_W parameter must be %d (instance %m)", MT_W);
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localparam MT_N = MT_W == 64 ? 312 : 624;
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localparam MT_M = MT_W == 64 ? 156 : 397;
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localparam CL_MT_N = $clog2(MT_N);
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// state register
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localparam [0:0]
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STATE_SEED = 1'd0,
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STATE_RUN = 1'd1;
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logic [0:0] state_reg = STATE_SEED, state_next;
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logic [MT_W-1:0] mt_ram[MT_N];
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logic [MT_W-1:0] mt_save_reg = '0, mt_save_next;
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logic [CL_MT_N-1:0] mti_reg = '0, mti_next;
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logic [CL_MT_N-1:0] mt_wr_ptr;
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logic [MT_W-1:0] mt_wr_data;
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logic mt_wr_en;
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logic [CL_MT_N-1:0] mt_rd_a_ptr_reg = '0, mt_rd_a_ptr_next;
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logic [MT_W-1:0] mt_rd_a_data_reg = '0;
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logic [CL_MT_N-1:0] mt_rd_b_ptr_reg = '0, mt_rd_b_ptr_next;
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logic [MT_W-1:0] mt_rd_b_data_reg = '0;
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||||||
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logic [MT_W-1:0] product_reg = INIT_SEED, product_next;
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||||||
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logic [MT_W-1:0] factor1_reg = '0, factor1_next;
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|
logic [MT_W-1:0] factor2_reg = '0, factor2_next;
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logic mul_done_reg = 1'b1, mul_done_next;
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|
logic [MT_W-1:0] m_axis_tdata_reg = '0, m_axis_tdata_next;
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logic m_axis_tvalid_reg = 1'b0, m_axis_tvalid_next;
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logic busy_reg = 1'b0;
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assign m_axis.tdata = m_axis_tdata_reg;
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assign m_axis.tkeep = '1;
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assign m_axis.tstrb = m_axis.tkeep;
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assign m_axis.tvalid = m_axis_tvalid_reg;
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assign m_axis.tlast = 1'b1;
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assign m_axis.tid = '0;
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assign m_axis.tdest = '0;
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assign m_axis.tuser = '0;
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assign busy = busy_reg;
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wire [MT_W-1:0] y1, y2, y3, y4, y5;
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if (MT_W == 32) begin
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assign y1 = {mt_save_reg[31], mt_rd_a_data_reg[30:0]};
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assign y2 = mt_rd_b_data_reg ^ (y1 >> 1) ^ (y1[0] ? 32'h9908b0df : 32'h0);
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|
assign y3 = y2 ^ (y2 >> 11);
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||||||
|
assign y4 = y3 ^ ((y3 << 7) & 32'h9d2c5680);
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|
assign y5 = y4 ^ ((y4 << 15) & 32'hefc60000);
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||||||
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||||||
|
end else begin
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||||||
|
|
||||||
|
assign y1 = {mt_save_reg[63:31], mt_rd_a_data_reg[30:0]};
|
||||||
|
assign y2 = mt_rd_b_data_reg ^ (y1 >> 1) ^ (y1[0] ? 64'hB5026F5AA96619E9 : 64'h0);
|
||||||
|
assign y3 = y2 ^ ((y2 >> 29) & 64'h5555555555555555);
|
||||||
|
assign y4 = y3 ^ ((y3 << 17) & 64'h71D67FFFEDA60000);
|
||||||
|
assign y5 = y4 ^ ((y4 << 37) & 64'hFFF7EEE000000000);
|
||||||
|
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||||||
|
end
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||||||
|
|
||||||
|
always_comb begin
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state_next = STATE_SEED;
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||||||
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mt_save_next = mt_save_reg;
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||||||
|
mti_next = mti_reg;
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||||||
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mt_wr_data = y2;
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||||||
|
mt_wr_ptr = mti_reg;
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||||||
|
mt_wr_en = '0;
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||||||
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||||||
|
mt_rd_a_ptr_next = mt_rd_a_ptr_reg;
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||||||
|
mt_rd_b_ptr_next = mt_rd_b_ptr_reg;
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||||||
|
|
||||||
|
product_next = product_reg;
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||||||
|
factor1_next = factor1_reg;
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||||||
|
factor2_next = factor2_reg;
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||||||
|
mul_done_next = mul_done_reg;
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||||||
|
|
||||||
|
m_axis_tdata_next = m_axis_tdata_reg;
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||||||
|
m_axis_tvalid_next = m_axis_tvalid_reg && !m_axis.tready;
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||||||
|
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||||||
|
case (state_reg)
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|
STATE_SEED: begin
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||||||
|
mt_save_next = product_reg + MT_W'(mti_reg);
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||||||
|
mt_wr_data = mt_save_next;
|
||||||
|
mt_rd_b_ptr_next = MT_M;
|
||||||
|
if (mul_done_reg) begin
|
||||||
|
product_next = '0;
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||||||
|
if (MT_W == 32) begin
|
||||||
|
factor1_next = mt_save_next ^ (mt_save_next >> 30);
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||||||
|
/* verilator lint_off WIDTHEXPAND */
|
||||||
|
factor2_next = 32'd1812433253;
|
||||||
|
/* verilator lint_on WIDTHEXPAND */
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
factor1_next = mt_save_next ^ (mt_save_next >> 62);
|
||||||
|
/* verilator lint_off WIDTHTRUNC */
|
||||||
|
factor2_next = 64'd6364136223846793005;
|
||||||
|
/* verilator lint_on WIDTHTRUNC */
|
||||||
|
end
|
||||||
|
mul_done_next = 1'b0;
|
||||||
|
if (mti_reg < CL_MT_N'(MT_N)) begin
|
||||||
|
product_next = '0;
|
||||||
|
mul_done_next = 1'b0;
|
||||||
|
mt_wr_data = mt_save_next;
|
||||||
|
mt_wr_ptr = mti_reg;
|
||||||
|
mt_wr_en = 1'b1;
|
||||||
|
mti_next = mti_reg + 1;
|
||||||
|
mt_rd_a_ptr_next = '0;
|
||||||
|
state_next = STATE_SEED;
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
mti_next = '0;
|
||||||
|
mt_rd_a_ptr_next = 1;
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|
mt_rd_b_ptr_next = MT_M;
|
||||||
|
mt_save_next = mt_rd_a_data_reg;
|
||||||
|
state_next = STATE_RUN;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end else begin
|
||||||
|
factor1_next = factor1_reg << 1;
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||||||
|
factor2_next = factor2_reg >> 1;
|
||||||
|
mul_done_next = factor2_reg[8:1] == 0;
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||||||
|
if (factor2_reg[0]) begin
|
||||||
|
product_next = product_reg + factor1_reg;
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||||||
|
end
|
||||||
|
state_next = STATE_SEED;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
STATE_RUN: begin
|
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|
// idle state
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|
if (m_axis.tready) begin
|
||||||
|
if (mti_reg < CL_MT_N'(MT_N-1))
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||||||
|
mti_next = mti_reg + 1;
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||||||
|
else
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||||||
|
mti_next = '0;
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||||||
|
|
||||||
|
if (mt_rd_a_ptr_reg < CL_MT_N'(MT_N-1))
|
||||||
|
mt_rd_a_ptr_next = mt_rd_a_ptr_reg + 1;
|
||||||
|
else
|
||||||
|
mt_rd_a_ptr_next = '0;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (mt_rd_b_ptr_reg < CL_MT_N'(MT_N-1))
|
||||||
|
mt_rd_b_ptr_next = mt_rd_b_ptr_reg + 1;
|
||||||
|
else
|
||||||
|
mt_rd_b_ptr_next = '0;
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||||||
|
|
||||||
|
mt_save_next = mt_rd_a_data_reg;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (MT_W == 32) begin
|
||||||
|
m_axis_tdata_next = y5 ^ (y5 >> 18);
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|
end else begin
|
||||||
|
m_axis_tdata_next = y5 ^ (y5 >> 43);
|
||||||
|
end
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||||||
|
m_axis_tvalid_next = 1'b1;
|
||||||
|
|
||||||
|
mt_wr_data = y2;
|
||||||
|
mt_wr_ptr = mti_reg;
|
||||||
|
mt_wr_en = 1'b1;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
state_next = STATE_RUN;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
endcase
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||||||
|
|
||||||
|
if (seed_start) begin
|
||||||
|
product_next = seed_val;
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||||||
|
mti_next = '0;
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|
mul_done_next = 1'b1;
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||||||
|
state_next = STATE_SEED;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||||
|
state_reg <= state_next;
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||||||
|
|
||||||
|
mt_save_reg <= mt_save_next;
|
||||||
|
mti_reg <= mti_next;
|
||||||
|
|
||||||
|
mt_rd_a_ptr_reg <= mt_rd_a_ptr_next;
|
||||||
|
mt_rd_b_ptr_reg <= mt_rd_b_ptr_next;
|
||||||
|
|
||||||
|
product_reg <= product_next;
|
||||||
|
factor1_reg <= factor1_next;
|
||||||
|
factor2_reg <= factor2_next;
|
||||||
|
mul_done_reg <= mul_done_next;
|
||||||
|
|
||||||
|
m_axis_tdata_reg <= m_axis_tdata_next;
|
||||||
|
m_axis_tvalid_reg <= m_axis_tvalid_next;
|
||||||
|
|
||||||
|
busy_reg <= state_next != STATE_RUN;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (mt_wr_en) begin
|
||||||
|
mt_ram[mt_wr_ptr] <= mt_wr_data;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
mt_rd_a_data_reg <= mt_ram[mt_rd_a_ptr_next];
|
||||||
|
mt_rd_b_data_reg <= mt_ram[mt_rd_b_ptr_next];
|
||||||
|
|
||||||
|
if (rst) begin
|
||||||
|
state_reg <= STATE_SEED;
|
||||||
|
mti_reg <= '0;
|
||||||
|
mt_rd_a_ptr_reg <= '0;
|
||||||
|
mt_rd_b_ptr_reg <= '0;
|
||||||
|
product_reg <= INIT_SEED;
|
||||||
|
factor1_reg <= '0;
|
||||||
|
factor2_reg <= '0;
|
||||||
|
mul_done_reg <= 1'b1;
|
||||||
|
m_axis_tdata_reg <= '0;
|
||||||
|
m_axis_tvalid_reg <= 1'b0;
|
||||||
|
busy_reg <= 1'b0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
endmodule
|
||||||
|
|
||||||
|
`resetall
|
||||||
116
src/math/tb/mt19937.py
Normal file
116
src/math/tb/mt19937.py
Normal file
@@ -0,0 +1,116 @@
|
|||||||
|
#!/usr/bin/env python3
|
||||||
|
# SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||||
|
"""
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||||||
|
|
||||||
|
Copyright (c) 2014-2025 FPGA Ninja, LLC
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|
|
||||||
|
Authors:
|
||||||
|
- Alex Forencich
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||||||
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||||||
|
This is a python implementation of MT19937 from
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|
http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/MT2002/emt19937ar.html
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||||||
|
http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/MT2002/CODES/mt19937ar.c
|
||||||
|
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
|
||||||
|
class mt19937(object):
|
||||||
|
def __init__(self):
|
||||||
|
self.mt = [0]*624
|
||||||
|
self.mti = 625
|
||||||
|
|
||||||
|
def seed(self, seed):
|
||||||
|
self.mt[0] = seed & 0xffffffff
|
||||||
|
for i in range(1,624):
|
||||||
|
self.mt[i] = (1812433253 * (self.mt[i-1] ^ (self.mt[i-1] >> 30)) + i) & 0xffffffff
|
||||||
|
self.mti = 624
|
||||||
|
|
||||||
|
def init_by_array(self, key):
|
||||||
|
self.seed(19650218)
|
||||||
|
i = 1
|
||||||
|
j = 0
|
||||||
|
k = max(624, len(key))
|
||||||
|
for ki in range(k):
|
||||||
|
self.mt[i] = ((self.mt[i] ^ ((self.mt[i-1] ^ (self.mt[i-1] >> 30)) * 1664525)) + key[j] + j) & 0xffffffff
|
||||||
|
i += 1
|
||||||
|
j += 1
|
||||||
|
if i >= 624:
|
||||||
|
self.mt[0] = self.mt[623]
|
||||||
|
i = 1
|
||||||
|
if j >= len(key):
|
||||||
|
j = 0
|
||||||
|
for ki in range(624):
|
||||||
|
self.mt[i] = ((self.mt[i] ^ ((self.mt[i-1] ^ (self.mt[i-1] >> 30)) * 1566083941)) - i) & 0xffffffff
|
||||||
|
i += 1
|
||||||
|
if i >= 624:
|
||||||
|
self.mt[0] = self.mt[623]
|
||||||
|
i = 1
|
||||||
|
self.mt[0] = 0x80000000
|
||||||
|
|
||||||
|
def int32(self):
|
||||||
|
if self.mti >= 624:
|
||||||
|
if self.mti == 625:
|
||||||
|
self.seed(5489)
|
||||||
|
|
||||||
|
for k in range(623):
|
||||||
|
y = (self.mt[k] & 0x80000000) | (self.mt[k+1] & 0x7fffffff)
|
||||||
|
if k < 624 - 397:
|
||||||
|
self.mt[k] = self.mt[k+397] ^ (y >> 1) ^ (0x9908b0df if y & 1 else 0)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
self.mt[k] = self.mt[k+397-624] ^ (y >> 1) ^ (0x9908b0df if y & 1 else 0)
|
||||||
|
|
||||||
|
y = (self.mt[623] & 0x80000000) | (self.mt[0] & 0x7fffffff)
|
||||||
|
self.mt[623] = self.mt[396] ^ (y >> 1) ^ (0x9908b0df if y & 1 else 0)
|
||||||
|
self.mti = 0
|
||||||
|
|
||||||
|
y = self.mt[self.mti]
|
||||||
|
self.mti += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
y ^= (y >> 11)
|
||||||
|
y ^= (y << 7) & 0x9d2c5680
|
||||||
|
y ^= (y << 15) & 0xefc60000
|
||||||
|
y ^= (y >> 18)
|
||||||
|
|
||||||
|
return y
|
||||||
|
|
||||||
|
def int32b(self):
|
||||||
|
if self.mti == 625:
|
||||||
|
self.seed(5489)
|
||||||
|
|
||||||
|
k = self.mti
|
||||||
|
|
||||||
|
if k == 624:
|
||||||
|
k = 0
|
||||||
|
self.mti = 0
|
||||||
|
|
||||||
|
if k == 623:
|
||||||
|
y = (self.mt[623] & 0x80000000) | (self.mt[0] & 0x7fffffff)
|
||||||
|
self.mt[623] = self.mt[396] ^ (y >> 1) ^ (0x9908b0df if y & 1 else 0)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
y = (self.mt[k] & 0x80000000) | (self.mt[k+1] & 0x7fffffff)
|
||||||
|
if k < 624 - 397:
|
||||||
|
self.mt[k] = self.mt[k+397] ^ (y >> 1) ^ (0x9908b0df if y & 1 else 0)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
self.mt[k] = self.mt[k+397-624] ^ (y >> 1) ^ (0x9908b0df if y & 1 else 0)
|
||||||
|
|
||||||
|
y = self.mt[self.mti]
|
||||||
|
self.mti += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
y ^= (y >> 11)
|
||||||
|
y ^= (y << 7) & 0x9d2c5680
|
||||||
|
y ^= (y << 15) & 0xefc60000
|
||||||
|
y ^= (y >> 18)
|
||||||
|
|
||||||
|
return y
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == '__main__':
|
||||||
|
mt = mt19937()
|
||||||
|
mt.init_by_array([0x123, 0x234, 0x345, 0x456])
|
||||||
|
print("1000 outputs of int32")
|
||||||
|
s=''
|
||||||
|
for i in range(1000):
|
||||||
|
s += "%10lu " % mt.int32()
|
||||||
|
if i % 5 == 4:
|
||||||
|
print(s)
|
||||||
|
s = ''
|
||||||
|
if len(s) > 0:
|
||||||
|
print(s)
|
||||||
116
src/math/tb/mt19937_64.py
Normal file
116
src/math/tb/mt19937_64.py
Normal file
@@ -0,0 +1,116 @@
|
|||||||
|
#!/usr/bin/env python3
|
||||||
|
# SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
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|
"""
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|
Copyright (c) 2014-2025 FPGA Ninja, LLC
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|
Authors:
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|
- Alex Forencich
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|
This is a python implementation of MT19937-64 from
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|
http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/emt64.html
|
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|
http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/VERSIONS/C-LANG/mt19937-64.c
|
||||||
|
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
|
||||||
|
class mt19937_64(object):
|
||||||
|
def __init__(self):
|
||||||
|
self.mt = [0]*312
|
||||||
|
self.mti = 313
|
||||||
|
|
||||||
|
def seed(self, seed):
|
||||||
|
self.mt[0] = seed & 0xffffffffffffffff
|
||||||
|
for i in range(1,312):
|
||||||
|
self.mt[i] = (6364136223846793005 * (self.mt[i-1] ^ (self.mt[i-1] >> 62)) + i) & 0xffffffffffffffff
|
||||||
|
self.mti = 312
|
||||||
|
|
||||||
|
def init_by_array(self, key):
|
||||||
|
self.seed(19650218)
|
||||||
|
i = 1
|
||||||
|
j = 0
|
||||||
|
k = max(312, len(key))
|
||||||
|
for ki in range(k):
|
||||||
|
self.mt[i] = ((self.mt[i] ^ ((self.mt[i-1] ^ (self.mt[i-1] >> 62)) * 3935559000370003845)) + key[j] + j) & 0xffffffffffffffff
|
||||||
|
i += 1
|
||||||
|
j += 1
|
||||||
|
if i >= 312:
|
||||||
|
self.mt[0] = self.mt[311]
|
||||||
|
i = 1
|
||||||
|
if j >= len(key):
|
||||||
|
j = 0
|
||||||
|
for ki in range(312):
|
||||||
|
self.mt[i] = ((self.mt[i] ^ ((self.mt[i-1] ^ (self.mt[i-1] >> 62)) * 2862933555777941757)) - i) & 0xffffffffffffffff
|
||||||
|
i += 1
|
||||||
|
if i >= 312:
|
||||||
|
self.mt[0] = self.mt[311]
|
||||||
|
i = 1
|
||||||
|
self.mt[0] = 1 << 63
|
||||||
|
|
||||||
|
def int64(self):
|
||||||
|
if self.mti >= 312:
|
||||||
|
if self.mti == 313:
|
||||||
|
self.seed(5489)
|
||||||
|
|
||||||
|
for k in range(311):
|
||||||
|
y = (self.mt[k] & 0xFFFFFFFF80000000) | (self.mt[k+1] & 0x7fffffff)
|
||||||
|
if k < 312 - 156:
|
||||||
|
self.mt[k] = self.mt[k+156] ^ (y >> 1) ^ (0xB5026F5AA96619E9 if y & 1 else 0)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
self.mt[k] = self.mt[k+156-624] ^ (y >> 1) ^ (0xB5026F5AA96619E9 if y & 1 else 0)
|
||||||
|
|
||||||
|
y = (self.mt[311] & 0xFFFFFFFF80000000) | (self.mt[0] & 0x7fffffff)
|
||||||
|
self.mt[311] = self.mt[155] ^ (y >> 1) ^ (0xB5026F5AA96619E9 if y & 1 else 0)
|
||||||
|
self.mti = 0
|
||||||
|
|
||||||
|
y = self.mt[self.mti]
|
||||||
|
self.mti += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
y ^= (y >> 29) & 0x5555555555555555
|
||||||
|
y ^= (y << 17) & 0x71D67FFFEDA60000
|
||||||
|
y ^= (y << 37) & 0xFFF7EEE000000000
|
||||||
|
y ^= (y >> 43)
|
||||||
|
|
||||||
|
return y
|
||||||
|
|
||||||
|
def int64b(self):
|
||||||
|
if self.mti == 313:
|
||||||
|
self.seed(5489)
|
||||||
|
|
||||||
|
k = self.mti
|
||||||
|
|
||||||
|
if k == 312:
|
||||||
|
k = 0
|
||||||
|
self.mti = 0
|
||||||
|
|
||||||
|
if k == 311:
|
||||||
|
y = (self.mt[311] & 0xFFFFFFFF80000000) | (self.mt[0] & 0x7fffffff)
|
||||||
|
self.mt[311] = self.mt[155] ^ (y >> 1) ^ (0xB5026F5AA96619E9 if y & 1 else 0)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
y = (self.mt[k] & 0xFFFFFFFF80000000) | (self.mt[k+1] & 0x7fffffff)
|
||||||
|
if k < 312 - 156:
|
||||||
|
self.mt[k] = self.mt[k+156] ^ (y >> 1) ^ (0xB5026F5AA96619E9 if y & 1 else 0)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
self.mt[k] = self.mt[k+156-624] ^ (y >> 1) ^ (0xB5026F5AA96619E9 if y & 1 else 0)
|
||||||
|
|
||||||
|
y = self.mt[self.mti]
|
||||||
|
self.mti += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
y ^= (y >> 29) & 0x5555555555555555
|
||||||
|
y ^= (y << 17) & 0x71D67FFFEDA60000
|
||||||
|
y ^= (y << 37) & 0xFFF7EEE000000000
|
||||||
|
y ^= (y >> 43)
|
||||||
|
|
||||||
|
return y
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == '__main__':
|
||||||
|
mt = mt19937_64()
|
||||||
|
mt.init_by_array([0x12345, 0x23456, 0x34567, 0x45678])
|
||||||
|
print("1000 outputs of int64")
|
||||||
|
s=''
|
||||||
|
for i in range(1000):
|
||||||
|
s += "%10lu " % mt.int64b()
|
||||||
|
if i % 5 == 4:
|
||||||
|
print(s)
|
||||||
|
s = ''
|
||||||
|
if len(s) > 0:
|
||||||
|
print(s)
|
||||||
52
src/math/tb/taxi_mt19937/Makefile
Normal file
52
src/math/tb/taxi_mt19937/Makefile
Normal file
@@ -0,0 +1,52 @@
|
|||||||
|
# SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||||
|
#
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|
# Copyright (c) 2021-2025 FPGA Ninja, LLC
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|
#
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|
# Authors:
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|
# - Alex Forencich
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||||||
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|
||||||
|
TOPLEVEL_LANG = verilog
|
||||||
|
|
||||||
|
SIM ?= verilator
|
||||||
|
WAVES ?= 0
|
||||||
|
|
||||||
|
COCOTB_HDL_TIMEUNIT = 1ns
|
||||||
|
COCOTB_HDL_TIMEPRECISION = 1ps
|
||||||
|
|
||||||
|
RTL_DIR = ../../rtl
|
||||||
|
LIB_DIR = ../../lib
|
||||||
|
TAXI_SRC_DIR = $(LIB_DIR)/taxi/src
|
||||||
|
|
||||||
|
DUT = taxi_mt19937
|
||||||
|
COCOTB_TEST_MODULES = test_$(DUT)
|
||||||
|
COCOTB_TOPLEVEL = test_$(DUT)
|
||||||
|
MODULE = $(COCOTB_TEST_MODULES)
|
||||||
|
TOPLEVEL = $(COCOTB_TOPLEVEL)
|
||||||
|
VERILOG_SOURCES += $(COCOTB_TOPLEVEL).sv
|
||||||
|
VERILOG_SOURCES += $(RTL_DIR)/$(DUT).sv
|
||||||
|
VERILOG_SOURCES += $(TAXI_SRC_DIR)/axis/rtl/taxi_axis_if.sv
|
||||||
|
|
||||||
|
# handle file list files
|
||||||
|
process_f_file = $(call process_f_files,$(addprefix $(dir $1),$(shell cat $1)))
|
||||||
|
process_f_files = $(foreach f,$1,$(if $(filter %.f,$f),$(call process_f_file,$f),$f))
|
||||||
|
uniq_base = $(if $1,$(call uniq_base,$(foreach f,$1,$(if $(filter-out $(notdir $(lastword $1)),$(notdir $f)),$f,))) $(lastword $1))
|
||||||
|
VERILOG_SOURCES := $(call uniq_base,$(call process_f_files,$(VERILOG_SOURCES)))
|
||||||
|
|
||||||
|
# module parameters
|
||||||
|
export PARAM_MT_W := 32
|
||||||
|
export PARAM_INIT_SEED := 5489
|
||||||
|
|
||||||
|
ifeq ($(SIM), icarus)
|
||||||
|
PLUSARGS += -fst
|
||||||
|
|
||||||
|
COMPILE_ARGS += $(foreach v,$(filter PARAM_%,$(.VARIABLES)),-P $(COCOTB_TOPLEVEL).$(subst PARAM_,,$(v))=$($(v)))
|
||||||
|
else ifeq ($(SIM), verilator)
|
||||||
|
COMPILE_ARGS += $(foreach v,$(filter PARAM_%,$(.VARIABLES)),-G$(subst PARAM_,,$(v))=$($(v)))
|
||||||
|
|
||||||
|
ifeq ($(WAVES), 1)
|
||||||
|
COMPILE_ARGS += --trace-fst
|
||||||
|
VERILATOR_TRACE = 1
|
||||||
|
endif
|
||||||
|
endif
|
||||||
|
|
||||||
|
include $(shell cocotb-config --makefiles)/Makefile.sim
|
||||||
1
src/math/tb/taxi_mt19937/mt19937.py
Symbolic link
1
src/math/tb/taxi_mt19937/mt19937.py
Symbolic link
@@ -0,0 +1 @@
|
|||||||
|
../mt19937.py
|
||||||
1
src/math/tb/taxi_mt19937/mt19937_64.py
Symbolic link
1
src/math/tb/taxi_mt19937/mt19937_64.py
Symbolic link
@@ -0,0 +1 @@
|
|||||||
|
../mt19937_64.py
|
||||||
168
src/math/tb/taxi_mt19937/test_taxi_mt19937.py
Normal file
168
src/math/tb/taxi_mt19937/test_taxi_mt19937.py
Normal file
@@ -0,0 +1,168 @@
|
|||||||
|
#!/usr/bin/env python3
|
||||||
|
# SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
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||||||
|
Copyright (c) 2021-2025 FPGA Ninja, LLC
|
||||||
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|
Authors:
|
||||||
|
- Alex Forencich
|
||||||
|
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
|
||||||
|
import itertools
|
||||||
|
import logging
|
||||||
|
import os
|
||||||
|
import sys
|
||||||
|
import pytest
|
||||||
|
|
||||||
|
import cocotb_test.simulator
|
||||||
|
|
||||||
|
import cocotb
|
||||||
|
from cocotb.clock import Clock
|
||||||
|
from cocotb.triggers import RisingEdge
|
||||||
|
from cocotb.regression import TestFactory
|
||||||
|
|
||||||
|
from cocotbext.axi import AxiStreamBus, AxiStreamSink
|
||||||
|
|
||||||
|
try:
|
||||||
|
import mt19937, mt19937_64
|
||||||
|
except ImportError:
|
||||||
|
# attempt import from current directory
|
||||||
|
sys.path.insert(0, os.path.join(os.path.dirname(__file__)))
|
||||||
|
try:
|
||||||
|
import mt19937, mt19937_64
|
||||||
|
finally:
|
||||||
|
del sys.path[0]
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class TB(object):
|
||||||
|
def __init__(self, dut):
|
||||||
|
self.dut = dut
|
||||||
|
|
||||||
|
self.log = logging.getLogger("cocotb.tb")
|
||||||
|
self.log.setLevel(logging.DEBUG)
|
||||||
|
|
||||||
|
cocotb.start_soon(Clock(dut.clk, 10, units="ns").start())
|
||||||
|
|
||||||
|
self.sink = AxiStreamSink(AxiStreamBus.from_entity(dut.m_axis), dut.clk, dut.rst)
|
||||||
|
|
||||||
|
def set_backpressure_generator(self, generator=None):
|
||||||
|
if generator:
|
||||||
|
self.sink.set_pause_generator(generator())
|
||||||
|
|
||||||
|
async def reset(self):
|
||||||
|
self.dut.rst.setimmediatevalue(0)
|
||||||
|
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||||
|
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||||
|
self.dut.rst.value = 1
|
||||||
|
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||||
|
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||||
|
self.dut.rst.value = 0
|
||||||
|
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||||
|
await RisingEdge(self.dut.clk)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
async def run_test(dut, seed=None, backpressure_inserter=None):
|
||||||
|
|
||||||
|
tb = TB(dut)
|
||||||
|
|
||||||
|
await tb.reset()
|
||||||
|
|
||||||
|
tb.set_backpressure_generator(backpressure_inserter)
|
||||||
|
|
||||||
|
if dut.MT_W.value == 32:
|
||||||
|
mt = mt19937.mt19937()
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
mt = mt19937_64.mt19937_64()
|
||||||
|
|
||||||
|
if seed is not None:
|
||||||
|
mt.seed(seed)
|
||||||
|
|
||||||
|
await RisingEdge(dut.clk)
|
||||||
|
dut.seed_val.value = seed
|
||||||
|
dut.seed_start.value = 1
|
||||||
|
await RisingEdge(dut.clk)
|
||||||
|
dut.seed_start.value = 0
|
||||||
|
await RisingEdge(dut.clk)
|
||||||
|
|
||||||
|
tb.sink.clear()
|
||||||
|
|
||||||
|
for i in range(1000):
|
||||||
|
frame = await tb.sink.recv()
|
||||||
|
if dut.MT_W.value == 32:
|
||||||
|
ref = mt.int32()
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
ref = mt.int64()
|
||||||
|
assert frame.tdata[0] == ref
|
||||||
|
|
||||||
|
await RisingEdge(dut.clk)
|
||||||
|
await RisingEdge(dut.clk)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def cycle_pause():
|
||||||
|
return itertools.cycle([1, 1, 1, 0])
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
if getattr(cocotb, 'top', None) is not None:
|
||||||
|
|
||||||
|
factory = TestFactory(run_test)
|
||||||
|
factory.add_option("backpressure_inserter", [None, cycle_pause])
|
||||||
|
factory.add_option("seed", [None, 0x12345678])
|
||||||
|
factory.generate_tests()
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
# cocotb-test
|
||||||
|
|
||||||
|
tests_dir = os.path.dirname(__file__)
|
||||||
|
rtl_dir = os.path.abspath(os.path.join(tests_dir, '..', '..', 'rtl'))
|
||||||
|
lib_dir = os.path.abspath(os.path.join(tests_dir, '..', '..', 'lib'))
|
||||||
|
taxi_src_dir = os.path.abspath(os.path.join(lib_dir, 'taxi', 'src'))
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def process_f_files(files):
|
||||||
|
lst = {}
|
||||||
|
for f in files:
|
||||||
|
if f[-2:].lower() == '.f':
|
||||||
|
with open(f, 'r') as fp:
|
||||||
|
l = fp.read().split()
|
||||||
|
for f in process_f_files([os.path.join(os.path.dirname(f), x) for x in l]):
|
||||||
|
lst[os.path.basename(f)] = f
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
lst[os.path.basename(f)] = f
|
||||||
|
return list(lst.values())
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
@pytest.mark.parametrize("mt_w", [32, 64])
|
||||||
|
def test_taxi_mt19937(request, mt_w):
|
||||||
|
dut = "taxi_mt19937"
|
||||||
|
module = os.path.splitext(os.path.basename(__file__))[0]
|
||||||
|
toplevel = module
|
||||||
|
|
||||||
|
verilog_sources = [
|
||||||
|
os.path.join(tests_dir, f"{toplevel}.sv"),
|
||||||
|
os.path.join(rtl_dir, f"{dut}.sv"),
|
||||||
|
os.path.join(taxi_src_dir, "axis", "rtl", "taxi_axis_if.sv"),
|
||||||
|
]
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verilog_sources = process_f_files(verilog_sources)
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parameters = {}
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parameters['MT_W'] = mt_w
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parameters['INIT_SEED'] = 5489
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extra_env = {f'PARAM_{k}': str(v) for k, v in parameters.items()}
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sim_build = os.path.join(tests_dir, "sim_build",
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request.node.name.replace('[', '-').replace(']', ''))
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cocotb_test.simulator.run(
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simulator="verilator",
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python_search=[tests_dir],
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verilog_sources=verilog_sources,
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toplevel=toplevel,
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module=module,
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parameters=parameters,
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sim_build=sim_build,
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extra_env=extra_env,
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)
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68
src/math/tb/taxi_mt19937/test_taxi_mt19937.sv
Normal file
68
src/math/tb/taxi_mt19937/test_taxi_mt19937.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,68 @@
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|
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
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/*
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Copyright (c) 2025 FPGA Ninja, LLC
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Authors:
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- Alex Forencich
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*/
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`resetall
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`timescale 1ns / 1ps
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`default_nettype none
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/*
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* MT19937/MT19937-64 Mersenne Twister PRNG testbench
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*/
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module test_taxi_mt19937 #(
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/* verilator lint_off WIDTHTRUNC */
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/* verilator lint_off WIDTHEXPAND */
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parameter integer MT_W = 32,
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parameter logic [MT_W-1:0] INIT_SEED = 5489
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/* verilator lint_on WIDTHTRUNC */
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/* verilator lint_on WIDTHEXPAND */
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)
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();
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logic clk;
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logic rst;
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taxi_axis_if #(
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.DATA_W(MT_W),
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.KEEP_W(1)
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) m_axis();
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wire busy;
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logic [MT_W-1:0] seed_val;
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logic seed_start;
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taxi_mt19937 #(
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.MT_W(MT_W),
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.INIT_SEED(INIT_SEED)
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)
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uut (
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.clk(clk),
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.rst(rst),
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/*
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* AXI output (source)
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*/
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.m_axis(m_axis),
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/*
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* Status
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*/
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.busy(busy),
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||||||
|
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||||||
|
/*
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|
* Configuration
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|
*/
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.seed_val(seed_val),
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|
.seed_start(seed_start)
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);
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|
endmodule
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`resetall
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Reference in New Issue
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