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axis: Add COBS decoder module and testbench
Signed-off-by: Alex Forencich <alex@alexforencich.com>
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321
rtl/axis/taxi_axis_cobs_decode.sv
Normal file
321
rtl/axis/taxi_axis_cobs_decode.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,321 @@
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||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
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/*
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||||
Copyright (c) 2016-2025 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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||||
* AXI4-Stream consistent overhead byte stuffing (COBS) decoder
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*/
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module taxi_axis_cobs_decode
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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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||||
/*
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* AXI4-Stream input (sink)
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||||
*/
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||||
taxi_axis_if.snk s_axis,
|
||||
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||||
/*
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||||
* AXI4-Stream output (source)
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||||
*/
|
||||
taxi_axis_if.src m_axis
|
||||
);
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||||
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// check configuration
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||||
if (m_axis.DATA_W != 8 || s_axis.DATA_W != 8)
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||||
$fatal(0, "Error: Interface DATA_W parameter mismatch (instance %m)");
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// state register
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||||
localparam [1:0]
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STATE_IDLE = 2'd0,
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STATE_SEGMENT = 2'd1,
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STATE_NEXT_SEGMENT = 2'd2;
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||||
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||||
logic [1:0] state_reg = STATE_IDLE, state_next;
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||||
logic [7:0] count_reg = 8'd0, count_next;
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||||
logic suppress_zero_reg = 1'b0, suppress_zero_next;
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||||
|
||||
logic [7:0] temp_tdata_reg = 8'd0, temp_tdata_next;
|
||||
logic temp_tvalid_reg = 1'b0, temp_tvalid_next;
|
||||
|
||||
// internal datapath
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||||
logic [7:0] m_axis_tdata_int;
|
||||
logic m_axis_tvalid_int;
|
||||
logic m_axis_tready_int_reg = 1'b0;
|
||||
logic m_axis_tlast_int;
|
||||
logic m_axis_tuser_int;
|
||||
wire m_axis_tready_int_early;
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||||
logic s_axis_tready_reg = 1'b0, s_axis_tready_next;
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||||
assign s_axis.tready = s_axis_tready_reg;
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||||
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||||
always_comb begin
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||||
state_next = STATE_IDLE;
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||||
|
||||
count_next = count_reg;
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suppress_zero_next = suppress_zero_reg;
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||||
|
||||
temp_tdata_next = temp_tdata_reg;
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||||
temp_tvalid_next = temp_tvalid_reg;
|
||||
|
||||
m_axis_tdata_int = 8'd0;
|
||||
m_axis_tvalid_int = 1'b0;
|
||||
m_axis_tlast_int = 1'b0;
|
||||
m_axis_tuser_int = 1'b0;
|
||||
|
||||
s_axis_tready_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
case (state_reg)
|
||||
STATE_IDLE: begin
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||||
// idle state
|
||||
s_axis_tready_next = m_axis_tready_int_early || !temp_tvalid_reg;
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||||
|
||||
// output final word
|
||||
m_axis_tdata_int = temp_tdata_reg;
|
||||
m_axis_tvalid_int = temp_tvalid_reg;
|
||||
m_axis_tlast_int = temp_tvalid_reg;
|
||||
temp_tvalid_next = temp_tvalid_reg && !m_axis_tready_int_reg;
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||||
|
||||
if (s_axis.tready && s_axis.tvalid) begin
|
||||
// valid input data
|
||||
// skip any leading zeros
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||||
if (s_axis.tdata != 8'd0) begin
|
||||
// store count value and zero suppress
|
||||
count_next = s_axis.tdata-1;
|
||||
suppress_zero_next = (s_axis.tdata == 8'd255);
|
||||
s_axis_tready_next = m_axis_tready_int_early;
|
||||
if (s_axis.tdata == 8'd1) begin
|
||||
// next byte will be count value
|
||||
state_next = STATE_NEXT_SEGMENT;
|
||||
end else begin
|
||||
// next byte will be data
|
||||
state_next = STATE_SEGMENT;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_SEGMENT: begin
|
||||
// receive segment
|
||||
s_axis_tready_next = m_axis_tready_int_early;
|
||||
|
||||
if (s_axis.tready && s_axis.tvalid) begin
|
||||
// valid input data
|
||||
// store in temp register
|
||||
temp_tdata_next = s_axis.tdata;
|
||||
temp_tvalid_next = 1'b1;
|
||||
// move temp to output
|
||||
m_axis_tdata_int = temp_tdata_reg;
|
||||
m_axis_tvalid_int = temp_tvalid_reg;
|
||||
// decrement count
|
||||
count_next = count_reg - 1;
|
||||
if (s_axis.tdata == 8'd0) begin
|
||||
// got a zero byte in a frame - mark it as an error and re-sync
|
||||
temp_tvalid_next = 1'b0;
|
||||
m_axis_tvalid_int = 1'b1;
|
||||
m_axis_tuser_int = 1'b1;
|
||||
m_axis_tlast_int = 1'b1;
|
||||
s_axis_tready_next = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end else if (s_axis.LAST_EN && s_axis.tlast) begin
|
||||
// end of frame
|
||||
if (count_reg == 8'd1 && (!s_axis.USER_EN || !s_axis.tuser)) begin
|
||||
// end of frame indication at correct time, go to idle to output final byte
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end else begin
|
||||
// end of frame indication at invalid time or tuser assert, so mark as an error and re-sync
|
||||
temp_tvalid_next = 1'b0;
|
||||
m_axis_tvalid_int = 1'b1;
|
||||
m_axis_tuser_int = 1'b1;
|
||||
m_axis_tlast_int = 1'b1;
|
||||
s_axis_tready_next = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end else if (count_reg == 8'd1) begin
|
||||
// next byte will be count value
|
||||
state_next = STATE_NEXT_SEGMENT;
|
||||
end else begin
|
||||
// next byte will be data
|
||||
state_next = STATE_SEGMENT;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_SEGMENT;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_NEXT_SEGMENT: begin
|
||||
// next segment
|
||||
s_axis_tready_next = m_axis_tready_int_early;
|
||||
|
||||
if (s_axis.tready && s_axis.tvalid) begin
|
||||
// valid input data
|
||||
// store zero in temp if not suppressed
|
||||
temp_tdata_next = 8'd0;
|
||||
temp_tvalid_next = !suppress_zero_reg;
|
||||
// move temp to output
|
||||
m_axis_tdata_int = temp_tdata_reg;
|
||||
m_axis_tvalid_int = temp_tvalid_reg;
|
||||
if (s_axis.tdata == 8'd0) begin
|
||||
// got a zero byte delineating the end of the frame, so mark as such and re-sync
|
||||
temp_tvalid_next = 1'b0;
|
||||
m_axis_tuser_int = s_axis.tuser;
|
||||
m_axis_tlast_int = 1'b1;
|
||||
s_axis_tready_next = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end else if (s_axis.LAST_EN && s_axis.tlast) begin
|
||||
if (s_axis.tdata == 8'd1 && (!s_axis.USER_EN || !s_axis.tuser)) begin
|
||||
// end of frame indication at correct time, go to idle to output final byte
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end else begin
|
||||
// end of frame indication at invalid time or tuser assert, so mark as an error and re-sync
|
||||
temp_tvalid_next = 1'b0;
|
||||
m_axis_tvalid_int = 1'b1;
|
||||
m_axis_tuser_int = 1'b1;
|
||||
m_axis_tlast_int = 1'b1;
|
||||
s_axis_tready_next = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
// otherwise, store count value and zero suppress
|
||||
count_next = s_axis.tdata-1;
|
||||
suppress_zero_next = (s_axis.tdata == 8'd255);
|
||||
s_axis_tready_next = m_axis_tready_int_early;
|
||||
if (s_axis.tdata == 8'd1) begin
|
||||
// next byte will be count value
|
||||
state_next = STATE_NEXT_SEGMENT;
|
||||
end else begin
|
||||
// next byte will be data
|
||||
state_next = STATE_SEGMENT;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_NEXT_SEGMENT;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
default: begin
|
||||
// invalid state
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
endcase
|
||||
end
|
||||
|
||||
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||
state_reg <= state_next;
|
||||
|
||||
count_reg <= count_next;
|
||||
suppress_zero_reg <= suppress_zero_next;
|
||||
|
||||
temp_tdata_reg <= temp_tdata_next;
|
||||
temp_tvalid_reg <= temp_tvalid_next;
|
||||
|
||||
s_axis_tready_reg <= s_axis_tready_next;
|
||||
|
||||
if (rst) begin
|
||||
state_reg <= STATE_IDLE;
|
||||
temp_tvalid_reg <= 1'b0;
|
||||
s_axis_tready_reg <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
// output datapath logic
|
||||
logic [7:0] m_axis_tdata_reg = 8'd0;
|
||||
logic m_axis_tvalid_reg = 1'b0, m_axis_tvalid_next;
|
||||
logic m_axis_tlast_reg = 1'b0;
|
||||
logic m_axis_tuser_reg = 1'b0;
|
||||
|
||||
logic [7:0] temp_m_axis_tdata_reg = 8'd0;
|
||||
logic temp_m_axis_tvalid_reg = 1'b0, temp_m_axis_tvalid_next;
|
||||
logic temp_m_axis_tlast_reg = 1'b0;
|
||||
logic temp_m_axis_tuser_reg = 1'b0;
|
||||
|
||||
// datapath control
|
||||
logic store_axis_int_to_output;
|
||||
logic store_axis_int_to_temp;
|
||||
logic store_axis_temp_to_output;
|
||||
|
||||
assign m_axis.tdata = m_axis_tdata_reg;
|
||||
assign m_axis.tkeep = 1'b1;
|
||||
assign m_axis.tstrb = m_axis.tkeep;
|
||||
assign m_axis.tvalid = m_axis_tvalid_reg;
|
||||
assign m_axis.tlast = m_axis_tlast_reg;
|
||||
assign m_axis.tid = '0;
|
||||
assign m_axis.tdest = '0;
|
||||
assign m_axis.tuser = m_axis_tuser_reg;
|
||||
|
||||
// enable ready input next cycle if output is ready or the temp reg will not be filled on the next cycle (output reg empty or no input)
|
||||
assign m_axis_tready_int_early = m_axis.tready || (!temp_m_axis_tvalid_reg && (!m_axis_tvalid_reg || !m_axis_tvalid_int));
|
||||
|
||||
always_comb begin
|
||||
// transfer sink ready state to source
|
||||
m_axis_tvalid_next = m_axis_tvalid_reg;
|
||||
temp_m_axis_tvalid_next = temp_m_axis_tvalid_reg;
|
||||
|
||||
store_axis_int_to_output = 1'b0;
|
||||
store_axis_int_to_temp = 1'b0;
|
||||
store_axis_temp_to_output = 1'b0;
|
||||
|
||||
if (m_axis_tready_int_reg) begin
|
||||
// input is ready
|
||||
if (m_axis.tready || !m_axis_tvalid_reg) begin
|
||||
// output is ready or currently not valid, transfer data to output
|
||||
m_axis_tvalid_next = m_axis_tvalid_int;
|
||||
store_axis_int_to_output = 1'b1;
|
||||
end else begin
|
||||
// output is not ready, store input in temp
|
||||
temp_m_axis_tvalid_next = m_axis_tvalid_int;
|
||||
store_axis_int_to_temp = 1'b1;
|
||||
end
|
||||
end else if (m_axis.tready) begin
|
||||
// input is not ready, but output is ready
|
||||
m_axis_tvalid_next = temp_m_axis_tvalid_reg;
|
||||
temp_m_axis_tvalid_next = 1'b0;
|
||||
store_axis_temp_to_output = 1'b1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||
m_axis_tvalid_reg <= m_axis_tvalid_next;
|
||||
m_axis_tready_int_reg <= m_axis_tready_int_early;
|
||||
temp_m_axis_tvalid_reg <= temp_m_axis_tvalid_next;
|
||||
|
||||
// datapath
|
||||
if (store_axis_int_to_output) begin
|
||||
m_axis_tdata_reg <= m_axis_tdata_int;
|
||||
m_axis_tlast_reg <= m_axis_tlast_int;
|
||||
m_axis_tuser_reg <= m_axis_tuser_int;
|
||||
end else if (store_axis_temp_to_output) begin
|
||||
m_axis_tdata_reg <= temp_m_axis_tdata_reg;
|
||||
m_axis_tlast_reg <= temp_m_axis_tlast_reg;
|
||||
m_axis_tuser_reg <= temp_m_axis_tuser_reg;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (store_axis_int_to_temp) begin
|
||||
temp_m_axis_tdata_reg <= m_axis_tdata_int;
|
||||
temp_m_axis_tlast_reg <= m_axis_tlast_int;
|
||||
temp_m_axis_tuser_reg <= m_axis_tuser_int;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (rst) begin
|
||||
m_axis_tvalid_reg <= 1'b0;
|
||||
m_axis_tready_int_reg <= 1'b0;
|
||||
temp_m_axis_tvalid_reg <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
Reference in New Issue
Block a user