- -- **** 
- -- T80(b) core. In an effort to merge and maintain bug fixes .... 
- -- 
- -- 
- -- Ver 301 parity flag is just parity for 8080, also overflow for Z80, by Sean Riddle 
- -- Ver 300 started tidyup 
- -- MikeJ March 2005 
- -- Latest version from www.fpgaarcade.com (original www.opencores.org) 
- -- 
- -- **** 
- -- 
- -- Z80 compatible microprocessor core 
- -- 
- -- Version : 0247 
- -- 
- -- Copyright (c) 2001-2002 Daniel Wallner (jesus@opencores.org) 
- -- 
- -- All rights reserved 
- -- 
- -- Redistribution and use in source and synthezised forms, with or without 
- -- modification, are permitted provided that the following conditions are met: 
- -- 
- -- Redistributions of source code must retain the above copyright notice, 
- -- this list of conditions and the following disclaimer. 
- -- 
- -- Redistributions in synthesized form must reproduce the above copyright 
- -- notice, this list of conditions and the following disclaimer in the 
- -- documentation and/or other materials provided with the distribution. 
- -- 
- -- Neither the name of the author nor the names of other contributors may 
- -- be used to endorse or promote products derived from this software without 
- -- specific prior written permission. 
- -- 
- -- THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS" 
- -- AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, 
- -- THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR 
- -- PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE 
- -- LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR 
- -- CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF 
- -- SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS 
- -- INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN 
- -- CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) 
- -- ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE 
- -- POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE. 
- -- 
- -- Please report bugs to the author, but before you do so, please 
- -- make sure that this is not a derivative work and that 
- -- you have the latest version of this file. 
- -- 
- -- The latest version of this file can be found at: 
- --      http://www.opencores.org/cvsweb.shtml/t80/ 
- -- 
- -- Limitations : 
- -- 
- -- File history : 
- -- 
- --      0214 : Fixed mostly flags, only the block instructions now fail the zex regression test 
- -- 
- --      0238 : Fixed zero flag for 16 bit SBC and ADC 
- -- 
- --      0240 : Added GB operations 
- -- 
- --      0242 : Cleanup 
- -- 
- --      0247 : Cleanup 
- -- 
-   
- library IEEE; 
- use IEEE.std_logic_1164.all; 
- use IEEE.numeric_std.all; 
-   
- entity T80_ALU is 
-         generic( 
-                 Mode : integer := 0; 
-                 Flag_C : integer := 0; 
-                 Flag_N : integer := 1; 
-                 Flag_P : integer := 2; 
-                 Flag_X : integer := 3; 
-                 Flag_H : integer := 4; 
-                 Flag_Y : integer := 5; 
-                 Flag_Z : integer := 6; 
-                 Flag_S : integer := 7 
-         ); 
-         port( 
-                 Arith16         : in  std_logic; 
-                 Z16             : in  std_logic; 
-                 ALU_Op          : in  std_logic_vector(3 downto 0); 
-                 IR              : in  std_logic_vector(5 downto 0); 
-                 ISet            : in  std_logic_vector(1 downto 0); 
-                 BusA            : in  std_logic_vector(7 downto 0); 
-                 BusB            : in  std_logic_vector(7 downto 0); 
-                 F_In            : in  std_logic_vector(7 downto 0); 
-                 Q               : out std_logic_vector(7 downto 0); 
-                 F_Out           : out std_logic_vector(7 downto 0) 
-         ); 
- end T80_ALU; 
-   
- architecture rtl of T80_ALU is 
-   
-         procedure AddSub(A        : std_logic_vector; 
-                                          B        : std_logic_vector; 
-                                          Sub      : std_logic; 
-                                          Carry_In : std_logic; 
-                           signal Res      : out std_logic_vector; 
-                           signal Carry    : out std_logic) is 
-   
-                 variable B_i          : unsigned(A'length - 1 downto 0); 
-                 variable Res_i        : unsigned(A'length + 1 downto 0); 
-         begin 
-                 if Sub = '1' then 
-                         B_i := not unsigned(B); 
-                 else 
-                         B_i :=     unsigned(B); 
-                 end if; 
-   
-                 Res_i := unsigned("0" & A & Carry_In) + unsigned("0" & B_i & "1"); 
-                 Carry <= Res_i(A'length + 1); 
-                 Res <= std_logic_vector(Res_i(A'length downto 1)); 
-         end; 
-   
-         -- AddSub variables (temporary signals) 
-         signal UseCarry                : std_logic; 
-         signal Carry7_v                : std_logic; 
-         signal Overflow_v              : std_logic; 
-         signal HalfCarry_v             : std_logic; 
-         signal Carry_v                 : std_logic; 
-         signal Q_v                     : std_logic_vector(7 downto 0); 
-   
-         signal BitMask                 : std_logic_vector(7 downto 0); 
-   
- begin 
-   
-         with IR(5 downto 3) select BitMask <= "00000001" when "000", 
-                                                                                   "00000010" when "001", 
-                                                                                   "00000100" when "010", 
-                                                                                   "00001000" when "011", 
-                                                                                   "00010000" when "100", 
-                                                                                   "00100000" when "101", 
-                                                                                   "01000000" when "110", 
-                                                                                   "10000000" when others; 
-   
-         UseCarry <= not ALU_Op(2) and ALU_Op(0); 
-         AddSub(BusA(3 downto 0), BusB(3 downto 0), ALU_Op(1), ALU_Op(1) xor (UseCarry and F_In(Flag_C)), Q_v(3 downto 0), HalfCarry_v); 
-         AddSub(BusA(6 downto 4), BusB(6 downto 4), ALU_Op(1), HalfCarry_v, Q_v(6 downto 4), Carry7_v); 
-         AddSub(BusA(7 downto 7), BusB(7 downto 7), ALU_Op(1), Carry7_v, Q_v(7 downto 7), Carry_v); 
-   
-         -- bug fix - parity flag is just parity for 8080, also overflow for Z80 
-         process (Carry_v, Carry7_v, Q_v) 
-         begin 
-                 if(Mode=2) then 
-                         OverFlow_v <= not (Q_v(0) xor Q_v(1) xor Q_v(2) xor Q_v(3) xor 
-                                            Q_v(4) xor Q_v(5) xor Q_v(6) xor Q_v(7));  else 
-                         OverFlow_v <= Carry_v xor Carry7_v; 
-                 end if; 
-         end process; 
-   
-         process (Arith16, ALU_OP, F_In, BusA, BusB, IR, Q_v, Carry_v, HalfCarry_v, OverFlow_v, BitMask, ISet, Z16) 
-                 variable Q_t : std_logic_vector(7 downto 0); 
-                 variable DAA_Q : unsigned(8 downto 0); 
-         begin 
-                 Q_t := "--------"; 
-                 F_Out <= F_In; 
-                 DAA_Q := "---------"; 
-                 case ALU_Op is 
-                 when "0000" | "0001" |  "0010" | "0011" | "0100" | "0101" | "0110" | "0111" => 
-                         F_Out(Flag_N) <= '0'; 
-                         F_Out(Flag_C) <= '0'; 
-                         case ALU_OP(2 downto 0) is 
-                         when "000" | "001" => -- ADD, ADC 
-                                 Q_t := Q_v; 
-                                 F_Out(Flag_C) <= Carry_v; 
-                                 F_Out(Flag_H) <= HalfCarry_v; 
-                                 F_Out(Flag_P) <= OverFlow_v; 
-                         when "010" | "011" | "111" => -- SUB, SBC, CP 
-                                 Q_t := Q_v; 
-                                 F_Out(Flag_N) <= '1'; 
-                                 F_Out(Flag_C) <= not Carry_v; 
-                                 F_Out(Flag_H) <= not HalfCarry_v; 
-                                 F_Out(Flag_P) <= OverFlow_v; 
-                         when "100" => -- AND 
-                                 Q_t(7 downto 0) := BusA and BusB; 
-                                 F_Out(Flag_H) <= '1'; 
-                         when "101" => -- XOR 
-                                 Q_t(7 downto 0) := BusA xor BusB; 
-                                 F_Out(Flag_H) <= '0'; 
-                         when others => -- OR "110" 
-                                 Q_t(7 downto 0) := BusA or BusB; 
-                                 F_Out(Flag_H) <= '0'; 
-                         end case; 
-                         if ALU_Op(2 downto 0) = "111" then -- CP 
-                                 F_Out(Flag_X) <= BusB(3); 
-                                 F_Out(Flag_Y) <= BusB(5); 
-                         else 
-                                 F_Out(Flag_X) <= Q_t(3); 
-                                 F_Out(Flag_Y) <= Q_t(5); 
-                         end if; 
-                         if Q_t(7 downto 0) = "00000000" then 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= '1'; 
-                                 if Z16 = '1' then 
-                                         F_Out(Flag_Z) <= F_In(Flag_Z);      -- 16 bit ADC,SBC 
-                                 end if; 
-                         else 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= '0'; 
-                         end if; 
-                         F_Out(Flag_S) <= Q_t(7); 
-                         case ALU_Op(2 downto 0) is 
-                         when "000" | "001" | "010" | "011" | "111" => -- ADD, ADC, SUB, SBC, CP 
-                         when others => 
-                                 F_Out(Flag_P) <= not (Q_t(0) xor Q_t(1) xor Q_t(2) xor Q_t(3) xor 
-                                         Q_t(4) xor Q_t(5) xor Q_t(6) xor Q_t(7)); 
-                         end case; 
-                         if Arith16 = '1' then 
-                                 F_Out(Flag_S) <= F_In(Flag_S); 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= F_In(Flag_Z); 
-                                 F_Out(Flag_P) <= F_In(Flag_P); 
-                         end if; 
-                 when "1100" => 
-                         -- DAA 
-                         F_Out(Flag_H) <= F_In(Flag_H); 
-                         F_Out(Flag_C) <= F_In(Flag_C); 
-                         DAA_Q(7 downto 0) := unsigned(BusA); 
-                         DAA_Q(8) := '0'; 
-                         if F_In(Flag_N) = '0' then 
-                                 -- After addition 
-                                 -- Alow > 9 or H = 1 
-                                 if DAA_Q(3 downto 0) > 9 or F_In(Flag_H) = '1' then 
-                                         if (DAA_Q(3 downto 0) > 9) then 
-                                                 F_Out(Flag_H) <= '1'; 
-                                         else 
-                                                 F_Out(Flag_H) <= '0'; 
-                                         end if; 
-                                         DAA_Q := DAA_Q + 6; 
-                                 end if; 
-                                 -- new Ahigh > 9 or C = 1 
-                                 if DAA_Q(8 downto 4) > 9 or F_In(Flag_C) = '1' then 
-                                         DAA_Q := DAA_Q + 96; -- 0x60 
-                                 end if; 
-                         else 
-                                 -- After subtraction 
-                                 if DAA_Q(3 downto 0) > 9 or F_In(Flag_H) = '1' then 
-                                         if DAA_Q(3 downto 0) > 5 then 
-                                                 F_Out(Flag_H) <= '0'; 
-                                         end if; 
-                                         DAA_Q(7 downto 0) := DAA_Q(7 downto 0) - 6; 
-                                 end if; 
-                                 if unsigned(BusA) > 153 or F_In(Flag_C) = '1' then 
-                                         DAA_Q := DAA_Q - 352; -- 0x160 
-                                 end if; 
-                         end if; 
-                         F_Out(Flag_X) <= DAA_Q(3); 
-                         F_Out(Flag_Y) <= DAA_Q(5); 
-                         F_Out(Flag_C) <= F_In(Flag_C) or DAA_Q(8); 
-                         Q_t := std_logic_vector(DAA_Q(7 downto 0)); 
-                         if DAA_Q(7 downto 0) = "00000000" then 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= '1'; 
-                         else 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= '0'; 
-                         end if; 
-                         F_Out(Flag_S) <= DAA_Q(7); 
-                         F_Out(Flag_P) <= not (DAA_Q(0) xor DAA_Q(1) xor DAA_Q(2) xor DAA_Q(3) xor 
-                                 DAA_Q(4) xor DAA_Q(5) xor DAA_Q(6) xor DAA_Q(7)); 
-                 when "1101" | "1110" => 
-                         -- RLD, RRD 
-                         Q_t(7 downto 4) := BusA(7 downto 4); 
-                         if ALU_Op(0) = '1' then 
-                                 Q_t(3 downto 0) := BusB(7 downto 4); 
-                         else 
-                                 Q_t(3 downto 0) := BusB(3 downto 0); 
-                         end if; 
-                         F_Out(Flag_H) <= '0'; 
-                         F_Out(Flag_N) <= '0'; 
-                         F_Out(Flag_X) <= Q_t(3); 
-                         F_Out(Flag_Y) <= Q_t(5); 
-                         if Q_t(7 downto 0) = "00000000" then 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= '1'; 
-                         else 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= '0'; 
-                         end if; 
-                         F_Out(Flag_S) <= Q_t(7); 
-                         F_Out(Flag_P) <= not (Q_t(0) xor Q_t(1) xor Q_t(2) xor Q_t(3) xor 
-                                 Q_t(4) xor Q_t(5) xor Q_t(6) xor Q_t(7)); 
-                 when "1001" => 
-                         -- BIT 
-                         Q_t(7 downto 0) := BusB and BitMask; 
-                         F_Out(Flag_S) <= Q_t(7); 
-                         if Q_t(7 downto 0) = "00000000" then 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= '1'; 
-                                 F_Out(Flag_P) <= '1'; 
-                         else 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= '0'; 
-                                 F_Out(Flag_P) <= '0'; 
-                         end if; 
-                         F_Out(Flag_H) <= '1'; 
-                         F_Out(Flag_N) <= '0'; 
-                         F_Out(Flag_X) <= '0'; 
-                         F_Out(Flag_Y) <= '0'; 
-                         if IR(2 downto 0) /= "110" then 
-                                 F_Out(Flag_X) <= BusB(3); 
-                                 F_Out(Flag_Y) <= BusB(5); 
-                         end if; 
-                 when "1010" => 
-                         -- SET 
-                         Q_t(7 downto 0) := BusB or BitMask; 
-                 when "1011" => 
-                         -- RES 
-                         Q_t(7 downto 0) := BusB and not BitMask; 
-                 when "1000" => 
-                         -- ROT 
-                         case IR(5 downto 3) is 
-                         when "000" => -- RLC 
-                                 Q_t(7 downto 1) := BusA(6 downto 0); 
-                                 Q_t(0) := BusA(7); 
-                                 F_Out(Flag_C) <= BusA(7); 
-                         when "010" => -- RL 
-                                 Q_t(7 downto 1) := BusA(6 downto 0); 
-                                 Q_t(0) := F_In(Flag_C); 
-                                 F_Out(Flag_C) <= BusA(7); 
-                         when "001" => -- RRC 
-                                 Q_t(6 downto 0) := BusA(7 downto 1); 
-                                 Q_t(7) := BusA(0); 
-                                 F_Out(Flag_C) <= BusA(0); 
-                         when "011" => -- RR 
-                                 Q_t(6 downto 0) := BusA(7 downto 1); 
-                                 Q_t(7) := F_In(Flag_C); 
-                                 F_Out(Flag_C) <= BusA(0); 
-                         when "100" => -- SLA 
-                                 Q_t(7 downto 1) := BusA(6 downto 0); 
-                                 Q_t(0) := '0'; 
-                                 F_Out(Flag_C) <= BusA(7); 
-                         when "110" => -- SLL (Undocumented) / SWAP 
-                                 if Mode = 3 then 
-                                         Q_t(7 downto 4) := BusA(3 downto 0); 
-                                         Q_t(3 downto 0) := BusA(7 downto 4); 
-                                         F_Out(Flag_C) <= '0'; 
-                                 else 
-                                         Q_t(7 downto 1) := BusA(6 downto 0); 
-                                         Q_t(0) := '1'; 
-                                         F_Out(Flag_C) <= BusA(7); 
-                                 end if; 
-                         when "101" => -- SRA 
-                                 Q_t(6 downto 0) := BusA(7 downto 1); 
-                                 Q_t(7) := BusA(7); 
-                                 F_Out(Flag_C) <= BusA(0); 
-                         when others => -- SRL 
-                                 Q_t(6 downto 0) := BusA(7 downto 1); 
-                                 Q_t(7) := '0'; 
-                                 F_Out(Flag_C) <= BusA(0); 
-                         end case; 
-                         F_Out(Flag_H) <= '0'; 
-                         F_Out(Flag_N) <= '0'; 
-                         F_Out(Flag_X) <= Q_t(3); 
-                         F_Out(Flag_Y) <= Q_t(5); 
-                         F_Out(Flag_S) <= Q_t(7); 
-                         if Q_t(7 downto 0) = "00000000" then 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= '1'; 
-                         else 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= '0'; 
-                         end if; 
-                         F_Out(Flag_P) <= not (Q_t(0) xor Q_t(1) xor Q_t(2) xor Q_t(3) xor 
-                                 Q_t(4) xor Q_t(5) xor Q_t(6) xor Q_t(7)); 
-                         if ISet = "00" then 
-                                 F_Out(Flag_P) <= F_In(Flag_P); 
-                                 F_Out(Flag_S) <= F_In(Flag_S); 
-                                 F_Out(Flag_Z) <= F_In(Flag_Z); 
-                         end if; 
-                 when others => 
-                         null; 
-                 end case; 
-                 Q <= Q_t; 
-         end process; 
- end; 
-