Altera Nios II Custom - Manual (Page 3)

January 2011 Altera Corporation Nios II Custom Instruction User Guide
Contents
Chapter 1. Nios II Custom Instruction Overview
Custom Instruction Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–2
Implementing Custom Instruction Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–2
Implementing Custom Instruction Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–3
Custom Instruction Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–3
Combinational Custom Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–4
Multicycle Custom Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–5
Extended Custom Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–7
Internal Register File Custom Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–9
External Interface Custom Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–10
Chapter 2. Software Interface
Custom Instruction Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–1
Built-in Functions and User-defined Macros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–2
Custom Instruction Assembly Software Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–3
Chapter 3. Implementing a Nios II Custom Instruction in SOPC Builder
Design Example: Cyclic Redundancy Check . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–1
Implementing Custom Instruction Hardware in SOPC Builder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–1
Setting up the Design Environment for the Design Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–2
Opening the Component Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–2
Adding the HDL Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–2
Configuring the Custom Instruction Signal Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–3
Setting Up the Custom Instruction Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–3
Setting the Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–4
Saving and Adding the Custom Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–5
Generating the System and Compiling in the Quartus II Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–5
Accessing the Custom Instruction from Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–6
Using the User-defined Custom Instruction Macro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–8
Chapter 4. Implementing a Nios II Custom Instruction in Qsys
Design Example: Cyclic Redundancy Check . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–1
Implementing Custom Instruction Hardware in Qsys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–1
Setting up the Design Environment for the Design Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–2
Opening the Component Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–2
Adding the HDL Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–2
Configuring the Custom Instruction Signal Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–3
Setting Up the Custom Instruction Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–3
Setting the Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–4
Saving and Adding the Custom Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–5
Generating the System and Compiling in the Quartus II Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–5
Accessing the Custom Instruction from Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–5
Using the User-defined Custom Instruction Macro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–8
Appendix A. Custom Instruction Templates
VHDL Custom Instruction Template . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A–2
Verilog HDL Custom Instruction Template Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A–3