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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

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