FPGAで動作するBrainf**k CPUの詳細

 // state machine 
 always @(posedge clk or posedge rst) begin
 if (rst)
		cur_state <= INIT;
 else if (s_rst)
		cur_state <= INIT;
	 else
		cur_state <= nxt_state;
 end
 
 // state machine next state
 always @(cur_state or op_den or mread or data_den or s_rst or init_cnt or mem_cnt or data_w_wait) begin
	 if (s_rst)
		nxt_state <= INIT;
	 else begin
		 case (cur_state)
		 INIT:
			 if (init_cnt == INIT_WAIT)
			 nxt_state <= MEMI;
			 else
			 nxt_state <= INIT;
		 MEMI: // メモリーの初期化
			 if (mem_cnt == MEM_MAX)
			 nxt_state <= IDLE; // 初期化終了
			 else
			 nxt_state <= MEMI;
		 IDLE: //命令フェッチの準備
			 nxt_state <= FETCH;
		 FETCH: //命令フェッチ 
			 if (op_den == 1) //命令の読み込み完了
			 nxt_state <= MEMR;
			 else
			 nxt_state <= FETCH;
		 MEMR:
			 if (mread==0 | data_den == 1'b1) //メモリー読み込みが無いか、データ読み込みが終わった
			 nxt_state <= MEMW;
			 else
			 nxt_state <= MEMR;
		 MEMW: //データ書き込み
			 if (data_w_wait==0) //データ書き込みが終わった
			 nxt_state <= FETCH;
			 else
			 nxt_state <= MEMW;
		 default: nxt_state <= FETCH; // IDLE
		 endcase // case (cur_state)
	 end // else: !if(s_rst)
 end

 // Decoder for [ and ]
 always @(posedge clk or posedge rst) begin
 if (rst)
		begin
 mov <= 0;
 mov_dir<= 0;
 p_cnt <= 0;
		end
	 else if (s_rst)
		begin
 mov <= 0;
 mov_dir<= 0;
 p_cnt <= 0;
		end
 else if (cur_state==MEMR)
		if (mov == 1) // movは探索モードを示す
 begin
			 if ((mov_dir==0 & cur_op==8'h5B) | (mov_dir==1 & cur_op==8'h5D)) 
			 // mov_dirは探索の方向 0:前進, 1:後退
			 // 前方探索で[(x5B), 広報探索で](h5D)が見つかったら
 p_cnt <= p_cnt+12'b1; // ネスト深度を+1
			 else if (((mov_dir==0 & cur_op==8'h5D) | (mov_dir==1 & cur_op==8'h5B)) & (p_cnt==0))
			 // 前方探索で](x5B), 広報探索で[(h5D)が見つかり、ネスト深度が0なら
 	 mov <= 0;
			 else if ((mov_dir==0 & cur_op==8'h5D) | (mov_dir==1 & cur_op==8'h5B))
			 // 前方探索で](x5B), 広報探索で[(h5D)が見つかり、ネスト深度が>0なら
 p_cnt = p_cnt-12'b1; //ネスト深度を-1
 end
		else if (data_den == 1'b1 & cur_op==8'h5B & data_in==0)
			 //命令が[で、データが0なら次の]にジャンプ。
 begin
			 mov <= 1; //探索モード開始
			 mov_dir <= 0; //前方探索
			 p_cnt <= 0; //ネスト深度0
 end
		else if (data_den == 1'b1 & cur_op==8'h5D & data_in!=0)
			 //命令が]で、データが0でないなら対応する[にジャンプ。
 begin
			 mov <=1; //探索モード開始
			 mov_dir <= 1; //後方探索
			 p_cnt <= 0; //ネスト深度0
 end
 end
 
 // decoder for PC change 
 always @(cur_state or mov or mov_dir) begin
 case (cur_state)
		IDLE:
 begin
			 pc_inc <= 1;
			 pc_dec <= 1;
			 // 両方１の時は次のクロックで初期値をリード
 end
		MEMW:
 begin
			 pc_inc <= (mov==0 | mov_dir==0) ? 1'b1 : 1'b0;
			 //通常モード又は前方探索なら、PC++
			 pc_dec <= (mov==0 | mov_dir==0) ? 1'b0 : 1'b1;
			 //探索モードで後方探索なら、PC--
 end
		default:
 begin
			 pc_inc <= 0;
			 pc_dec <= 0;
 end
 endcase
 end 
 
// pc change
 always @(pc_inc or pc_dec or pc_reg) begin
 if (pc_inc==1 & pc_dec==0)
		pc_nxt <= pc_reg + 12'b1;
 else if (pc_inc==0 & pc_dec==1)
		pc_nxt <= pc_reg - 12'b1;
 else
		pc_nxt <= pc_reg;
 end

 always @(posedge clk or posedge rst) begin
	 if (rst)
		pc_reg <= 0;
	 else if (s_rst)
		pc_reg <= 0;
	 else
		pc_reg <= pc_nxt;
 end
 
 
 // pc_read
 always @(pc_inc or pc_dec or pc_nxt or pc_reg) begin
 op_r_req <= pc_inc | pc_dec;
 if (pc_inc | pc_dec)
		pc <= pc_nxt;
 else
		pc <= pc_reg;
 end 

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