🧩 4.2 PoC構成ブロックの仕様定義
4.2 Functional Specifications of PoC Design Blocks
📝 本節の目的｜Purpose of This Section
本節では、PoC設計に含まれる3つの基本ブロック（FSM、MUX、Adder）について、
機能仕様・I/O信号・動作内容・設計意図を明確に定義し、
後続のRTL設計・物理設計へのスムーズな展開を可能にします。
This section defines the functional specifications and I/O signals of the three basic PoC blocks: FSM, MUX, and Adder.
🔁 1. FSM（有限状態機械）｜Finite State Machine
✅ 目的｜Purpose
クロック同期型の状態遷移回路を学び、状態制御と出力制御の基本構造を理解する。
Understand the basics of clocked state transitions and output control.
🧭 状態遷移仕様｜State Transition Table
| 現状態 Current |
入力 Input start |
次状態 Next |
出力flag_done |
|---|---|---|---|
| IDLE | 0 | IDLE | 0 |
| IDLE | 1 | LOAD | 0 |
| LOAD | - | EXEC | 0 |
| EXEC | - | DONE | 1 |
| DONE | - | IDLE | 0 |
🔌 入出力定義｜I/O Signals
| 信号名 Signal |
種別 Type |
説明 Description |
|---|---|---|
clk |
入力 | クロック信号 |
rst_n |
入力 | 非同期リセット（負論理） |
start |
入力 | 状態遷移のトリガ信号 |
flag_done |
出力 | 処理完了を示すフラグ（DONE時High） |
🔀 2. MUX（2:1マルチプレクサ）｜2:1 Multiplexer
✅ 目的｜Purpose
基本的な組合せ論理回路を理解し、Verilog記述やレイアウト評価に慣れる。
Learn combinational logic and layout implications.
📐 真理値表｜Truth Table
SEL |
A |
B |
出力Y |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
※ 通常の Y = SEL ? B : A に基づく動作を想定。
🔌 入出力定義｜I/O Signals
| 信号名 Signal |
種別 Type |
説明 Description |
|---|---|---|
A |
入力 | 入力信号 A |
B |
入力 | 入力信号 B |
SEL |
入力 | セレクト信号 |
Y |
出力 | 選択された出力 |
➕ 3. Adder（4ビット加算器）｜4-bit Ripple Carry Adder
✅ 目的｜Purpose
ビットバス演算・キャリープロパゲーションを理解し、演算処理のRTL構造を習得する。
Understand bit-bus arithmetic and carry propagation.
🔌 入出力定義｜I/O Signals
| 信号名 Signal |
種別 Type |
ビット幅 Width |
説明 Description |
|---|---|---|---|
A |
入力 | [3:0] | 加算入力 A |
B |
入力 | [3:0] | 加算入力 B |
SUM |
出力 | [3:0] | 計算結果（加算出力） |
COUT |
出力 | 1bit | 繰り上がりキャリー出力 |
🧠 各ブロックの設計意義と展開性｜Design Significance & Expandability
| ブロック Block |
学習項目 Learning Focus |
拡張例 Expandability Example |
|---|---|---|
| FSM | 状態制御、同期論理 | UART、SPI、FSM制御回路などの応用 |
| MUX | 組合せ論理、選択構造 | ALU制御、アドレス選択、信号分岐 |
| Adder | バス演算、キャリー処理、演算構造 | ALU、DSPモジュール、積和演算器などへの拡張 |
🔗 次節への接続｜Next Section
次節 4.3：Sky130 設計制約 では、
これらのPoCブロックを Sky130上で正しく動作させるための設計制約
（電源、タイミング、DRC、IO構成、レイアウト条件など）について詳しく解説します。