本節では、PoC設計に含まれる3つの基本ブロック（FSM、MUX、Adder）の詳細な機能仕様を明示し、それぞれの入出力定義・動作内容・設計意図を整理します。これにより、後続のRTL設計と物理設計への展開を円滑に行う基盤を構築します。
クロック同期型の状態遷移回路を学ぶ。状態制御・出力制御の基本構造を理解する。
4状態の単純な状態機械。外部入力に応じて状態遷移し、状態ごとに異なる出力制御を行う。
| 現状態 | 入力signal | 次状態 | 出力flag |
|---|---|---|---|
| IDLE | 0 | IDLE | 0 |
| IDLE | 1 | LOAD | 0 |
| LOAD | - | EXEC | 0 |
| EXEC | - | DONE | 1 |
| DONE | - | IDLE | 0 |
| 信号名 | 種類 | 説明 |
|---|---|---|
| clk | 入力 | クロック |
| rst_n | 入力 | 非同期リセット（負論理） |
| start | 入力 | 状態遷移トリガ |
| flag_done | 出力 | 処理完了フラグ（DONE時High） |
基本的な組み合わせ回路の構造・記述・レイアウトに慣れる。
選択信号（SEL）に応じて、2つの入力（A, B）のどちらかを出力する。
| SEL | A | B | Y（出力） |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 信号名 | 種類 | 説明 |
|---|---|---|
| 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 | 出力信号 |
演算処理の基本構造とビットバス処理、キャリープロパゲーションの理解。
4ビット同士の加算を行い、5ビットの出力（SUM + COUT）を生成。
| 信号名 | 種類 | ビット幅 | 説明 |
|---|---|---|---|
| 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 |
| COUT | 出力 | 1bit | 繰り上がりキャリー |
| ブロック | 学習ポイント | 今後の拡張 |
|---|---|---|
| FSM | クロック制御、状態機械 | UART, SPI制御回路等の応用 |
| MUX | 組み合わせ回路、選択構造 | ALU制御、アドレス選択 |
| Adder | 計算回路、バス、キャリー | ALU、DSPブロックへの拡張 |
次節4.3では、これらのブロックをSky130上で実現するための設計制約（電源電圧・タイミング・レイアウト条件など）を詳しく解説します。