`timescale 1 ns / 1 ps 

module core_tb();

localparam  MEM_INST_LENGTH = 256;
localparam  MEM_DATA_LENGTH = 256;

reg clk, reset;
wire [31:0] mem_inst_addr;
wire [31:0] mem_inst_idx = mem_inst_addr >> 2;
reg [31:0] mem_inst_data;
reg [31:0] mem_inst [0:MEM_INST_LENGTH-1];
reg [31:0] mem_data [0:MEM_DATA_LENGTH-1];
wire [31:0] mem_data_addr;
wire [31:0] mem_data_wdata;
reg [31:0] mem_data_rdata;
wire mem_data_en;
wire mem_data_we;
reg mem_data_valid;
reg mem_data_done;
integer i;

localparam  OP_LUI      = 7'b0110111,
            OP_AUIPC    = 7'b0010111,
            OP_JAL      = 7'b1101111,
            OP_JALR     = 7'b1100111,
            OP_BRANCH   = 7'b1100011,
            OP_LOAD     = 7'b0000011,
            OP_STORE    = 7'b0100011,
            OP_IMM      = 7'b0010011,
            OP_ALU      = 7'b0110011,
            OP_FENCE    = 7'b0001111,
            OP_SYSTEM   = 7'b1110011;

localparam  INST_NOP = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd0, OP_ALU};  // nop

initial begin
    for (i=0; i<MEM_INST_LENGTH; i=i+1) begin
        mem_inst[i] = INST_NOP;
    end

    // Initialize all registers
    mem_inst[0]     = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd1,  OP_ALU};  // add x1, x0, x0
    mem_inst[1]     = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd2,  OP_ALU};  // add x2, x0, x0
    mem_inst[2]     = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd3,  OP_ALU};  // add x3, x0, x0
    mem_inst[3]     = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd4,  OP_ALU};  // add x4, x0, x0
    mem_inst[4]     = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd5,  OP_ALU};  // add x5, x0, x0
    mem_inst[5]     = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd6,  OP_ALU};  // add x6, x0, x0
    mem_inst[6]     = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd7,  OP_ALU};  // add x7, x0, x0
    mem_inst[7]     = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd8,  OP_ALU};  // add x8, x0, x0
    mem_inst[8]     = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd9,  OP_ALU};  // add x9, x0, x0
    mem_inst[9]     = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd10, OP_ALU};  // add x10, x0, x0
    mem_inst[10]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd11, OP_ALU};  // add x11, x0, x0
    mem_inst[11]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd12, OP_ALU};  // add x12, x0, x0
    mem_inst[12]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd13, OP_ALU};  // add x13, x0, x0
    mem_inst[13]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd14, OP_ALU};  // add x14, x0, x0
    mem_inst[14]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd15, OP_ALU};  // add x15, x0, x0
    mem_inst[15]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd16, OP_ALU};  // add x16, x0, x0
    mem_inst[16]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd17, OP_ALU};  // add x17, x0, x0
    mem_inst[17]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd18, OP_ALU};  // add x18, x0, x0
    mem_inst[18]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd19, OP_ALU};  // add x19, x0, x0
    mem_inst[19]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd20, OP_ALU};  // add x20, x0, x0
    mem_inst[20]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd21, OP_ALU};  // add x21, x0, x0
    mem_inst[21]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd22, OP_ALU};  // add x22, x0, x0
    mem_inst[22]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd23, OP_ALU};  // add x23, x0, x0
    mem_inst[23]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd24, OP_ALU};  // add x24, x0, x0
    mem_inst[24]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd25, OP_ALU};  // add x25, x0, x0
    mem_inst[25]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd26, OP_ALU};  // add x26, x0, x0
    mem_inst[26]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd27, OP_ALU};  // add x27, x0, x0
    mem_inst[27]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd28, OP_ALU};  // add x28, x0, x0
    mem_inst[28]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd29, OP_ALU};  // add x29, x0, x0
    mem_inst[29]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd30, OP_ALU};  // add x30, x0, x0
    mem_inst[30]    = {7'b0000000, 5'd0, 5'd0, 3'b000, 5'd31, OP_ALU};  // add x31, x0, x0

    mem_inst[36]    = {12'd1,            5'd0, 3'b000, 5'd2, OP_IMM};   // addi x2, x0, 1
    mem_inst[42]    = {7'b0000000, 5'd2, 5'd1, 3'b000, 5'd3, OP_ALU};   // add x3, x1, x2
    mem_inst[48]    = {7'b0000000, 5'd2, 5'd3, 3'b000, 5'd3, OP_ALU};   // add x3, x3, x2
    mem_inst[54]    = {7'b0000000, 5'd3, 5'd3, 3'b000, 5'd3, OP_ALU};   // add x3, x3, x3
    mem_inst[60]    = {12'h123,          5'd0, 3'b000, 5'd4, OP_IMM};   // addi x4, x0, 0x123
    mem_inst[66]    = {12'h000,          5'd4, 3'b000, 5'd5, OP_IMM};   // addi x5, x4, 0
    mem_inst[72]    = {12'hfff,          5'd5, 3'b000, 5'd5, OP_IMM};   // addi x5, x5, -1
    mem_inst[78]    = {20'hedcba,                      5'd7, OP_LUI};   // lui x7, 0xedcba
    mem_inst[84]    = {12'h987,          5'd7, 3'b000, 5'd7, OP_IMM};   // addi x7, x7, 0x987
    mem_inst[90]    = {20'h00032,                      5'd8, OP_AUIPC}; // auipc x8, 0x32           // 90*4 + 0x32000 = 0x32168
    // mem_inst[96]    = {12'd288,          5'd0, 3'b000, 5'd9, OP_JALR};  // jalr x9, x0, 72*4        // unconditional jump to index 72 = 288/4
    mem_inst[102]   = {1'b0, 10'd12, 1'b0, 8'b0, 5'd9,       OP_JAL};   // jal x10, +12             // unconditional jump to index +12 = 24*2/4
    mem_inst[108]   = {12'd4,            5'd0, 3'b000, 5'd2, OP_IMM};   // addi x11, x0, 4          // this should be skipped
    mem_inst[114]   = {12'd5,            5'd0, 3'b000, 5'd2, OP_IMM};   // addi x12, x0, 5
    mem_inst[120]   = {12'd5,            5'd0, 3'b000, 5'd2, OP_IMM};   // addi x12, x12, 6

end

always @(*) begin
    if (mem_inst_idx < MEM_INST_LENGTH) begin
        mem_inst_data = mem_inst[mem_inst_idx];
    end else begin
        mem_inst_data = INST_NOP;
    end
end



initial begin
    #0
    clk = 0;
    reset = 1;
    
    #20
    reset = 0;
    
    #5000
    reset = 1;
    $stop;
end

always #10 clk  = !clk;

core dut(
    .clk(clk),
    .reset(reset),

    .mem_inst_addr(mem_inst_addr),
    .mem_inst_data(mem_inst_data),

    .mem_data_addr(mem_data_addr),
    .mem_data_wdata(mem_data_wdata),
    .mem_data_rdata(mem_data_rdata),
    .mem_data_en(mem_data_en),
    .mem_data_we(mem_data_we),
    .mem_data_valid(mem_data_valid),
    .mem_data_done(mem_data_done)
);

endmodule