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[diderot] Annotation of /branches/pure-cfg/src/compiler/c-target/c-target.sml
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Annotation of /branches/pure-cfg/src/compiler/c-target/c-target.sml

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Revision 1041 - (view) (download)

1 : jhr 519 (* c-target.sml
2 :     *
3 :     * COPYRIGHT (c) 2011 The Diderot Project (http://diderot-language.cs.uchicago.edu)
4 :     * All rights reserved.
5 :     *)
6 :    
7 : jhr 840 structure CTarget : TARGET =
8 : jhr 519 struct
9 :    
10 : jhr 839 structure IL = TreeIL
11 : jhr 840 structure V = IL.Var
12 : jhr 842 structure Ty = IL.Ty
13 : jhr 522 structure CL = CLang
14 : jhr 551 structure RN = RuntimeNames
15 : jhr 839 structure ToC = TreeToC
16 : jhr 522
17 : jhr 840 type var = ToC.var
18 : jhr 839 type exp = CL.exp
19 :     type stm = CL.stm
20 : jhr 519
21 : jhr 544 datatype strand = Strand of {
22 :     name : string,
23 :     tyName : string,
24 : jhr 623 state : var list ref,
25 : jhr 842 output : (Ty.ty * CL.var) option ref, (* the strand's output variable (only one for now) *)
26 : jhr 544 code : CL.decl list ref
27 :     }
28 : jhr 525
29 : jhr 527 datatype program = Prog of {
30 :     globals : CL.decl list ref,
31 : jhr 533 topDecls : CL.decl list ref,
32 : jhr 624 strands : strand AtomTable.hash_table,
33 :     initially : CL.decl ref
34 : jhr 527 }
35 :    
36 : jhr 842 datatype env = ENV of {
37 : jhr 839 info : env_info,
38 : jhr 840 vMap : var V.Map.map,
39 : jhr 839 scope : scope
40 :     }
41 : jhr 519
42 : jhr 839 and env_info = INFO of {
43 :     prog : program
44 :     }
45 : jhr 519
46 : jhr 839 and scope
47 :     = NoScope
48 :     | GlobalScope
49 :     | InitiallyScope
50 :     | StrandScope
51 :     | MethodScope of TreeIL.var list (* method body; vars are state variables *)
52 : jhr 534
53 : jhr 839 (* the supprted widths of vectors of reals on the target. For the GNU vector extensions,
54 :     * the supported sizes are powers of two, but float2 is broken.
55 :     * NOTE: we should also consider the AVX vector hardware, which has 256-bit registers.
56 :     *)
57 : jhr 840 fun vectorWidths () = if !Controls.doublePrecision
58 : jhr 839 then [2, 4, 8]
59 :     else [4, 8]
60 : jhr 528
61 : jhr 839 (* tests for whether various expression forms can appear inline *)
62 :     fun inlineCons n = (n < 2) (* vectors are inline, but not matrices *)
63 :     val inlineMatrixExp = false (* can matrix-valued expressions appear inline? *)
64 : jhr 548
65 : jhr 839 (* TreeIL to target translations *)
66 :     structure Tr =
67 : jhr 525 struct
68 : jhr 839 fun block (ENV{vMap, scope, ...}, blk) = (case scope
69 :     of MethodScope stateVars => let
70 :     fun saveState (env, args, stm) =
71 :     ListPair.foldrEq
72 :     (fn (x, e, stms) => ToC.trAssign(env, x, e)@stms)
73 :     [stm]
74 :     (stateVars, args)
75 :     in
76 :     ToC.trBlock (vMap, saveState, blk)
77 : jhr 1041 handle ex => raise ex
78 : jhr 839 end
79 :     | _ => ToC.trBlock (vMap, fn _ => raise Fail "unexpected state save", blk)
80 :     (* end case *))
81 : jhr 840 fun exp (ENV{vMap, ...}, e) = ToC.trExp(vMap, e)
82 : jhr 519 end
83 :    
84 : jhr 839 (* variables *)
85 :     structure Var =
86 : jhr 525 struct
87 : jhr 1032 fun name (ToC.V(_, name)) = name
88 :     fun global (Prog{globals, ...}, name, ty) = let
89 :     val ty' = ToC.trType ty
90 : jhr 705 in
91 : jhr 1032 globals := CL.D_Var([], ty', name, NONE) :: !globals;
92 :     ToC.V(ty', name)
93 : jhr 705 end
94 : jhr 842 fun param x = ToC.V(ToC.trType(V.ty x), V.name x)
95 : jhr 840 fun state (Strand{state, ...}, x) = let
96 :     val ty' = ToC.trType(V.ty x)
97 :     val x' = ToC.V(ty', V.name x)
98 : jhr 623 in
99 : jhr 839 state := x' :: !state;
100 :     x'
101 : jhr 623 end
102 : jhr 839 end
103 : jhr 525
104 : jhr 839 (* environments *)
105 :     structure Env =
106 :     struct
107 :     (* create a new environment *)
108 :     fun new prog = ENV{
109 : jhr 840 info=INFO{prog = prog},
110 :     vMap = V.Map.empty,
111 : jhr 839 scope = NoScope
112 :     }
113 :     (* define the current translation context *)
114 :     fun setScope scope (ENV{info, vMap, ...}) = ENV{info=info, vMap=vMap, scope=scope}
115 :     val scopeGlobal = setScope GlobalScope
116 :     val scopeInitially = setScope InitiallyScope
117 :     fun scopeStrand (env, strand) = setScope StrandScope env
118 :     fun scopeMethod (env, svars) = setScope (MethodScope svars) env
119 :     (* bind a TreeIL varaiable to a target variable *)
120 :     fun bind (ENV{info, vMap, scope}, x, x') = ENV{
121 :     info = info,
122 : jhr 840 vMap = V.Map.insert(vMap, x, x'),
123 : jhr 839 scope = scope
124 :     }
125 :     end
126 : jhr 525
127 : jhr 839 (* programs *)
128 : jhr 840 structure Program =
129 :     struct
130 : jhr 839 fun new () = (
131 :     RN.initTargetSpec();
132 :     Prog{
133 :     globals = ref [
134 :     CL.D_Verbatim[
135 :     if !Controls.doublePrecision
136 :     then "#define DIDEROT_DOUBLE_PRECISION"
137 :     else "#define DIDEROT_SINGLE_PRECISION",
138 :     "#include \"Diderot/diderot.h\""
139 :     ]],
140 :     topDecls = ref [],
141 :     strands = AtomTable.mkTable (16, Fail "strand table"),
142 :     initially = ref(CL.D_Comment["missing initially"])
143 :     })
144 :     (* register the global initialization part of a program *)
145 :     fun init (Prog{topDecls, ...}, init) = let
146 :     val initFn = CL.D_Func([], CL.voidTy, RN.initGlobals, [], init)
147 : jhr 528 in
148 : jhr 839 topDecls := initFn :: !topDecls
149 : jhr 528 end
150 : jhr 839 (* create and register the initially function for a program *)
151 :     fun initially {
152 :     prog = Prog{strands, initially, ...},
153 :     isArray : bool,
154 :     iterPrefix : stm,
155 :     iters : (var * exp * exp) list,
156 :     createPrefix : stm,
157 :     strand : Atom.atom,
158 :     args : exp list
159 :     } = let
160 :     val iterPrefix = (case iterPrefix
161 :     of CL.S_Block stms => stms
162 :     | stm => [stm]
163 :     (* end case *))
164 :     val createPrefix = (case createPrefix
165 :     of CL.S_Block stms => stms
166 :     | stm => [stm]
167 :     (* end case *))
168 :     val name = Atom.toString strand
169 :     val nDims = List.length iters
170 :     val worldTy = CL.T_Ptr(CL.T_Named RN.worldTy)
171 :     fun mapi f xs = let
172 :     fun mapf (_, []) = []
173 :     | mapf (i, x::xs) = f(i, x) :: mapf(i+1, xs)
174 :     in
175 :     mapf (0, xs)
176 :     end
177 :     val baseInit = mapi (fn (i, (_, e, _)) => (i, CL.I_Exp e)) iters
178 :     val sizeInit = mapi
179 : jhr 840 (fn (i, (ToC.V(ty, _), lo, hi)) =>
180 :     (i, CL.I_Exp(CL.mkBinOp(CL.mkBinOp(hi, CL.#-, lo), CL.#+, CL.E_Int(1, ty))))
181 : jhr 839 ) iters
182 :     val allocCode = [
183 :     CL.mkComment["allocate initial block of strands"],
184 :     CL.mkDecl(CL.T_Array(CL.int32, SOME nDims), "base", SOME(CL.I_Array baseInit)),
185 :     CL.mkDecl(CL.T_Array(CL.uint32, SOME nDims), "size", SOME(CL.I_Array sizeInit)),
186 :     CL.mkDecl(worldTy, "wrld",
187 :     SOME(CL.I_Exp(CL.E_Apply(RN.allocInitially, [
188 :     CL.mkUnOp(CL.%&, CL.E_Var(RN.strandDesc name)),
189 :     CL.E_Bool isArray,
190 :     CL.E_Int(IntInf.fromInt nDims, CL.int32),
191 :     CL.E_Var "base",
192 :     CL.E_Var "size"
193 :     ]))))
194 :     ]
195 :     (* create the loop nest for the initially iterations *)
196 :     val indexVar = "ix"
197 :     val strandTy = CL.T_Ptr(CL.T_Named(RN.strandTy name))
198 :     fun mkLoopNest [] = CL.mkBlock(createPrefix @ [
199 :     CL.mkDecl(strandTy, "sp",
200 :     SOME(CL.I_Exp(
201 :     CL.E_Cast(strandTy,
202 :     CL.E_Apply(RN.inState, [CL.E_Var "wrld", CL.E_Var indexVar]))))),
203 : jhr 840 CL.mkCall(RN.strandInit name, CL.E_Var "sp" :: args),
204 : jhr 839 CL.mkAssign(CL.E_Var indexVar, CL.mkBinOp(CL.E_Var indexVar, CL.#+, CL.E_Int(1, CL.uint32)))
205 :     ])
206 : jhr 840 | mkLoopNest ((ToC.V(ty, param), lo, hi)::iters) = let
207 : jhr 839 val body = mkLoopNest iters
208 :     in
209 :     CL.mkFor(
210 : jhr 840 [(ty, param, lo)],
211 : jhr 839 CL.mkBinOp(CL.E_Var param, CL.#<=, hi),
212 :     [CL.mkPostOp(CL.E_Var param, CL.^++)],
213 :     body)
214 :     end
215 :     val iterCode = [
216 :     CL.mkComment["initially"],
217 :     CL.mkDecl(CL.uint32, indexVar, SOME(CL.I_Exp(CL.E_Int(0, CL.uint32)))),
218 :     mkLoopNest iters
219 :     ]
220 :     val body = CL.mkBlock(iterPrefix @ allocCode @ iterCode @ [CL.mkReturn(SOME(CL.E_Var "wrld"))])
221 :     val initFn = CL.D_Func([], worldTy, RN.initially, [], body)
222 : jhr 548 in
223 : jhr 839 initially := initFn
224 : jhr 548 end
225 : jhr 839
226 :     (***** OUTPUT *****)
227 :     fun genStrand (Strand{name, tyName, state, output, code}) = let
228 :     (* the type declaration for the strand's state struct *)
229 :     val selfTyDef = CL.D_StructDef(
230 : jhr 840 List.rev (List.map (fn ToC.V(ty, x) => (ty, x)) (!state)),
231 : jhr 839 tyName)
232 :     (* the print function *)
233 :     val prFnName = concat[name, "_print"]
234 :     val prFn = let
235 :     val params = [
236 :     CL.PARAM([], CL.T_Ptr(CL.T_Named "FILE"), "outS"),
237 :     CL.PARAM([], CL.T_Ptr(CL.T_Named tyName), "self")
238 :     ]
239 : jhr 842 val SOME(ty, x) = !output
240 : jhr 839 val outState = CL.mkIndirect(CL.mkVar "self", x)
241 :     val prArgs = (case ty
242 : jhr 842 of Ty.IVecTy 1 => [CL.E_Str(!RN.gIntFormat ^ "\n"), outState]
243 :     | Ty.IVecTy d => let
244 : jhr 839 val fmt = CL.E_Str(
245 : jhr 842 String.concatWith " " (List.tabulate(d, fn _ => !RN.gIntFormat))
246 : jhr 839 ^ "\n")
247 : jhr 842 val args = List.tabulate (d, fn i => ToC.ivecIndex(outState, d, i))
248 : jhr 839 in
249 :     fmt :: args
250 :     end
251 : jhr 842 | Ty.TensorTy[] => [CL.E_Str "%f\n", outState]
252 :     | Ty.TensorTy[d] => let
253 : jhr 839 val fmt = CL.E_Str(
254 : jhr 842 String.concatWith " " (List.tabulate(d, fn _ => "%f"))
255 : jhr 839 ^ "\n")
256 : jhr 842 val args = List.tabulate (d, fn i => ToC.vecIndex(outState, d, i))
257 : jhr 839 in
258 :     fmt :: args
259 :     end
260 : jhr 842 | _ => raise Fail("genStrand: unsupported output type " ^ Ty.toString ty)
261 : jhr 839 (* end case *))
262 :     in
263 :     CL.D_Func(["static"], CL.voidTy, prFnName, params,
264 :     CL.mkCall("fprintf", CL.mkVar "outS" :: prArgs))
265 :     end
266 :     (* the strand's descriptor object *)
267 :     val descI = let
268 :     fun fnPtr (ty, f) = CL.I_Exp(CL.mkCast(CL.T_Named ty, CL.mkVar f))
269 :     in
270 :     CL.I_Struct[
271 :     ("name", CL.I_Exp(CL.E_Str name)),
272 :     ("stateSzb", CL.I_Exp(CL.mkSizeof(CL.T_Named(RN.strandTy name)))),
273 :     ("update", fnPtr("update_method_t", name ^ "_update")),
274 :     ("print", fnPtr("print_method_t", prFnName))
275 :     ]
276 :     end
277 :     val desc = CL.D_Var([], CL.T_Named RN.strandDescTy, RN.strandDesc name, SOME descI)
278 : jhr 548 in
279 : jhr 839 selfTyDef :: List.rev (desc :: prFn :: !code)
280 : jhr 548 end
281 : jhr 839
282 :     (* generate the table of strand descriptors *)
283 :     fun genStrandTable (ppStrm, strands) = let
284 :     val nStrands = length strands
285 :     fun genInit (Strand{name, ...}) = CL.I_Exp(CL.mkUnOp(CL.%&, CL.E_Var(RN.strandDesc name)))
286 :     fun genInits (_, []) = []
287 :     | genInits (i, s::ss) = (i, genInit s) :: genInits(i+1, ss)
288 :     fun ppDecl dcl = PrintAsC.output(ppStrm, dcl)
289 : jhr 547 in
290 : jhr 839 ppDecl (CL.D_Var([], CL.int32, RN.numStrands,
291 :     SOME(CL.I_Exp(CL.E_Int(IntInf.fromInt nStrands, CL.int32)))));
292 :     ppDecl (CL.D_Var([],
293 :     CL.T_Array(CL.T_Ptr(CL.T_Named RN.strandDescTy), SOME nStrands),
294 :     RN.strands,
295 :     SOME(CL.I_Array(genInits (0, strands)))))
296 : jhr 547 end
297 : jhr 519
298 : jhr 839 fun genSrc (baseName, Prog{globals, topDecls, strands, initially}) = let
299 :     val fileName = OS.Path.joinBaseExt{base=baseName, ext=SOME "c"}
300 :     val outS = TextIO.openOut fileName
301 :     val ppStrm = PrintAsC.new outS
302 :     fun ppDecl dcl = PrintAsC.output(ppStrm, dcl)
303 :     val strands = AtomTable.listItems strands
304 : jhr 695 in
305 : jhr 839 List.app ppDecl (List.rev (!globals));
306 :     List.app ppDecl (List.rev (!topDecls));
307 :     List.app (fn strand => List.app ppDecl (genStrand strand)) strands;
308 :     genStrandTable (ppStrm, strands);
309 :     ppDecl (!initially);
310 :     PrintAsC.close ppStrm;
311 :     TextIO.closeOut outS
312 : jhr 695 end
313 : jhr 547
314 : jhr 839 (* output the code to a file. The string is the basename of the file, the extension
315 :     * is provided by the target.
316 :     *)
317 :     fun generate (baseName, prog) = (
318 :     genSrc (baseName, prog);
319 : jhr 987 RunCC.compile baseName;
320 :     RunCC.link baseName)
321 : jhr 839
322 : jhr 519 end
323 :    
324 : jhr 839 (* strands *)
325 : jhr 544 structure Strand =
326 :     struct
327 :     fun define (Prog{strands, ...}, strandId) = let
328 : jhr 624 val name = Atom.toString strandId
329 : jhr 544 val strand = Strand{
330 : jhr 624 name = name,
331 :     tyName = RN.strandTy name,
332 : jhr 544 state = ref [],
333 : jhr 654 output = ref NONE,
334 : jhr 544 code = ref []
335 :     }
336 :     in
337 : jhr 624 AtomTable.insert strands (strandId, strand);
338 : jhr 544 strand
339 :     end
340 :    
341 : jhr 624 (* return the strand with the given name *)
342 :     fun lookup (Prog{strands, ...}, strandId) = AtomTable.lookup strands strandId
343 :    
344 : jhr 544 (* register the strand-state initialization code. The variables are the strand
345 :     * parameters.
346 :     *)
347 :     fun init (Strand{name, tyName, code, ...}, params, init) = let
348 : jhr 551 val fName = RN.strandInit name
349 : jhr 544 val params =
350 : jhr 547 CL.PARAM([], CL.T_Ptr(CL.T_Named tyName), "selfOut") ::
351 : jhr 842 List.map (fn (ToC.V(ty, x)) => CL.PARAM([], ty, x)) params
352 : jhr 544 val initFn = CL.D_Func([], CL.voidTy, fName, params, init)
353 :     in
354 :     code := initFn :: !code
355 :     end
356 : jhr 547
357 :     (* register a strand method *)
358 :     fun method (Strand{name, tyName, code, ...}, methName, body) = let
359 :     val fName = concat[name, "_", methName]
360 :     val params = [
361 :     CL.PARAM([], CL.T_Ptr(CL.T_Named tyName), "selfIn"),
362 :     CL.PARAM([], CL.T_Ptr(CL.T_Named tyName), "selfOut")
363 :     ]
364 : jhr 654 val methFn = CL.D_Func(["static"], CL.int32, fName, params, body)
365 : jhr 547 in
366 :     code := methFn :: !code
367 :     end
368 : jhr 654
369 : jhr 842 fun output (Strand{output, ...}, ty, ToC.V(_, x)) = output := SOME(ty, x)
370 : jhr 544
371 : jhr 839 end
372 : jhr 624
373 : jhr 519 end
374 :    
375 :     structure CBackEnd = CodeGenFn(CTarget)

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