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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 1157 - (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 : jhr 1044 | StrandScope of TreeIL.var list (* strand initialization *)
51 : jhr 839 | 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 1153 fun fragment (ENV{info, vMap, scope}, blk) = let
69 :     val (vMap, stms) = ToC.trFragment (vMap, blk)
70 :     in
71 :     (ENV{info=info, vMap=vMap, scope=scope}, stms)
72 :     end
73 : jhr 1044 fun saveState cxt stateVars (env, args, stm) = (
74 :     ListPair.foldrEq
75 :     (fn (x, e, stms) => ToC.trAssign(env, x, e)@stms)
76 :     [stm]
77 :     (stateVars, args)
78 : jhr 1157 ) handle ListPair.UnequalLengths => (
79 :     print(concat["saveState ", cxt, ": length mismatch; ", Int.toString(List.length args), " args\n"]);
80 :     raise Fail(concat["saveState ", cxt, ": length mismatch"]))
81 : jhr 839 fun block (ENV{vMap, scope, ...}, blk) = (case scope
82 : jhr 1044 of StrandScope stateVars => ToC.trBlock (vMap, saveState "StrandScope" stateVars, blk)
83 :     | MethodScope stateVars => ToC.trBlock (vMap, saveState "MethodScope" stateVars, blk)
84 :     | _ => ToC.trBlock (vMap, fn (_, _, stm) => [stm], blk)
85 : jhr 839 (* end case *))
86 : jhr 840 fun exp (ENV{vMap, ...}, e) = ToC.trExp(vMap, e)
87 : jhr 519 end
88 :    
89 : jhr 839 (* variables *)
90 :     structure Var =
91 : jhr 525 struct
92 : jhr 1032 fun name (ToC.V(_, name)) = name
93 :     fun global (Prog{globals, ...}, name, ty) = let
94 :     val ty' = ToC.trType ty
95 : jhr 705 in
96 : jhr 1032 globals := CL.D_Var([], ty', name, NONE) :: !globals;
97 :     ToC.V(ty', name)
98 : jhr 705 end
99 : jhr 842 fun param x = ToC.V(ToC.trType(V.ty x), V.name x)
100 : jhr 840 fun state (Strand{state, ...}, x) = let
101 :     val ty' = ToC.trType(V.ty x)
102 :     val x' = ToC.V(ty', V.name x)
103 : jhr 623 in
104 : jhr 839 state := x' :: !state;
105 :     x'
106 : jhr 623 end
107 : jhr 839 end
108 : jhr 525
109 : jhr 839 (* environments *)
110 :     structure Env =
111 :     struct
112 :     (* create a new environment *)
113 :     fun new prog = ENV{
114 : jhr 840 info=INFO{prog = prog},
115 :     vMap = V.Map.empty,
116 : jhr 839 scope = NoScope
117 :     }
118 :     (* define the current translation context *)
119 :     fun setScope scope (ENV{info, vMap, ...}) = ENV{info=info, vMap=vMap, scope=scope}
120 :     val scopeGlobal = setScope GlobalScope
121 :     val scopeInitially = setScope InitiallyScope
122 : jhr 1044 fun scopeStrand (env, svars) = setScope (StrandScope svars) env
123 : jhr 839 fun scopeMethod (env, svars) = setScope (MethodScope svars) env
124 :     (* bind a TreeIL varaiable to a target variable *)
125 :     fun bind (ENV{info, vMap, scope}, x, x') = ENV{
126 :     info = info,
127 : jhr 840 vMap = V.Map.insert(vMap, x, x'),
128 : jhr 839 scope = scope
129 :     }
130 :     end
131 : jhr 525
132 : jhr 839 (* programs *)
133 : jhr 840 structure Program =
134 :     struct
135 : jhr 839 fun new () = (
136 :     RN.initTargetSpec();
137 :     Prog{
138 :     globals = ref [
139 :     CL.D_Verbatim[
140 :     if !Controls.doublePrecision
141 :     then "#define DIDEROT_DOUBLE_PRECISION"
142 :     else "#define DIDEROT_SINGLE_PRECISION",
143 :     "#include \"Diderot/diderot.h\""
144 :     ]],
145 :     topDecls = ref [],
146 :     strands = AtomTable.mkTable (16, Fail "strand table"),
147 :     initially = ref(CL.D_Comment["missing initially"])
148 :     })
149 :     (* register the global initialization part of a program *)
150 :     fun init (Prog{topDecls, ...}, init) = let
151 :     val initFn = CL.D_Func([], CL.voidTy, RN.initGlobals, [], init)
152 : jhr 528 in
153 : jhr 839 topDecls := initFn :: !topDecls
154 : jhr 528 end
155 : jhr 839 (* create and register the initially function for a program *)
156 :     fun initially {
157 :     prog = Prog{strands, initially, ...},
158 :     isArray : bool,
159 : jhr 1153 iterPrefix : stm list,
160 : jhr 839 iters : (var * exp * exp) list,
161 : jhr 1153 createPrefix : stm list,
162 : jhr 839 strand : Atom.atom,
163 :     args : exp list
164 :     } = let
165 :     val name = Atom.toString strand
166 :     val nDims = List.length iters
167 :     val worldTy = CL.T_Ptr(CL.T_Named RN.worldTy)
168 :     fun mapi f xs = let
169 :     fun mapf (_, []) = []
170 :     | mapf (i, x::xs) = f(i, x) :: mapf(i+1, xs)
171 :     in
172 :     mapf (0, xs)
173 :     end
174 :     val baseInit = mapi (fn (i, (_, e, _)) => (i, CL.I_Exp e)) iters
175 :     val sizeInit = mapi
176 : jhr 840 (fn (i, (ToC.V(ty, _), lo, hi)) =>
177 :     (i, CL.I_Exp(CL.mkBinOp(CL.mkBinOp(hi, CL.#-, lo), CL.#+, CL.E_Int(1, ty))))
178 : jhr 839 ) iters
179 :     val allocCode = [
180 :     CL.mkComment["allocate initial block of strands"],
181 :     CL.mkDecl(CL.T_Array(CL.int32, SOME nDims), "base", SOME(CL.I_Array baseInit)),
182 :     CL.mkDecl(CL.T_Array(CL.uint32, SOME nDims), "size", SOME(CL.I_Array sizeInit)),
183 :     CL.mkDecl(worldTy, "wrld",
184 :     SOME(CL.I_Exp(CL.E_Apply(RN.allocInitially, [
185 :     CL.mkUnOp(CL.%&, CL.E_Var(RN.strandDesc name)),
186 :     CL.E_Bool isArray,
187 :     CL.E_Int(IntInf.fromInt nDims, CL.int32),
188 :     CL.E_Var "base",
189 :     CL.E_Var "size"
190 :     ]))))
191 :     ]
192 :     (* create the loop nest for the initially iterations *)
193 :     val indexVar = "ix"
194 :     val strandTy = CL.T_Ptr(CL.T_Named(RN.strandTy name))
195 :     fun mkLoopNest [] = CL.mkBlock(createPrefix @ [
196 :     CL.mkDecl(strandTy, "sp",
197 :     SOME(CL.I_Exp(
198 :     CL.E_Cast(strandTy,
199 :     CL.E_Apply(RN.inState, [CL.E_Var "wrld", CL.E_Var indexVar]))))),
200 : jhr 840 CL.mkCall(RN.strandInit name, CL.E_Var "sp" :: args),
201 : jhr 839 CL.mkAssign(CL.E_Var indexVar, CL.mkBinOp(CL.E_Var indexVar, CL.#+, CL.E_Int(1, CL.uint32)))
202 :     ])
203 : jhr 840 | mkLoopNest ((ToC.V(ty, param), lo, hi)::iters) = let
204 : jhr 839 val body = mkLoopNest iters
205 :     in
206 :     CL.mkFor(
207 : jhr 840 [(ty, param, lo)],
208 : jhr 839 CL.mkBinOp(CL.E_Var param, CL.#<=, hi),
209 :     [CL.mkPostOp(CL.E_Var param, CL.^++)],
210 :     body)
211 :     end
212 :     val iterCode = [
213 :     CL.mkComment["initially"],
214 :     CL.mkDecl(CL.uint32, indexVar, SOME(CL.I_Exp(CL.E_Int(0, CL.uint32)))),
215 :     mkLoopNest iters
216 :     ]
217 :     val body = CL.mkBlock(iterPrefix @ allocCode @ iterCode @ [CL.mkReturn(SOME(CL.E_Var "wrld"))])
218 :     val initFn = CL.D_Func([], worldTy, RN.initially, [], body)
219 : jhr 548 in
220 : jhr 839 initially := initFn
221 : jhr 548 end
222 : jhr 839
223 :     (***** OUTPUT *****)
224 :     fun genStrand (Strand{name, tyName, state, output, code}) = let
225 :     (* the type declaration for the strand's state struct *)
226 :     val selfTyDef = CL.D_StructDef(
227 : jhr 840 List.rev (List.map (fn ToC.V(ty, x) => (ty, x)) (!state)),
228 : jhr 839 tyName)
229 :     (* the print function *)
230 :     val prFnName = concat[name, "_print"]
231 :     val prFn = let
232 :     val params = [
233 :     CL.PARAM([], CL.T_Ptr(CL.T_Named "FILE"), "outS"),
234 :     CL.PARAM([], CL.T_Ptr(CL.T_Named tyName), "self")
235 :     ]
236 : jhr 842 val SOME(ty, x) = !output
237 : jhr 839 val outState = CL.mkIndirect(CL.mkVar "self", x)
238 :     val prArgs = (case ty
239 : jhr 842 of Ty.IVecTy 1 => [CL.E_Str(!RN.gIntFormat ^ "\n"), outState]
240 :     | Ty.IVecTy d => let
241 : jhr 839 val fmt = CL.E_Str(
242 : jhr 842 String.concatWith " " (List.tabulate(d, fn _ => !RN.gIntFormat))
243 : jhr 839 ^ "\n")
244 : jhr 842 val args = List.tabulate (d, fn i => ToC.ivecIndex(outState, d, i))
245 : jhr 839 in
246 :     fmt :: args
247 :     end
248 : jhr 842 | Ty.TensorTy[] => [CL.E_Str "%f\n", outState]
249 :     | Ty.TensorTy[d] => let
250 : jhr 839 val fmt = CL.E_Str(
251 : jhr 842 String.concatWith " " (List.tabulate(d, fn _ => "%f"))
252 : jhr 839 ^ "\n")
253 : jhr 842 val args = List.tabulate (d, fn i => ToC.vecIndex(outState, d, i))
254 : jhr 839 in
255 :     fmt :: args
256 :     end
257 : jhr 842 | _ => raise Fail("genStrand: unsupported output type " ^ Ty.toString ty)
258 : jhr 839 (* end case *))
259 :     in
260 :     CL.D_Func(["static"], CL.voidTy, prFnName, params,
261 :     CL.mkCall("fprintf", CL.mkVar "outS" :: prArgs))
262 :     end
263 :     (* the strand's descriptor object *)
264 :     val descI = let
265 :     fun fnPtr (ty, f) = CL.I_Exp(CL.mkCast(CL.T_Named ty, CL.mkVar f))
266 :     in
267 :     CL.I_Struct[
268 :     ("name", CL.I_Exp(CL.E_Str name)),
269 :     ("stateSzb", CL.I_Exp(CL.mkSizeof(CL.T_Named(RN.strandTy name)))),
270 :     ("update", fnPtr("update_method_t", name ^ "_update")),
271 :     ("print", fnPtr("print_method_t", prFnName))
272 :     ]
273 :     end
274 :     val desc = CL.D_Var([], CL.T_Named RN.strandDescTy, RN.strandDesc name, SOME descI)
275 : jhr 548 in
276 : jhr 839 selfTyDef :: List.rev (desc :: prFn :: !code)
277 : jhr 548 end
278 : jhr 839
279 :     (* generate the table of strand descriptors *)
280 :     fun genStrandTable (ppStrm, strands) = let
281 :     val nStrands = length strands
282 :     fun genInit (Strand{name, ...}) = CL.I_Exp(CL.mkUnOp(CL.%&, CL.E_Var(RN.strandDesc name)))
283 :     fun genInits (_, []) = []
284 :     | genInits (i, s::ss) = (i, genInit s) :: genInits(i+1, ss)
285 :     fun ppDecl dcl = PrintAsC.output(ppStrm, dcl)
286 : jhr 547 in
287 : jhr 839 ppDecl (CL.D_Var([], CL.int32, RN.numStrands,
288 :     SOME(CL.I_Exp(CL.E_Int(IntInf.fromInt nStrands, CL.int32)))));
289 :     ppDecl (CL.D_Var([],
290 :     CL.T_Array(CL.T_Ptr(CL.T_Named RN.strandDescTy), SOME nStrands),
291 :     RN.strands,
292 :     SOME(CL.I_Array(genInits (0, strands)))))
293 : jhr 547 end
294 : jhr 519
295 : jhr 839 fun genSrc (baseName, Prog{globals, topDecls, strands, initially}) = let
296 :     val fileName = OS.Path.joinBaseExt{base=baseName, ext=SOME "c"}
297 :     val outS = TextIO.openOut fileName
298 :     val ppStrm = PrintAsC.new outS
299 :     fun ppDecl dcl = PrintAsC.output(ppStrm, dcl)
300 :     val strands = AtomTable.listItems strands
301 : jhr 695 in
302 : jhr 839 List.app ppDecl (List.rev (!globals));
303 :     List.app ppDecl (List.rev (!topDecls));
304 :     List.app (fn strand => List.app ppDecl (genStrand strand)) strands;
305 :     genStrandTable (ppStrm, strands);
306 :     ppDecl (!initially);
307 :     PrintAsC.close ppStrm;
308 :     TextIO.closeOut outS
309 : jhr 695 end
310 : jhr 547
311 : jhr 839 (* output the code to a file. The string is the basename of the file, the extension
312 :     * is provided by the target.
313 :     *)
314 :     fun generate (baseName, prog) = (
315 :     genSrc (baseName, prog);
316 : jhr 987 RunCC.compile baseName;
317 :     RunCC.link baseName)
318 : jhr 839
319 : jhr 519 end
320 :    
321 : jhr 839 (* strands *)
322 : jhr 544 structure Strand =
323 :     struct
324 :     fun define (Prog{strands, ...}, strandId) = let
325 : jhr 624 val name = Atom.toString strandId
326 : jhr 544 val strand = Strand{
327 : jhr 624 name = name,
328 :     tyName = RN.strandTy name,
329 : jhr 544 state = ref [],
330 : jhr 654 output = ref NONE,
331 : jhr 544 code = ref []
332 :     }
333 :     in
334 : jhr 624 AtomTable.insert strands (strandId, strand);
335 : jhr 544 strand
336 :     end
337 :    
338 : jhr 624 (* return the strand with the given name *)
339 :     fun lookup (Prog{strands, ...}, strandId) = AtomTable.lookup strands strandId
340 :    
341 : jhr 544 (* register the strand-state initialization code. The variables are the strand
342 :     * parameters.
343 :     *)
344 :     fun init (Strand{name, tyName, code, ...}, params, init) = let
345 : jhr 551 val fName = RN.strandInit name
346 : jhr 544 val params =
347 : jhr 547 CL.PARAM([], CL.T_Ptr(CL.T_Named tyName), "selfOut") ::
348 : jhr 842 List.map (fn (ToC.V(ty, x)) => CL.PARAM([], ty, x)) params
349 : jhr 544 val initFn = CL.D_Func([], CL.voidTy, fName, params, init)
350 :     in
351 :     code := initFn :: !code
352 :     end
353 : jhr 547
354 :     (* register a strand method *)
355 :     fun method (Strand{name, tyName, code, ...}, methName, body) = let
356 :     val fName = concat[name, "_", methName]
357 :     val params = [
358 :     CL.PARAM([], CL.T_Ptr(CL.T_Named tyName), "selfIn"),
359 :     CL.PARAM([], CL.T_Ptr(CL.T_Named tyName), "selfOut")
360 :     ]
361 : jhr 654 val methFn = CL.D_Func(["static"], CL.int32, fName, params, body)
362 : jhr 547 in
363 :     code := methFn :: !code
364 :     end
365 : jhr 654
366 : jhr 842 fun output (Strand{output, ...}, ty, ToC.V(_, x)) = output := SOME(ty, x)
367 : jhr 544
368 : jhr 839 end
369 : jhr 624
370 : jhr 519 end
371 :    
372 :     structure CBackEnd = CodeGenFn(CTarget)

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