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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 544 - (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 :     * Generate C code with SSE 4.2 intrinsics.
7 :     *)
8 :    
9 :     structure CTarget : TARGET =
10 :     struct
11 :    
12 : jhr 522 structure CL = CLang
13 :    
14 : jhr 525 datatype ty
15 :     = T_Bool
16 : jhr 534 | T_String
17 : jhr 525 | T_Int (* default float type *)
18 :     | T_Real (* default real type *)
19 :     | T_Vec of int
20 :     | T_IVec of int
21 :     | T_Image of int (* n-dimensional image data *)
22 : jhr 528 | T_Data of CL.ty (* pointer to image data *)
23 : jhr 519
24 : jhr 537 (* string representation of types (for debugging *)
25 :     fun tyToString ty = (case ty
26 :     of T_Bool => "T_Bool"
27 :     | T_String => "T_String"
28 :     | T_Int => "T_Int"
29 :     | T_Real => "T_Real"
30 :     | T_Vec n => concat["T_Vec(", Int.toString n, ")"]
31 :     | T_IVec n => concat["T_IVec(", Int.toString n, ")"]
32 :     | T_Image n => concat["T_Image(", Int.toString n, ")"]
33 :     | T_Data ty => "T_Data"
34 :     (* end case *))
35 :    
36 : jhr 544 datatype strand = Strand of {
37 :     name : string,
38 :     tyName : string,
39 :     state : (ty * string) list ref,
40 :     code : CL.decl list ref
41 :     }
42 : jhr 525
43 :     type var = (ty * string) (* FIXME *)
44 :    
45 :     type exp = CLang.exp * ty
46 :    
47 :     type stm = CL.stm
48 :    
49 :     type method = unit (* FIXME *)
50 :    
51 : jhr 527 datatype program = Prog of {
52 :     globals : CL.decl list ref,
53 : jhr 533 topDecls : CL.decl list ref,
54 : jhr 527 strands : strand list ref
55 :     }
56 :    
57 : jhr 525 (* globals that specify the target characteristics. These should be initialized
58 :     * when the program object is created.
59 :     *)
60 :     val gVectorWid = ref 4
61 :     val gIntTy = ref CL.int32
62 :     val gRealTy = ref CL.float
63 : jhr 544 val gRealSuffix = ref "f"
64 : jhr 525
65 :     (* initialize globals based on target precision *)
66 : jhr 533 fun initTargetSpec () = if !Controls.doublePrecision
67 : jhr 525 then (
68 :     gVectorWid := 2;
69 :     gIntTy := CL.int64;
70 : jhr 544 gRealTy := CL.double;
71 :     gRealSuffix := "d")
72 : jhr 525 else (
73 :     gVectorWid := 4;
74 :     gIntTy := CL.int32;
75 : jhr 544 gRealTy := CL.float;
76 :     gRealSuffix := "f")
77 : jhr 525
78 : jhr 519 (* for SSE, we have 128-bit vectors *)
79 : jhr 525 fun vectorWidth () = !gVectorWid
80 : jhr 519
81 : jhr 544 fun vectorSuffix n = Int.toString n ^ !gRealSuffix
82 :    
83 : jhr 519 (* target types *)
84 : jhr 525 val boolTy = T_Bool
85 :     val intTy = T_Int
86 :     val realTy = T_Real
87 :     fun vecTy 1 = T_Real
88 :     | vecTy n = if (n < 1) orelse (!gVectorWid < n)
89 :     then raise Size
90 :     else T_Vec n
91 :     fun ivecTy 1 = T_Int
92 :     | ivecTy n = if (n < 1) orelse (!gVectorWid < n)
93 :     then raise Size
94 :     else T_IVec n
95 :     fun imageTy dim = T_Image dim
96 : jhr 534 val stringTy = T_String
97 : jhr 519
98 : jhr 534 val statusTy = CL.T_Named "Status_t"
99 :    
100 : jhr 528 (* convert target types to CLang types *)
101 :     fun cvtTy T_Bool = CLang.T_Named "bool"
102 : jhr 534 | cvtTy T_String = CL.charPtr
103 : jhr 528 | cvtTy T_Int = !gIntTy
104 :     | cvtTy T_Real = !gRealTy
105 :     | cvtTy (T_Vec n) = CLang.T_Named(concat["Diderot_vec", Int.toString n, "D_t"])
106 :     | cvtTy (T_IVec n) = raise Fail "FIXME: T_IVec"
107 :     | cvtTy (T_Image n) = CLang.T_Named(concat["Diderot_image", Int.toString n, "D_t"])
108 :     | cvtTy (T_Data ty) = ty
109 :    
110 : jhr 525 (* helper functions for checking the types of arguments *)
111 :     fun scalarTy T_Int = true
112 :     | scalarTy T_Real = true
113 :     | scalarTy _ = false
114 :     fun numTy T_Bool = false
115 :     | numTy (T_Image _) = false
116 : jhr 528 | numTy (T_Data _) = false
117 : jhr 525 | numTy _ = true
118 : jhr 519
119 : jhr 528 fun newProgram () = (
120 : jhr 533 initTargetSpec();
121 : jhr 528 Prog{
122 :     globals = ref [],
123 : jhr 533 topDecls = ref [],
124 : jhr 528 strands = ref []
125 :     })
126 :    
127 : jhr 533 fun globalInit (Prog{topDecls, ...}, init) = let
128 :     val initFn = CL.D_Func([], CL.voidTy, "Diderot_InitGlobals", [], init)
129 :     in
130 :     topDecls := initFn :: !topDecls
131 :     end
132 :    
133 : jhr 525 structure Var =
134 :     struct
135 : jhr 528 fun global (Prog{globals, ...}, ty, name) = (
136 :     globals := CL.D_Var([], cvtTy ty, name) :: !globals;
137 :     (ty, name))
138 : jhr 544 fun param (ty, name) = (ty, name)
139 :     fun state (Strand{state, ...}, ty, name) = (
140 :     state := (ty, name) :: !state;
141 :     (ty, name))
142 :     fun var (ty, name) = (ty, name)
143 : jhr 525 fun tmp ty = raise Fail "FIXME: Var.tmp"
144 : jhr 519 end
145 :    
146 :     (* expression construction *)
147 : jhr 525 structure Expr =
148 :     struct
149 : jhr 519 (* variable references *)
150 : jhr 525 fun global (ty, x) = (CL.mkVar x, ty)
151 :     fun getState (ty, x) = (CL.mkIndirect(CL.mkVar "self", x), ty)
152 :     fun param (ty, x) = (CL.mkVar x, ty)
153 :     fun var (ty, x) = (CL.mkVar x, ty)
154 :    
155 : jhr 519 (* literals *)
156 : jhr 525 fun intLit n = (CL.mkInt(n, !gIntTy), intTy)
157 :     fun floatLit f = (CL.mkFlt(f, !gRealTy), realTy)
158 : jhr 533 fun stringLit s = (CL.mkStr s, stringTy)
159 : jhr 525 fun boolLit b = (CL.mkBool b, boolTy)
160 :    
161 : jhr 519 (* vector construction *)
162 : jhr 525 fun vector _ = raise Fail "FIXME: Expr.vector"
163 :    
164 : jhr 519 (* select from a vector *)
165 : jhr 525 fun select (i, (e, T_Vec n)) =
166 :     if (i < 0) orelse (n <= i)
167 :     then raise Subscript
168 :     else (CL.mkSubscript(e, CL.mkInt(IntInf.fromInt i, CL.int32)), T_Real)
169 :     | select (i, (e, T_IVec n)) =
170 :     if (i < 0) orelse (n <= i)
171 :     then raise Subscript
172 :     else (CL.mkSubscript(e, CL.mkInt(IntInf.fromInt i, CL.int32)), T_Int)
173 :     | select _ = raise Fail "invalid argument to select"
174 :    
175 : jhr 519 (* vector (and scalar) arithmetic *)
176 : jhr 525 local
177 :     fun checkTys (ty1, ty2) = (ty1 = ty2) andalso numTy ty1
178 :     fun binop rator ((e1, ty1), (e2, ty2)) =
179 :     if checkTys (ty1, ty2)
180 :     then (CL.mkBinOp(e1, rator, e2), ty1)
181 : jhr 544 else raise Fail(concat[
182 :     "invalid arguments to binary operator \"",
183 :     CL.binopToString rator, "\""
184 :     ])
185 : jhr 525 in
186 :     val add = binop CL.#+
187 :     val sub = binop CL.#-
188 : jhr 544 (* NOTE: multiplication and division are also used for scaling *)
189 :     fun mul ((e1, T_Real), (e2, T_Vec n)) =
190 :     (CL.E_Apply("Diderot_scale"^vectorSuffix n, [e1, e2]), T_Vec n)
191 :     | mul args = binop CL.#* args
192 :     fun divide ((e1, T_Vec n), (e2, T_Real)) =
193 :     (CL.E_Apply("Diderot_scale"^vectorSuffix n,
194 :     [CL.mkBinOp(CL.mkFlt(FloatLit.one, !gRealTy), CL.#/, e2), e1]), T_Vec n)
195 :     | divide args = binop CL.#/ args
196 : jhr 525 end (* local *)
197 :     fun neg (e, T_Bool) = raise Fail "invalid argument to neg"
198 :     | neg (e, ty) = (CL.mkUnOp(CL.%-, e), ty)
199 :    
200 :     fun abs (e, T_Int) = (CL.mkApply("abs", [e]), T_Int) (* FIXME: not the right type for 64-bit ints *)
201 : jhr 544 | abs (e, T_Real) = (CL.mkApply("fabs" ^ !gRealSuffix, [e]), T_Real)
202 : jhr 525 | abs (e, T_Vec n) = raise Fail "FIXME: Expr.abs"
203 :     | abs (e, T_IVec n) = raise Fail "FIXME: Expr.abs"
204 :     | abs _ = raise Fail "invalid argument to abs"
205 :    
206 : jhr 544 fun dot ((e1, T_Vec n1), (e2, T_Vec n2)) =
207 :     (CL.E_Apply("Diderot_dot"^vectorSuffix n1, [e1, e2]), T_Real)
208 : jhr 525 | dot _ = raise Fail "invalid argument to dot"
209 :    
210 :     fun cross ((e1, T_Vec 3), (e2, T_Vec 3)) = raise Fail "FIXME: Expr.cross"
211 :     | cross _ = raise Fail "invalid argument to cross"
212 :    
213 : jhr 544 fun length (e, T_Vec n) =
214 :     (CL.E_Apply("Diderot_length"^vectorSuffix n, [e]), T_Real)
215 : jhr 525 | length _ = raise Fail "invalid argument to length"
216 :    
217 : jhr 544 fun normalize (e, T_Vec n) =
218 :     (CL.E_Apply("Diderot_normalize"^vectorSuffix n, [e]), T_Vec n)
219 : jhr 525 | normalize _ = raise Fail "invalid argument to length"
220 :    
221 : jhr 519 (* comparisons *)
222 : jhr 525 local
223 :     fun checkTys (ty1, ty2) =
224 :     (ty1 = ty2) andalso scalarTy ty1
225 :     fun cmpop rator ((e1, ty1), (e2, ty2)) =
226 :     if checkTys (ty1, ty2)
227 :     then (CL.mkBinOp(e1, rator, e2), T_Bool)
228 :     else raise Fail "invalid arguments to compare operator"
229 :     in
230 :     val lt = cmpop CL.#<
231 :     val lte = cmpop CL.#<=
232 :     val equ = cmpop CL.#==
233 :     val neq = cmpop CL.#!=
234 :     val gte = cmpop CL.#>=
235 :     val gt = cmpop CL.#>
236 :     end (* local *)
237 :    
238 : jhr 519 (* logical connectives *)
239 : jhr 525 fun not (e, T_Bool) = (CL.mkUnOp(CL.%!, e), T_Bool)
240 :     | not _ = raise Fail "invalid argument to not"
241 :     fun && ((e1, T_Bool), (e2, T_Bool)) = (CL.mkBinOp(e1, CL.#&&, e2), T_Bool)
242 :     | && _ = raise Fail "invalid arguments to &&"
243 :     fun || ((e1, T_Bool), (e2, T_Bool)) = (CL.mkBinOp(e1, CL.#||, e2), T_Bool)
244 :     | || _ = raise Fail "invalid arguments to ||"
245 :    
246 :     local
247 :     fun checkTys (ty1, ty2) = (ty1 = ty2) andalso scalarTy ty1
248 :     fun binFn f ((e1, ty1), (e2, ty2)) =
249 :     if checkTys (ty1, ty2)
250 :     then (CL.mkApply(f, [e1, e2]), ty1)
251 :     else raise Fail "invalid arguments to binary function"
252 :     in
253 : jhr 519 (* misc functions *)
254 : jhr 525 val min = binFn "Diderot_min"
255 :     val max = binFn "Diderot_max"
256 :     end (* local *)
257 :    
258 : jhr 519 (* math functions *)
259 : jhr 525 fun pow ((e1, T_Real), (e2, T_Real)) =
260 :     if !Controls.doublePrecision
261 :     then (CL.mkApply("pow", [e1, e2]), T_Real)
262 :     else (CL.mkApply("powf", [e1, e2]), T_Real)
263 :     | pow _ = raise Fail "invalid arguments to pow"
264 :    
265 :     local
266 :     fun r2r (ff, fd) (e, T_Real) = if !Controls.doublePrecision
267 :     then (CL.mkApply(fd, [e]), T_Real)
268 :     else (CL.mkApply(ff, [e]), T_Real)
269 :     | r2r (_, fd) _ = raise Fail("invalid argument for "^fd)
270 :     in
271 :     val sin = r2r ("sinf", "sin")
272 :     val cos = r2r ("cosf", "cos")
273 :     val sqrt = r2r ("sqrtf", "sqrt")
274 : jhr 519 (* rounding *)
275 : jhr 525 val trunc = r2r ("truncf", "trunc")
276 :     val round = r2r ("roundf", "round")
277 :     val floor = r2r ("floorf", "floor")
278 :     val ceil = r2r ("ceilf", "ceil")
279 :     end (* local *)
280 :    
281 : jhr 519 (* conversions *)
282 : jhr 525 fun toReal (e, T_Int) = (CL.mkCast(!gRealTy, e), T_Real)
283 :     | toReal _ = raise Fail "invalid argument for toReal"
284 :    
285 :     fun truncToInt (e as (_, T_Real)) = (CL.mkCast(!gIntTy, #1(trunc e)), T_Int)
286 :     | truncToInt _ = raise Fail "invalid argument for truncToInt"
287 :     fun roundToInt (e as (_, T_Real)) = (CL.mkCast(!gIntTy, #1(round e)), T_Int)
288 :     | roundToInt _ = raise Fail "invalid argument for roundToInt"
289 :     fun ceilToInt (e as (_, T_Real)) = (CL.mkCast(!gIntTy, #1(floor e)), T_Int)
290 :     | ceilToInt _ = raise Fail "invalid argument for ceilToInt"
291 :     fun floorToInt (e as (_, T_Real)) = (CL.mkCast(!gIntTy, #1(ceil e)), T_Int)
292 :     | floorToInt _ = raise Fail "invalid argument for floorToInt"
293 :    
294 : jhr 519 (* runtime system hooks *)
295 : jhr 528 fun imageAddr (e, T_Image d) = let
296 :     val cTy = CL.T_Ptr(!gRealTy)
297 :     in
298 :     (CL.mkCast(cTy, CL.mkIndirect(e, "data")), T_Data cTy)
299 :     end
300 : jhr 525 | imageAddr _ = raise Fail "invalid argument to imageAddr"
301 : jhr 519 end
302 :    
303 :     (* statement construction *)
304 : jhr 525 structure Stmt =
305 :     struct
306 :     val comment = CL.S_Comment
307 :     fun assignState (x, (e, _)) = CL.mkAssign(#1(Expr.getState x), e)
308 :     fun assign ((_, x), (e, _)) = CL.mkAssign(CL.mkVar x, e)
309 : jhr 528 fun decl ((ty, x), SOME(e, _)) = CL.mkDecl(cvtTy ty, x, SOME e)
310 :     | decl ((ty, x), NONE) = CL.mkDecl(cvtTy ty, x, NONE)
311 : jhr 525 val block = CL.mkBlock
312 : jhr 532 fun ifthen ((e, T_Bool), s1) = CL.mkIfThen(e, s1)
313 : jhr 525 fun ifthenelse ((e, T_Bool), s1, s2) = CL.mkIfThenElse(e, s1, s2)
314 : jhr 534 (* special Diderot forms *)
315 :     fun cons (lhs, args) = comment ["**** cons ****"] (* FIXME *)
316 :     fun loadImage (lhs : var, dim, name : exp) = let
317 :     val sts = "sts"
318 :     val imgTy = CL.T_Named(concat["Diderot_image", Int.toString dim, "D_t"])
319 :     val loadFn = concat["Diderot_LoadImage", Int.toString dim, "D"]
320 :     in [
321 :     CL.S_Decl(
322 :     statusTy, sts,
323 :     SOME(CL.E_Apply(loadFn, [#1 name, CL.mkUnOp(CL.%&, CL.E_Var(#2 lhs))])))
324 :     ] end
325 :     fun input (lhs : var, name, optDflt) = let
326 :     val sts = "sts"
327 :     val inputFn = (case #1 lhs
328 :     of T_String => "Diderot_InputString"
329 : jhr 537 | T_Real => "Diderot_InputReal"
330 : jhr 534 | T_Vec 3 => "Diderot_InputVec3"
331 : jhr 537 | ty => raise Fail("unsupported input type " ^ tyToString ty)
332 : jhr 534 (* end case *))
333 :     val lhs = CL.E_Var(#2 lhs)
334 :     val (initCode, hasDflt) = (case optDflt
335 :     of SOME(e, _) => ([CL.S_Assign(lhs, e)], true)
336 :     | NONE => ([], false)
337 :     (* end case *))
338 :     val code = [
339 :     CL.S_Decl(
340 :     statusTy, sts,
341 :     SOME(CL.E_Apply(inputFn, [
342 :     CL.E_Str name, CL.mkUnOp(CL.%&, lhs), CL.mkBool hasDflt
343 :     ])))
344 :     ]
345 :     in
346 :     initCode @ code
347 :     end
348 : jhr 528 fun die () = comment ["**** die ****"] (* FIXME *)
349 :     fun stabilize () = comment ["**** stabilize ****"] (* FIXME *)
350 : jhr 519 end
351 :    
352 : jhr 544 structure Strand =
353 :     struct
354 :     fun define (Prog{strands, ...}, strandId) = let
355 :     val strand = Strand{
356 :     name = strandId,
357 :     tyName = strandId ^ "_t",
358 :     state = ref [],
359 :     code = ref []
360 :     }
361 :     in
362 :     strands := strand :: !strands;
363 :     strand
364 :     end
365 :    
366 :     (* register the strand-state initialization code. The variables are the strand
367 :     * parameters.
368 :     *)
369 :     fun init (Strand{name, tyName, code, ...}, params, init) = let
370 :     val fName = name ^ "_InitState"
371 :     val params =
372 :     CL.PARAM([], CL.T_Ptr(CL.T_Named tyName), "self") ::
373 :     List.map (fn (ty, x) => CL.PARAM([], cvtTy ty, x)) params
374 :     val initFn = CL.D_Func([], CL.voidTy, fName, params, init)
375 :     in
376 :     code := initFn :: !code
377 :     end
378 :     end (* Strand *)
379 :    
380 :     fun genStrand (Strand{name, tyName, state, code}) = let
381 :     val selfTyDef = CL.D_StructDef(
382 :     List.rev (List.map (fn (ty, x) => (cvtTy ty, x)) (!state)),
383 :     tyName)
384 :     in
385 :     selfTyDef :: List.rev (!code)
386 :     end
387 :    
388 : jhr 533 fun generate (baseName, Prog{globals, topDecls, strands}) = let
389 : jhr 527 val fileName = OS.Path.joinBaseExt{base=baseName, ext=SOME "c"}
390 :     val outS = TextIO.openOut fileName
391 :     val ppStrm = PrintAsC.new outS
392 : jhr 533 fun ppDecl dcl = PrintAsC.output(ppStrm, dcl)
393 : jhr 527 in
394 : jhr 533 List.app ppDecl (List.rev (!globals));
395 :     List.app ppDecl (List.rev (!topDecls));
396 : jhr 527 (* what about the strands, etc? *)
397 : jhr 544 List.app (fn strand => List.app ppDecl (genStrand strand)) (!strands);
398 : jhr 527 PrintAsC.close ppStrm;
399 :     TextIO.closeOut outS
400 :     end
401 :    
402 : jhr 519 end
403 :    
404 :     structure CBackEnd = CodeGenFn(CTarget)

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