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[diderot] Annotation of /branches/vis12/src/compiler/high-to-mid/high-to-mid.sml
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Annotation of /branches/vis12/src/compiler/high-to-mid/high-to-mid.sml

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Revision 2027 - (view) (download)

1 : jhr 280 (* high-to-mid.sml
2 :     *
3 : jhr 435 * COPYRIGHT (c) 2010 The Diderot Project (http://diderot-language.cs.uchicago.edu)
4 : jhr 280 * All rights reserved.
5 :     *
6 :     * Translation from HighIL to MidIL representations.
7 :     *)
8 :    
9 :     structure HighToMid : sig
10 :    
11 :     val translate : HighIL.program -> MidIL.program
12 :    
13 :     end = struct
14 :    
15 :     structure SrcIL = HighIL
16 : jhr 392 structure SrcTy = HighILTypes
17 : jhr 334 structure SrcOp = HighOps
18 : jhr 1640 structure SrcSV = SrcIL.StateVar
19 : jhr 364 structure VTbl = SrcIL.Var.Tbl
20 : jhr 280 structure DstIL = MidIL
21 : jhr 391 structure DstTy = MidILTypes
22 : jhr 334 structure DstOp = MidOps
23 : jhr 2016 structure InP = Inputs
24 : jhr 280
25 : jhr 1116 fun getRHS x = (case SrcIL.Var.binding x
26 :     of SrcIL.VB_RHS(SrcIL.OP(rator, args)) => (rator, args)
27 :     | SrcIL.VB_RHS(SrcIL.VAR x') => getRHS x'
28 :     | vb => raise Fail(concat[
29 :     "expected rhs operator for ", SrcIL.Var.toString x,
30 :     "but found ", SrcIL.vbToString vb
31 :     ])
32 :     (* end case *))
33 :    
34 : jhr 2016 fun getRHSImage x = (case getRHS x
35 : jhr 2027 of (SrcOp.LoadImage(_, _, v), _) => v
36 :     | (SrcOp.Input(InP.INP{init=SOME(InP.Proxy(_, v)), ...}), _) => v
37 : jhr 2016 | (SrcOp.Input(InP.INP{init=SOME(InP.Image v), ...}), _) => v
38 :     | _ => raise Fail "bogus image variable"
39 :     (* end case *))
40 :    
41 : jhr 394 fun cvtTy SrcTy.BoolTy = DstTy.BoolTy
42 :     | cvtTy SrcTy.StringTy = DstTy.StringTy
43 :     | cvtTy SrcTy.IntTy = DstTy.intTy
44 : jhr 1116 | cvtTy (SrcTy.TensorTy dd) = DstTy.tensorTy dd
45 : jhr 1640 | cvtTy (SrcTy.TupleTy tys) = DstTy.TupleTy(List.map cvtTy tys)
46 :     | cvtTy (SrcTy.SeqTy(ty, n)) = DstTy.SeqTy(cvtTy ty, n)
47 : jhr 1689 | cvtTy (SrcTy.DynSeqTy ty) = DstTy.DynSeqTy(cvtTy ty)
48 : jhr 1116 (* we replace Kernel and Field operations by 0, so the types are mapped to int *)
49 :     | cvtTy SrcTy.KernelTy = DstTy.intTy
50 :     | cvtTy SrcTy.FieldTy = DstTy.intTy
51 : jhr 397 | cvtTy ty = raise Fail("unexpected type " ^ SrcTy.toString ty)
52 : jhr 394
53 : jhr 1640 (* instantiate the translation environment *)
54 :     local
55 :     type var_env = DstIL.var VTbl.hash_table
56 :     type state_var_env = DstIL.state_var SrcSV.Tbl.hash_table
57 :    
58 :     fun rename (env : var_env, x) = (case VTbl.find env x
59 :     of SOME x' => x'
60 :     | NONE => let
61 :     val dstTy = (case SrcIL.Var.ty x
62 : jhr 2016 of SrcTy.ImageTy _ =>
63 : jhr 1640 (* for variables with image type, we need more detailed information
64 :     * about the image for the MidIL type.
65 :     *)
66 : jhr 2016 DstTy.ImageTy(getRHSImage x)
67 : jhr 1640 | _ => cvtTy(SrcIL.Var.ty x)
68 :     (* end case *))
69 :     val x' = DstIL.Var.new (SrcIL.Var.name x, dstTy)
70 :     in
71 :     VTbl.insert env (x, x');
72 :     x'
73 :     end
74 :     (* end case *))
75 : jhr 1116 handle Fail msg => raise Fail(concat["rename(_, ", SrcIL.Var.toString x, "): ", msg])
76 :    
77 : jhr 1640 fun renameSV (env : state_var_env, x) = (case SrcSV.Tbl.find env x
78 :     of SOME x' => x'
79 :     | NONE => let
80 :     val dstTy = cvtTy (SrcSV.ty x)
81 :     val x' = DstIL.StateVar.new (SrcSV.isOutput x, SrcSV.name x, dstTy)
82 :     in
83 :     SrcSV.Tbl.insert env (x, x');
84 :     x'
85 :     end
86 :     (* end case *))
87 :     in
88 :     structure Env = TranslateEnvFn (
89 :     struct
90 :     structure SrcIL = SrcIL
91 :     structure DstIL = DstIL
92 :     type var_env = var_env
93 :     type state_var_env = state_var_env
94 :     val rename = rename
95 :     val renameSV = renameSV
96 :     end)
97 :     end
98 : jhr 334
99 : jhr 1116 (* expand raising a real to an integer power. When we know the exponent, we can inline
100 :     * multiplications.
101 :     *)
102 :     fun expandPower (env, y, [x, n]) = let
103 :     fun getConst x = (case SrcIL.Var.binding x
104 :     of SrcIL.VB_RHS(SrcIL.VAR x') => getConst x'
105 :     | SrcIL.VB_RHS(SrcIL.LIT(Literal.Int n)) => SOME n
106 :     | vb => NONE
107 : jhr 280 (* end case *))
108 : jhr 1640 val x = Env.rename(env, x)
109 : jhr 1116 fun pow () = let
110 :     val t = DstIL.Var.new("n", DstTy.realTy)
111 : jhr 280 in [
112 : jhr 1640 (t, DstIL.OP(DstOp.IntToReal, [Env.rename(env, n)])),
113 : jhr 1922 (y, DstIL.APPLY(MathFuns.pow, [x, t]))
114 : jhr 280 ] end
115 :     in
116 : jhr 1116 case getConst n
117 :     of SOME 0 => [(y, DstIL.LIT(Literal.Float(FloatLit.one)))]
118 :     | SOME 1 => [(y, DstIL.VAR x)]
119 :     | SOME ~1 => let
120 :     val t = DstIL.Var.new("one", DstTy.realTy)
121 :     in [
122 :     (t, DstIL.LIT(Literal.Float(FloatLit.one))),
123 :     (y, DstIL.OP(DstOp.Div DstTy.realTy, [t, x]))
124 :     ] end
125 : jhr 1640 | SOME 2 => [(y, DstIL.OP(DstOp.Mul DstTy.realTy, [x, x]))]
126 :     (* FIXME: expand into multiplications; ~2 ==> sqrt
127 : jhr 1116 | SOME n =>
128 :     *) | SOME _ => pow()
129 :     | NONE => pow()
130 : jhr 280 end
131 :    
132 : jhr 1116 (* expand the field Inside operator into a image-space test *)
133 :     fun expandInside (env, result, pos, fld) = (case getRHS fld
134 : jhr 2016 of (SrcOp.Field d, [img, h]) => (case (getRHSImage img, getRHS h)
135 :     of (v, (SrcOp.Kernel(h, _), [])) => let
136 : jhr 1640 val pos = Env.rename (env, pos)
137 :     val img = Env.rename (env, img)
138 : jhr 1116 val imgPos = DstIL.Var.new ("x", DstTy.vecTy d)
139 :     val s = Kernel.support h
140 :     in [
141 :     (imgPos, DstIL.OP(DstOp.PosToImgSpace v, [img, pos])),
142 :     (result, DstIL.OP(DstOp.Inside(v, s), [imgPos, img]))
143 :     ] end
144 :     | _ => raise Fail "bogus kernel binding"
145 : jhr 358 (* end case *))
146 : jhr 1116 | _ => raise Fail "bogus field binding"
147 :     (* end case *))
148 :    
149 :     fun expandProbe (env, result, fld, pos) = (case getRHS fld
150 : jhr 2016 of (SrcOp.Field _, [img, h]) => (case (getRHSImage img, getRHS h)
151 :     of (v, (SrcOp.Kernel(h, k), _)) => Probe.expand {
152 : jhr 1116 result = result,
153 : jhr 1640 img = Env.rename (env, img),
154 : jhr 1116 v = v, h = h, k = k,
155 : jhr 1640 pos = Env.rename (env, pos)
156 : jhr 1116 }
157 :     | _ => raise Fail "bogus image/kernel binding"
158 :     (* end case *))
159 :     | _ => raise Fail "bogus field binding"
160 :     (* end case *))
161 :    
162 :     (* expand the outer product of vectors v1 and v2, with dimensions d1 and d2 (resp.) *)
163 :     fun expandOuter (env, y, d1, d2, v1, v2) = let
164 :     val rowTy = DstTy.tensorTy[d1]
165 :     val colTy = DstTy.tensorTy[d2]
166 :     fun mkVar (i, j) = DstIL.Var.new (concat["o_", Int.toString i, "_", Int.toString j], DstTy.realTy)
167 :     fun mkRowVar i = DstIL.Var.new ("r_" ^ Int.toString i, DstTy.TensorTy[d2])
168 :     fun rowLp (i, rowVars, code) = if (i < d1)
169 :     then let
170 :     fun colLp (j, colVars, code) = if (j < d2)
171 :     then let
172 :     val a = DstIL.Var.new("a", DstTy.realTy)
173 :     val b = DstIL.Var.new("b", DstTy.realTy)
174 :     val x = mkVar (i, j)
175 :     val code = (x, DstIL.OP(DstOp.Mul DstTy.realTy, [a, b]))
176 : jhr 1640 :: (b, DstIL.OP(DstOp.Index(colTy, j), [v2]))
177 :     :: (a, DstIL.OP(DstOp.Index(rowTy, i), [v1]))
178 : jhr 1116 :: code
179 :     in
180 :     colLp (j+1, x::colVars, code)
181 :     end
182 :     else let
183 :     val r = mkRowVar i
184 :     in
185 :     rowLp (i+1, r::rowVars,
186 :     (r, DstIL.CONS(rowTy, List.rev colVars)) :: code)
187 :     end
188 :     in
189 :     colLp (0, [], code)
190 :     end
191 :     else List.rev ((y, DstIL.CONS(DstTy.TensorTy[d1,d2], List.rev rowVars)) :: code)
192 : jhr 358 in
193 : jhr 1116 rowLp (0, [], [])
194 : jhr 358 end
195 : jhr 334
196 : jhr 392 fun arity (SrcTy.TensorTy[]) = 1
197 :     | arity (SrcTy.TensorTy[d]) = d
198 : jhr 365 | arity _ = raise Fail "arity"
199 :    
200 : jhr 364 fun expandOp (env, y, rator, args) = let
201 : jhr 365 fun assign rator' =
202 : jhr 1640 [(y, DstIL.OP(rator', Env.renameList(env, args)))]
203 : jhr 1116 fun cvtToInt rator' = let
204 :     val t = DstIL.Var.new ("t", DstTy.realTy)
205 :     in [
206 : jhr 1640 (t, DstIL.OP(rator', Env.renameList(env, args))),
207 : jhr 1116 (y, DstIL.OP(DstOp.RealToInt 1, [t]))
208 :     ] end
209 :     fun dummy () = [(y, DstIL.LIT(Literal.Int 0))]
210 : jhr 364 in
211 :     case rator
212 : jhr 365 of SrcOp.Add ty => assign (DstOp.Add(cvtTy ty))
213 :     | SrcOp.Sub ty => assign (DstOp.Sub(cvtTy ty))
214 :     | SrcOp.Mul ty => assign (DstOp.Mul(cvtTy ty))
215 :     | SrcOp.Div ty => assign (DstOp.Div(cvtTy ty))
216 :     | SrcOp.Neg ty => assign (DstOp.Neg(cvtTy ty))
217 : jhr 1116 | SrcOp.Abs ty => assign (DstOp.Abs(cvtTy ty))
218 : jhr 365 | SrcOp.LT ty => assign (DstOp.LT(cvtTy ty))
219 :     | SrcOp.LTE ty => assign (DstOp.LTE(cvtTy ty))
220 :     | SrcOp.EQ ty => assign (DstOp.EQ(cvtTy ty))
221 :     | SrcOp.NEQ ty => assign (DstOp.NEQ(cvtTy ty))
222 :     | SrcOp.GT ty => assign (DstOp.GT(cvtTy ty))
223 :     | SrcOp.GTE ty => assign (DstOp.GTE(cvtTy ty))
224 : jhr 1116 | SrcOp.Power => expandPower(env, y, args)
225 :     | SrcOp.Not => assign DstOp.Not
226 :     | SrcOp.Max => assign DstOp.Max
227 :     | SrcOp.Min => assign DstOp.Min
228 : jhr 1295 | SrcOp.Clamp ty => assign (DstOp.Clamp(cvtTy ty))
229 : jhr 1116 | SrcOp.Lerp ty => assign (DstOp.Lerp(cvtTy ty))
230 : jhr 365 | SrcOp.Dot ty => assign (DstOp.Dot(arity ty))
231 : jhr 1116 | SrcOp.MulVecMat(SrcTy.TensorTy[d1, d2]) => assign (DstOp.MulVecMat(d1, d2))
232 :     | SrcOp.MulMatVec(SrcTy.TensorTy[d1, d2]) => assign (DstOp.MulMatVec(d1, d2))
233 :     | SrcOp.MulMatMat(SrcTy.TensorTy[d1, d2], SrcTy.TensorTy[d2', d3]) =>
234 :     assign (DstOp.MulMatMat(d1, d2, d3))
235 : jhr 1939 | SrcOp.MulVecTen3(SrcTy.TensorTy[d1, d2, d3]) => assign(DstOp.MulVecTen3(d1, d2, d3))
236 :     | SrcOp.MulTen3Vec(SrcTy.TensorTy[d1, d2, d3]) => assign(DstOp.MulTen3Vec(d1, d2, d3))
237 : jhr 1945 | SrcOp.ColonMul(ty1, ty2) => assign(DstOp.ColonMul(cvtTy ty1, cvtTy ty2))
238 : jhr 365 | SrcOp.Cross => assign DstOp.Cross
239 : jhr 1116 | SrcOp.Outer(SrcTy.TensorTy[d1, d2]) => let
240 : jhr 1640 val [v1, v2] = Env.renameList(env, args)
241 : jhr 1116 in
242 :     expandOuter (env, y, d1, d2, v1, v2)
243 :     end
244 :     | SrcOp.Norm ty => assign (DstOp.Norm(cvtTy ty))
245 :     | SrcOp.Normalize ty => assign (DstOp.Normalize(arity ty))
246 :     | SrcOp.Scale ty => assign (DstOp.Scale(cvtTy ty))
247 : jhr 365 | SrcOp.PrincipleEvec ty => assign (DstOp.PrincipleEvec(cvtTy ty))
248 : jhr 1116 | SrcOp.Identity n => assign (DstOp.Identity n)
249 :     | SrcOp.Zero ty => assign (DstOp.Zero(cvtTy ty))
250 :     | SrcOp.Trace(SrcTy.TensorTy[d, _]) => assign (DstOp.Trace d)
251 :     | SrcOp.Slice(ty, mask) => raise Fail "FIXME: Slice"
252 : jhr 1640 | SrcOp.TensorSub(ty as SrcTy.TensorTy _) => assign (DstOp.Subscript(cvtTy ty))
253 :     | SrcOp.Select(ty as SrcTy.TupleTy _, i) => assign (DstOp.Select(cvtTy ty, i))
254 : jhr 2022 | SrcOp.SeqSub ty => assign (DstOp.Subscript(cvtTy ty))
255 : jhr 1689 | SrcOp.MkDynamic(ty, n) => assign (DstOp.MkDynamic(cvtTy ty, n))
256 :     | SrcOp.Append ty => assign (DstOp.Append(cvtTy ty))
257 :     | SrcOp.Prepend ty => assign (DstOp.Prepend(cvtTy ty))
258 :     | SrcOp.Concat ty => assign (DstOp.Concat(cvtTy ty))
259 : jhr 1925 | SrcOp.Length ty => assign (DstOp.Length(cvtTy ty))
260 : jhr 365 | SrcOp.IntToReal => assign DstOp.IntToReal
261 : jhr 1116 | SrcOp.TruncToInt => cvtToInt (DstOp.Trunc 1)
262 :     | SrcOp.RoundToInt => cvtToInt (DstOp.Round 1)
263 :     | SrcOp.CeilToInt => cvtToInt (DstOp.Ceiling 1)
264 :     | SrcOp.FloorToInt => cvtToInt (DstOp.Floor 1)
265 :     | SrcOp.Kernel _ => dummy()
266 : jhr 2009 (* DEPRECATED
267 : jhr 365 | SrcOp.LoadImage info => assign (DstOp.LoadImage info)
268 : jhr 2009 *)
269 : jhr 407 | SrcOp.Inside _ => (case args
270 : jhr 365 of [pos, fld] => expandInside(env, y, pos, fld)
271 :     (* end case *))
272 : jhr 407 | SrcOp.Probe _ => (case args
273 : jhr 365 of [fld, pos] => expandProbe(env, y, fld, pos)
274 :     (* end case *))
275 : jhr 1116 (* fields are used in the Inside and Probe operations, but are otherwise ignored *)
276 :     | SrcOp.Field _ => dummy()
277 :     | SrcOp.AddField => dummy()
278 :     | SrcOp.SubField => dummy()
279 :     | SrcOp.ScaleField => dummy()
280 :     | SrcOp.NegField => dummy()
281 :     | SrcOp.DiffField => dummy()
282 : jhr 2027 | SrcOp.LoadSeq(ty, nrrd) => assign (DstOp.LoadSeq(cvtTy ty, nrrd))
283 :     | SrcOp.LoadImage(ty, nrrd, info) => assign (DstOp.LoadImage(cvtTy ty, nrrd, info))
284 : jhr 2011 | SrcOp.Input inp => assign (DstOp.Input(Inputs.map cvtTy inp))
285 : jhr 1116 | rator => raise Fail("bogus operator " ^ SrcOp.toString rator)
286 : jhr 365 (* end case *)
287 :     end
288 : jhr 314
289 : jhr 387 (* expand a SrcIL assignment to a list of DstIL assignments *)
290 : jhr 364 fun expand (env, (y, rhs)) = let
291 : jhr 1640 fun assign rhs = [DstIL.ASSGN(Env.rename (env, y), rhs)]
292 : jhr 364 in
293 :     case rhs
294 : jhr 1640 of SrcIL.STATE x => assign (DstIL.STATE(Env.renameSV(env, x)))
295 :     | SrcIL.VAR x => assign (DstIL.VAR(Env.rename(env, x)))
296 : jhr 364 | SrcIL.LIT lit => assign (DstIL.LIT lit)
297 : jhr 397 | SrcIL.OP(SrcOp.Field _, args) => []
298 : jhr 1640 | SrcIL.OP(rator, args) =>
299 :     List.map DstIL.ASSGN (expandOp (env, Env.rename (env, y), rator, args))
300 :     | SrcIL.APPLY(f, args) => assign(DstIL.APPLY(f, Env.renameList(env, args)))
301 :     | SrcIL.CONS(ty, args) => assign (DstIL.CONS(cvtTy ty, Env.renameList(env, args)))
302 : jhr 364 (* end case *)
303 :     end
304 :    
305 : jhr 1640 (* expand a SrcIL multi-assignment to a DstIL CFG *)
306 :     fun mexpand (env, (ys, rator, xs)) = let
307 :     val ys' = Env.renameList(env, ys)
308 :     val rator' = (case rator
309 :     of SrcOp.Eigen2x2 => DstOp.EigenVecs2x2
310 :     | SrcOp.Eigen3x3 => DstOp.EigenVecs3x3
311 :     | SrcOp.Print tys => DstOp.Print(List.map cvtTy tys)
312 :     | _ => raise Fail("bogus operator " ^ SrcOp.toString rator)
313 :     (* end case *))
314 :     val xs' = Env.renameList(env, xs)
315 :     val nd = DstIL.Node.mkMASSIGN(ys', rator', xs')
316 :     in
317 :     DstIL.CFG{entry=nd, exit=nd}
318 :     end
319 :    
320 : jhr 364 structure Trans = TranslateFn (
321 :     struct
322 : jhr 1640 open Env
323 : jhr 1116 val expand = DstIL.CFG.mkBlock o expand
324 : jhr 1640 val mexpand = mexpand
325 : jhr 364 end)
326 :    
327 : jhr 1116 fun translate prog = let
328 :     val prog = Trans.translate prog
329 : jhr 367 in
330 : jhr 1116 MidILCensus.init prog;
331 :     prog
332 : jhr 367 end
333 : jhr 364
334 : jhr 280 end

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