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

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revision 365, Wed Sep 29 20:07:58 2010 UTC revision 1640, Wed Nov 16 02:19:51 2011 UTC
# Line 1  Line 1 
1  (* high-to-mid.sml  (* high-to-mid.sml
2   *   *
3   * COPYRIGHT (c) 2010 The Diderot Project (http://diderot.cs.uchicago.edu)   * COPYRIGHT (c) 2010 The Diderot Project (http://diderot-language.cs.uchicago.edu)
4   * All rights reserved.   * All rights reserved.
5   *   *
6   * Translation from HighIL to MidIL representations.   * Translation from HighIL to MidIL representations.
# Line 13  Line 13 
13    end = struct    end = struct
14    
15      structure SrcIL = HighIL      structure SrcIL = HighIL
16        structure SrcTy = HighILTypes
17      structure SrcOp = HighOps      structure SrcOp = HighOps
18        structure SrcSV = SrcIL.StateVar
19      structure VTbl = SrcIL.Var.Tbl      structure VTbl = SrcIL.Var.Tbl
20      structure DstIL = MidIL      structure DstIL = MidIL
21        structure DstTy = MidILTypes
22      structure DstOp = MidOps      structure DstOp = MidOps
23    
24      type var_env = DstIL.var SrcIL.Var.Tbl.hash_table      fun getRHS x  = (case SrcIL.Var.binding x
25               of SrcIL.VB_RHS(SrcIL.OP(rator, args)) => (rator, args)
26                | SrcIL.VB_RHS(SrcIL.VAR x') => getRHS x'
27                | vb => raise Fail(concat[
28                      "expected rhs operator for ", SrcIL.Var.toString x,
29                      "but found ", SrcIL.vbToString vb
30                    ])
31              (* end case *))
32    
33        fun cvtTy SrcTy.BoolTy = DstTy.BoolTy
34          | cvtTy SrcTy.StringTy = DstTy.StringTy
35          | cvtTy SrcTy.IntTy = DstTy.intTy
36          | cvtTy (SrcTy.TensorTy dd) = DstTy.tensorTy dd
37          | cvtTy (SrcTy.TupleTy tys) = DstTy.TupleTy(List.map cvtTy tys)
38          | cvtTy (SrcTy.SeqTy(ty, n)) = DstTy.SeqTy(cvtTy ty, n)
39        (* we replace Kernel and Field operations by 0, so the types are mapped to int *)
40          | cvtTy SrcTy.KernelTy = DstTy.intTy
41          | cvtTy SrcTy.FieldTy = DstTy.intTy
42          | cvtTy ty = raise Fail("unexpected type " ^ SrcTy.toString ty)
43    
44      (* instantiate the translation environment *)
45        local
46          type var_env = DstIL.var VTbl.hash_table
47          type state_var_env = DstIL.state_var SrcSV.Tbl.hash_table
48    
49      fun rename (env : var_env, x) = (case VTbl.find env x      fun rename (env : var_env, x) = (case VTbl.find env x
50             of SOME x' => x'             of SOME x' => x'
51              | NONE => let              | NONE => let
52                  val x' = DstIL.Var.new (SrcIL.Var.name x)                    val dstTy = (case SrcIL.Var.ty x
53                             of SrcTy.ImageTy _ => (
54                                (* for variables with image type, we need more detailed information
55                                 * about the image for the MidIL type.
56                                 *)
57                                  case getRHS x
58                                   of (SrcOp.LoadImage v, _) => DstTy.ImageTy v
59                                    | _ => raise Fail "bogus image variable"
60                                  (* end case *))
61                              | _ => cvtTy(SrcIL.Var.ty x)
62                            (* end case *))
63                      val x' = DstIL.Var.new (SrcIL.Var.name x, dstTy)
64                  in                  in
65                    VTbl.insert env (x, x');                    VTbl.insert env (x, x');
66                    x'                    x'
67                  end                  end
68            (* end case *))            (* end case *))
69    handle Fail msg => raise Fail(concat["rename(_, ", SrcIL.Var.toString x, "): ", msg])
70    
71    (* expand the field Inside operator into a image-space test *)          fun renameSV (env : state_var_env, x) = (case SrcSV.Tbl.find env x
72      fun expandInside (env, result, pos, fld) = let                 of SOME x' => x'
73            val pos = rename (env, pos)                  | NONE => let
74            val fld = (case SrcIL.Var.binding fld                      val dstTy = cvtTy (SrcSV.ty x)
75                   of SrcIL.VB_RHS(SrcIL.OP(SrcOp.Field fld, [])) => fld                      val x' = DstIL.StateVar.new (SrcSV.isOutput x, SrcSV.name x, dstTy)
76                    | _ => raise Fail "bogus field binding"                      in
77                          SrcSV.Tbl.insert env (x, x');
78                          x'
79                        end
80                  (* end case *))
81        in
82        structure Env = TranslateEnvFn (
83          struct
84            structure SrcIL = SrcIL
85            structure DstIL = DstIL
86            type var_env = var_env
87            type state_var_env = state_var_env
88            val rename = rename
89            val renameSV = renameSV
90          end)
91        end
92    
93      (* expand raising a real to an integer power.  When we know the exponent, we can inline
94       * multiplications.
95       *)
96        fun expandPower (env, y, [x, n]) = let
97              fun getConst x = (case SrcIL.Var.binding x
98                     of SrcIL.VB_RHS(SrcIL.VAR x') => getConst x'
99                      | SrcIL.VB_RHS(SrcIL.LIT(Literal.Int n)) => SOME n
100                      | vb => NONE
101                  (* end case *))                  (* end case *))
102            fun expand (FieldDef.CONV(_, img, _)) = let            val x = Env.rename(env, x)
103                  val imgPos = DstIL.Var.new "x"            fun pow () = let
104                    val t = DstIL.Var.new("n", DstTy.realTy)
105                  in [                  in [
106                    (imgPos, DstIL.OP(DstOp.Transform img, [pos])),                    (t, DstIL.OP(DstOp.IntToReal, [Env.rename(env, n)])),
107                    (result, DstIL.OP(DstOp.Inside img, [imgPos]))                    (y, DstIL.APPLY(ILBasis.pow, [x, t]))
108                  ] end                  ] end
             | expand (FieldDef.NEG fld) = expand fld  
             | expand (FieldDef.SUM(fld1, dlf2)) = raise Fail "expandInside: SUM"  
109            in            in
110              expand fld              case getConst n
111                 of SOME 0 => [(y, DstIL.LIT(Literal.Float(FloatLit.one)))]
112                  | SOME 1 => [(y, DstIL.VAR x)]
113                  | SOME ~1 => let
114                      val t = DstIL.Var.new("one", DstTy.realTy)
115                      in [
116                        (t, DstIL.LIT(Literal.Float(FloatLit.one))),
117                        (y, DstIL.OP(DstOp.Div DstTy.realTy, [t, x]))
118                      ] end
119                  | SOME 2 => [(y, DstIL.OP(DstOp.Mul DstTy.realTy, [x, x]))]
120    (* FIXME: expand into multiplications; ~2 ==> sqrt
121                  | SOME n =>
122    *) | SOME _ => pow()
123                  | NONE => pow()
124            end            end
125    
126      fun expandProbe (env, result, fld, pos) = let    (* expand the field Inside operator into a image-space test *)
127            val pos = rename (env, pos)      fun expandInside (env, result, pos, fld) = (case getRHS fld
128            val fld = (case SrcIL.Var.binding fld             of (SrcOp.Field d, [img, h]) => (case (getRHS img, getRHS h)
129                   of SrcIL.VB_RHS(SrcIL.OP(SrcOp.Field fld, [])) => fld                   of ((SrcOp.LoadImage v, _), (SrcOp.Kernel(h, _), [])) => let
130                          val pos = Env.rename (env, pos)
131                          val img = Env.rename (env, img)
132                          val imgPos = DstIL.Var.new ("x", DstTy.vecTy d)
133                          val s = Kernel.support h
134                          in [
135                            (imgPos, DstIL.OP(DstOp.PosToImgSpace v, [img, pos])),
136                            (result, DstIL.OP(DstOp.Inside(v, s), [imgPos, img]))
137                          ] end
138                      | _ => raise Fail "bogus kernel binding"
139                    (* end case *))
140                | _ => raise Fail "bogus field binding"
141              (* end case *))
142    
143        fun expandProbe (env, result, fld, pos) = (case getRHS fld
144               of (SrcOp.Field _, [img, h]) => (case (getRHS img, getRHS h)
145                     of ((SrcOp.LoadImage v, _), (SrcOp.Kernel(h, k), _)) => Probe.expand {
146                            result = result,
147                            img = Env.rename (env, img),
148                            v = v, h = h, k = k,
149                            pos = Env.rename (env, pos)
150                          }
151                      | _ => raise Fail "bogus image/kernel binding"
152                    (* end case *))
153                    | _ => raise Fail "bogus field binding"                    | _ => raise Fail "bogus field binding"
154                  (* end case *))                  (* end case *))
155    
156      (* expand the outer product of vectors v1 and v2, with dimensions d1 and d2 (resp.) *)
157        fun expandOuter (env, y, d1, d2, v1, v2) = let
158              val rowTy = DstTy.tensorTy[d1]
159              val colTy = DstTy.tensorTy[d2]
160              fun mkVar (i, j) = DstIL.Var.new (concat["o_", Int.toString i, "_", Int.toString j], DstTy.realTy)
161              fun mkRowVar i = DstIL.Var.new ("r_" ^ Int.toString i, DstTy.TensorTy[d2])
162              fun rowLp (i, rowVars, code) = if (i < d1)
163                    then let
164                      fun colLp (j, colVars, code) = if (j < d2)
165                            then let
166                              val a = DstIL.Var.new("a", DstTy.realTy)
167                              val b = DstIL.Var.new("b", DstTy.realTy)
168                              val x = mkVar (i, j)
169                              val code = (x, DstIL.OP(DstOp.Mul DstTy.realTy, [a, b]))
170                                    :: (b, DstIL.OP(DstOp.Index(colTy, j), [v2]))
171                                    :: (a, DstIL.OP(DstOp.Index(rowTy, i), [v1]))
172                                    :: code
173            in            in
174              Probe.expand (result, fld, pos)                              colLp (j+1, x::colVars, code)
175                              end
176                            else let
177                              val r = mkRowVar i
178                              in
179                                rowLp (i+1, r::rowVars,
180                                  (r, DstIL.CONS(rowTy, List.rev colVars)) :: code)
181                              end
182                      in
183                        colLp (0, [], code)
184                      end
185                    else List.rev ((y, DstIL.CONS(DstTy.TensorTy[d1,d2], List.rev rowVars)) :: code)
186              in
187                rowLp (0, [], [])
188            end            end
189    
190      fun cvtTy SrcOp.BoolTy = DstOp.BoolTy      fun arity (SrcTy.TensorTy[]) = 1
191        | cvtTy SrcOp.StringTy = DstOp.StringTy        | arity (SrcTy.TensorTy[d]) = d
       | cvtTy SrcOp.IntTy = DstOp.IntTy  
       | cvtTy (SrcOp.TensorTy[]) = DstOp.realTy  
       | cvtTy (SrcOp.TensorTy[d]) = DstOp.VecTy d  
       | cvtTy _ = raise Fail "unexpected higher-order tensor type"  
   
     fun arity (SrcOp.TensorTy[]) = 1  
       | arity (SrcOp.TensorTy[d]) = d  
192        | arity _ = raise Fail "arity"        | arity _ = raise Fail "arity"
193    
194      fun expandOp (env, y, rator, args) = let      fun expandOp (env, y, rator, args) = let
195            fun assign rator' =            fun assign rator' =
196                  [(y, DstIL.OP(rator', List.map (fn x => rename(env, x)) args))]                  [(y, DstIL.OP(rator', Env.renameList(env, args)))]
197              fun cvtToInt rator' = let
198                    val t = DstIL.Var.new ("t", DstTy.realTy)
199                    in [
200                      (t, DstIL.OP(rator', Env.renameList(env, args))),
201                      (y, DstIL.OP(DstOp.RealToInt 1, [t]))
202                    ] end
203              fun dummy () = [(y, DstIL.LIT(Literal.Int 0))]
204            in            in
205              case rator              case rator
206               of SrcOp.Add ty => assign (DstOp.Add(cvtTy ty))               of SrcOp.Add ty => assign (DstOp.Add(cvtTy ty))
# Line 80  Line 208 
208                | SrcOp.Mul ty => assign (DstOp.Mul(cvtTy ty))                | SrcOp.Mul ty => assign (DstOp.Mul(cvtTy ty))
209                | SrcOp.Div ty => assign (DstOp.Div(cvtTy ty))                | SrcOp.Div ty => assign (DstOp.Div(cvtTy ty))
210                | SrcOp.Neg ty => assign (DstOp.Neg(cvtTy ty))                | SrcOp.Neg ty => assign (DstOp.Neg(cvtTy ty))
211                  | SrcOp.Abs ty => assign (DstOp.Abs(cvtTy ty))
212                | SrcOp.LT ty => assign (DstOp.LT(cvtTy ty))                | SrcOp.LT ty => assign (DstOp.LT(cvtTy ty))
213                | SrcOp.LTE ty => assign (DstOp.LTE(cvtTy ty))                | SrcOp.LTE ty => assign (DstOp.LTE(cvtTy ty))
214                | SrcOp.EQ ty => assign (DstOp.EQ(cvtTy ty))                | SrcOp.EQ ty => assign (DstOp.EQ(cvtTy ty))
215                | SrcOp.NEQ ty => assign (DstOp.NEQ(cvtTy ty))                | SrcOp.NEQ ty => assign (DstOp.NEQ(cvtTy ty))
216                | SrcOp.GT ty => assign (DstOp.GT(cvtTy ty))                | SrcOp.GT ty => assign (DstOp.GT(cvtTy ty))
217                | SrcOp.GTE ty => assign (DstOp.GTE(cvtTy ty))                | SrcOp.GTE ty => assign (DstOp.GTE(cvtTy ty))
218                  | SrcOp.Power => expandPower(env, y, args)
219                  | SrcOp.Not => assign DstOp.Not
220                  | SrcOp.Max => assign DstOp.Max
221                  | SrcOp.Min => assign DstOp.Min
222                  | SrcOp.Clamp ty => assign (DstOp.Clamp(cvtTy ty))
223                  | SrcOp.Lerp ty => assign (DstOp.Lerp(cvtTy ty))
224                | SrcOp.Dot ty => assign (DstOp.Dot(arity ty))                | SrcOp.Dot ty => assign (DstOp.Dot(arity ty))
225                  | SrcOp.MulVecMat(SrcTy.TensorTy[d1, d2]) => assign (DstOp.MulVecMat(d1, d2))
226                  | SrcOp.MulMatVec(SrcTy.TensorTy[d1, d2]) => assign (DstOp.MulMatVec(d1, d2))
227                  | SrcOp.MulMatMat(SrcTy.TensorTy[d1, d2], SrcTy.TensorTy[d2', d3]) =>
228                      assign (DstOp.MulMatMat(d1, d2, d3))
229                | SrcOp.Cross => assign DstOp.Cross                | SrcOp.Cross => assign DstOp.Cross
230                | SrcOp.Norm ty => assign (DstOp.Norm(arity ty))                | SrcOp.Outer(SrcTy.TensorTy[d1, d2]) => let
231                | SrcOp.Scale ty => assign (DstOp.Scale(arity ty))                    val [v1, v2] = Env.renameList(env, args)
232                | SrcOp.InvScale ty => assign (DstOp.InvScale(arity ty))                    in
233                | SrcOp.CL => assign DstOp.CL                      expandOuter (env, y, d1, d2, v1, v2)
234                      end
235                  | SrcOp.Norm ty => assign (DstOp.Norm(cvtTy ty))
236                  | SrcOp.Normalize ty => assign (DstOp.Normalize(arity ty))
237                  | SrcOp.Scale ty => assign (DstOp.Scale(cvtTy ty))
238                | SrcOp.PrincipleEvec ty => assign (DstOp.PrincipleEvec(cvtTy ty))                | SrcOp.PrincipleEvec ty => assign (DstOp.PrincipleEvec(cvtTy ty))
239                | SrcOp.Subscript ty => assign (DstOp.Subscript(cvtTy ty))                | SrcOp.Identity n => assign (DstOp.Identity n)
240                | SrcOp.Max => assign DstOp.Max                | SrcOp.Zero ty => assign (DstOp.Zero(cvtTy ty))
241                | SrcOp.Min => assign DstOp.Min                | SrcOp.Trace(SrcTy.TensorTy[d, _]) => assign (DstOp.Trace d)
242                | SrcOp.Sin => assign DstOp.Sin                | SrcOp.Slice(ty, mask) => raise Fail "FIXME: Slice"
243                | SrcOp.Cos => assign DstOp.Cos                | SrcOp.TensorSub(ty as SrcTy.TensorTy _) => assign (DstOp.Subscript(cvtTy ty))
244                | SrcOp.Pow => assign DstOp.Pow                | SrcOp.Select(ty as SrcTy.TupleTy _, i) => assign (DstOp.Select(cvtTy ty, i))
245                | SrcOp.Not => assign DstOp.Not                | SrcOp.Select(ty as SrcTy.SeqTy _, i) => assign (DstOp.Index(cvtTy ty, i))
246                  | SrcOp.SeqSub(ty as SrcTy.SeqTy _) => assign (DstOp.Subscript(cvtTy ty))
247                | SrcOp.IntToReal => assign DstOp.IntToReal                | SrcOp.IntToReal => assign DstOp.IntToReal
248                | SrcOp.TruncToInt => assign (DstOp.TruncToInt 1)                | SrcOp.TruncToInt => cvtToInt (DstOp.Trunc 1)
249                | SrcOp.RoundToInt => assign (DstOp.RoundToInt 1)                | SrcOp.RoundToInt => cvtToInt (DstOp.Round 1)
250                | SrcOp.CeilToInt => assign (DstOp.CeilToInt 1)                | SrcOp.CeilToInt => cvtToInt (DstOp.Ceiling 1)
251                | SrcOp.FloorToInt => assign (DstOp.FloorToInt 1)                | SrcOp.FloorToInt => cvtToInt (DstOp.Floor 1)
252                  | SrcOp.Kernel _ => dummy()
253                | SrcOp.LoadImage info => assign (DstOp.LoadImage info)                | SrcOp.LoadImage info => assign (DstOp.LoadImage info)
254                | SrcOp.Inside => (case args                | SrcOp.Inside _ => (case args
255                     of [pos, fld] => expandInside(env, y, pos, fld)                     of [pos, fld] => expandInside(env, y, pos, fld)
256                    (* end case *))                    (* end case *))
257  (* QUESTION: there is no MidIL equivalant, but these might be floating                | SrcOp.Probe _ => (case args
  * around, which could cause invalid MidIL to be generated.  
  *)  
               | SrcOp.Field fld => []  
               | SrcOp.Probe => (case args  
258                     of [fld, pos] => expandProbe(env, y, fld, pos)                     of [fld, pos] => expandProbe(env, y, fld, pos)
259                    (* end case *))                    (* end case *))
260                | SrcOp.Input s => assign (DstOp.Input s)              (* fields are used in the Inside and Probe operations, but are otherwise ignored *)
261                | SrcOp.InputWithDefault s => assign (DstOp.InputWithDefault s)                | SrcOp.Field _ => dummy()
262                | _ => raise Fail("unexpected " ^ SrcOp.toString rator)                | SrcOp.AddField => dummy()
263                  | SrcOp.SubField => dummy()
264                  | SrcOp.ScaleField => dummy()
265                  | SrcOp.NegField => dummy()
266                  | SrcOp.DiffField => dummy()
267                  | SrcOp.Input(ty, s, desc) => assign (DstOp.Input(cvtTy ty, s, desc))
268                  | SrcOp.InputWithDefault(ty, s, desc) =>
269                      assign (DstOp.InputWithDefault(cvtTy ty, s, desc))
270                  | rator => raise Fail("bogus operator " ^ SrcOp.toString rator)
271              (* end case *)              (* end case *)
272            end            end
273    
274      (* expand a SrcIL assignment to a list of DstIL assignments *)
275      fun expand (env, (y, rhs)) = let      fun expand (env, (y, rhs)) = let
276            val y' = rename (env, y)            fun assign rhs = [DstIL.ASSGN(Env.rename (env, y), rhs)]
           fun assign rhs = [(y', rhs)]  
277            in            in
278              case rhs              case rhs
279               of SrcIL.VAR x => assign (DstIL.VAR(rename(env, x)))               of SrcIL.STATE x => assign (DstIL.STATE(Env.renameSV(env, x)))
280                  | SrcIL.VAR x => assign (DstIL.VAR(Env.rename(env, x)))
281                | SrcIL.LIT lit => assign (DstIL.LIT lit)                | SrcIL.LIT lit => assign (DstIL.LIT lit)
282                  | SrcIL.OP(SrcOp.Field _, args) => []
283                | SrcIL.OP(rator, args) =>                | SrcIL.OP(rator, args) =>
284                    expandOp (env, y', rator, args)                    List.map DstIL.ASSGN (expandOp (env, Env.rename (env, y), rator, args))
285                | SrcIL.CONS args =>                | SrcIL.APPLY(f, args) => assign(DstIL.APPLY(f, Env.renameList(env, args)))
286                    assign (DstIL.CONS(List.map (fn x => rename(env, x)) args))                | SrcIL.CONS(ty, args) => assign (DstIL.CONS(cvtTy ty, Env.renameList(env, args)))
287              (* end case *)              (* end case *)
288            end            end
289    
290      (* expand a SrcIL multi-assignment to a DstIL CFG *)
291        fun mexpand (env, (ys, rator, xs)) = let
292              val ys' = Env.renameList(env, ys)
293              val rator' = (case rator
294                     of SrcOp.Eigen2x2 => DstOp.EigenVecs2x2
295                      | SrcOp.Eigen3x3 => DstOp.EigenVecs3x3
296                      | SrcOp.Print tys => DstOp.Print(List.map cvtTy tys)
297                      | _ => raise Fail("bogus operator " ^ SrcOp.toString rator)
298                    (* end case *))
299              val xs' = Env.renameList(env, xs)
300              val nd = DstIL.Node.mkMASSIGN(ys', rator', xs')
301              in
302                DstIL.CFG{entry=nd, exit=nd}
303              end
304    
305      structure Trans =  TranslateFn (      structure Trans =  TranslateFn (
306        struct        struct
307          structure SrcIL = SrcIL          open Env
308          structure DstIL = DstIL          val expand = DstIL.CFG.mkBlock o expand
309            val mexpand = mexpand
         type var_env = var_env  
   
         val rename = rename  
         val expand = expand  
310        end)        end)
311    
312      fun translate (SrcIL.Program{globals, globalInit, actors}) =      fun translate prog = let
313            raise Fail "unimplemented"            val prog = Trans.translate prog
314              in
315                MidILCensus.init prog;
316                prog
317              end
318    
319    end    end

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