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[diderot] Annotation of /branches/vis15/src/compiler/low-to-tree/low-to-tree.sml
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Annotation of /branches/vis15/src/compiler/low-to-tree/low-to-tree.sml

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Revision 3836 - (view) (download)

1 : jhr 3828 (* low-to-tree.sml
2 :     *
3 :     * This code is part of the Diderot Project (http://diderot-language.cs.uchicago.edu)
4 :     *
5 :     * COPYRIGHT (c) 2016 The University of Chicago
6 :     * All rights reserved.
7 :     *)
8 :    
9 :     structure LowToTree : sig
10 :    
11 : jhr 3835 val translate : LowIR.program * TreeTypes.vec_layout -> TreeIR.program
12 : jhr 3828
13 :     end = struct
14 :    
15 : jhr 3834 structure IR = LowIR
16 :     structure V = LowIR.Var
17 :     structure Ty = LowTypes
18 :     structure Op = LowOps
19 : jhr 3835 structure GV = IR.GlobalVar
20 :     structure SV = IR.StateVar
21 : jhr 3834 structure T = TreeIR
22 :     structure TTy = TreeTypes
23 :     structure TOp = TreeOps
24 :     structure TV = TreeVar
25 :     structure TGV = TreeGlobalVar
26 :     structure TSV = TreeStateVar
27 : jhr 3828
28 : jhr 3835 (* translate a type for an in-memory type (i.e., the type of a global or state variable) *)
29 :     fun trMemoryTy ty = (case ty
30 :     of Ty.BoolTy => TTy.BoolTy
31 :     | Ty.IntTy => TTy.IntTy
32 :     | Ty.StringTy => TTy.StringTy
33 :     | Ty.TensorTy dd => TTy.TensorTy dd
34 :     | Ty.TupleTy tys => TTy.TupleTy(List.map trMemoryTy tys)
35 :     | Ty.SeqTy(ty, dim) => TTy.SeqTy(trMemoryTy ty, dim)
36 :     | Ty.ImageTy info => TTy.ImageTy info
37 :     (* end case *))
38 :    
39 :     (* associate Tree IL globals variables with Low IL variables using properties *)
40 :     local
41 :     val {setFn, peekFn, ...} =
42 :     GV.newProp (fn x => raise Fail(concat["getGlobalVar(", GV.uniqueName x, ")"]))
43 :     in
44 :     fun mkGlobalVar x = (case peekFn x
45 :     of NONE => let
46 :     val x' = TGV.new {
47 :     name = GV.name x,
48 :     ty = trMemoryTy (GV.ty x),
49 :     input = GV.isInput x,
50 :     output = false, (* FIXME: change once we support output globals *)
51 :     varying = ??,
52 :     apiTy = ??
53 :     }
54 :     in
55 :     setFn (x, x');
56 :     x'
57 :     end
58 :     | SOME x' => x'
59 :     (* end case *))
60 :     end
61 :    
62 :     (* associate Tree IL state variables with Low IL variables using properties *)
63 :     local
64 :     fun mkStateVar x = TSV.new {
65 :     name = SV.name x,
66 :     ty = trMemoryTy (SV.ty x),
67 :     varying = VA.isVarying x,
68 :     apiTy = ??
69 :     }
70 :     in
71 :     val {getFn = getStateVar, ...} = SV.newProp mkStateVar
72 :     end
73 :    
74 : jhr 3834 fun mkBlock stms = T.Block{locals=[], body=stms}
75 :     fun mkIf (x, stms, []) = T.S_IfThen(x, mkBlock stms)
76 :     | mkIf (x, stms1, stms2) = T.S_IfThenElse(x, mkBlock stms1, mkBlock stms2)
77 : jhr 3828
78 : jhr 3834 fun cvtScalarTy Ty.BoolTy = TTy.BoolTy
79 :     | cvtScalarTy Ty.IntTy = TTy.IntTy
80 : jhr 3835 | cvtScalarTy (Ty.TensorTy[]) = TTy.realTy
81 : jhr 3834 | cvtScalarTy ty = raise Fail(concat["cvtScalarTy(", Ty.toString ty, ")"])
82 :    
83 :     fun vectorArg (env, x) = (case Env.useVar env x
84 :     of Env.TREE(ty, e) => ?? (* need to unpack e *)
85 :     | Env.VEC(layout, es) => (layout, es)
86 :     (* end case *))
87 :    
88 :     (* convert a list of LowIR variables, each of which are mapped
89 :     * to lists of of vector expressions, to a list of list of expressions
90 :     *)
91 :     fun vectorArgs (env, []) = raise Fail "unexpected empty argument list"
92 :     | vectorArgs (env, x::xs) = let
93 :     val (layout, exps) = vectorArg (env, x)
94 :     fun doArg (x, argLists) = let
95 :     val (_, exps) = vectorArg (env, x)
96 :     in
97 :     ListPair.mapEq (op ::) (exps, argLists)
98 :     end
99 :     val argLists = List.foldl doArg exps xs
100 :     in
101 :     (layout, List.map List.rev argLists)
102 :     end
103 :    
104 :     fun trOp (env, lhs, srcRator, args) = let
105 : jhr 3835 fun bindOp rator = Env.TREE(T.E_Op(rator, List.map (Env.useVar env) args))
106 :     fun bindVOp rator = let
107 : jhr 3834 val (layout, argss) = vectorArgs (env, args)
108 : jhr 3829 val exps = ListPair.map
109 : jhr 3835 (fn (w, args) => T.E_Op(rator w, args))
110 : jhr 3834 (#pieces layout, argss)
111 : jhr 3829 in
112 : jhr 3834 Env.VEC(layout, exps)
113 : jhr 3829 end
114 :     in
115 : jhr 3834 case srcRator
116 :     of Op.IAdd => bindOp TOp.IAdd
117 :     | Op.ISub => bindOp TOp.ISub
118 :     | Op.IMul => bindOp TOp.IMul
119 :     | Op.IDiv => bindOp TOp.IDiv
120 :     | Op.IMod => bindOp TOp.IMod
121 :     | Op.INeg => bindOp TOp.INeg
122 :     | Op.RAdd => bindOp TOp.RAdd
123 :     | Op.RSub => bindOp TOp.RSub
124 :     | Op.RMul => bindOp TOp.RMul
125 :     | Op.RDiv => bindOp TOp.RDiv
126 :     | Op.RNeg => bindOp TOp.RNeg
127 :     | Op.LT ty => bindOp (TOp.LT (cvtScalarTy ty))
128 :     | Op.LTE ty => bindOp (TOp.LTE (cvtScalarTy ty))
129 :     | Op.EQ ty => bindOp (TOp.EQ (cvtScalarTy ty))
130 :     | Op.NEQ ty => bindOp (TOp.NEQ (cvtScalarTy ty))
131 :     | Op.GT ty => bindOp (TOp.GT (cvtScalarTy ty))
132 :     | Op.GTE ty => bindOp (TOp.GTE (cvtScalarTy ty))
133 :     | Op.Not => bindOp TOp.Not
134 :     | Op.Abs ty => bindOp (TOp.Abs (cvtScalarTy ty))
135 :     | Op.Max ty => bindOp (TOp.Max (cvtScalarTy ty))
136 :     | Op.Min ty => bindOp (TOp.Min (cvtScalarTy ty))
137 :     | Op.RClamp => bindOp TOp.RClamp
138 :     | Op.RLerp => bindOp TOp.RLerp
139 :     | Op.VAdd _ => bindVOp TOp.VAdd
140 :     | Op.VSub _ => bindVOp TOp.VSub
141 :     | Op.VScale _ => bindVOp TOp.VScale
142 :     | Op.VMul _ => bindVOp TOp.VMul
143 :     | Op.VNeg _ => bindVOp TOp.VNeg
144 :     | Op.VSum _ => ??
145 :     | Op.VProj(d, i) => ??
146 :     | Op.VClamp n => bindVOp TOp.VClamp
147 :     | Op.VMapClamp n => bindVOp TOp.VMapClamp
148 :     | Op.VLerp n => bindVOp TOp.VLerp
149 :     | Op.TensorIndex(ty, idxs) => ??
150 :     | Op.ProjectLast(ty, idxs) => ??
151 :     | Op.EigenVecs2x2 => ??
152 :     | Op.EigenVecs3x3 => ??
153 :     | Op.EigenVals2x2 => ??
154 :     | Op.EigenVals3x3 => ??
155 :     | Op.Zero ty => ??
156 :     | Op.Select(Ty.TupleTy tys, i) => ??
157 :     | Op.Subscript(Ty.SeqTy(ty, NONE)) => ??
158 :     | Op.Subscript(Ty.SeqTy(ty, SOME _)) => ??
159 :     | Op.MkDynamic(ty, n) => ??
160 :     | Op.Append ty => ??
161 :     | Op.Prepend ty => ??
162 :     | Op.Concat ty => ??
163 :     | Op.Range => ??
164 :     | Op.Length ty => ??
165 :     | Op.SphereQuery(ty1, ty2) => ??
166 :     | Op.Sqrt => bindOp TOp.Sqrt
167 :     | Op.Cos => bindOp TOp.Cos
168 :     | Op.ArcCos => bindOp TOp.ArcCos
169 :     | Op.Sin => bindOp TOp.Sin
170 :     | Op.ArcSin => bindOp TOp.ArcSin
171 :     | Op.Tan => bindOp TOp.Tan
172 :     | Op.ArcTan => bindOp TOp.ArcTan
173 :     | Op.Ceiling 1 => bindOp (TOp.Ceiling 1)
174 :     | Op.Ceiling d => ??
175 :     | Op.Floor 1 => bindOp (TOp.Floor 1)
176 :     | Op.Floor d => ??
177 :     | Op.Round 1 => bindOp (TOp.Floor 1)
178 :     | Op.Round d => ??
179 :     | Op.Trunc 1 => bindOp (TOp.Trunc 1)
180 :     | Op.Trunc d => ??
181 : jhr 3835 | Op.IntToReal => bindOp TOp.IntToReal
182 : jhr 3834 | Op.RealToInt 1 => ??
183 :     | Op.RealToInt d => ??
184 :     | Op.R_All ty => ??
185 :     | Op.R_Exists ty => ??
186 :     | Op.R_Max ty => ??
187 :     | Op.R_Min ty => ??
188 :     | Op.R_Sum ty => ??
189 :     | Op.R_Product ty => ??
190 :     | Op.R_Mean ty => ??
191 :     | Op.R_Variance ty => ??
192 :     | Op.Transform info => ??
193 :     | Op.Translate info => ??
194 : jhr 3835 | Op.ControlIndex(info, ctl, d) => ??
195 : jhr 3834 | Op.LoadVoxel info => ??
196 :     | Op.Inside(info, s) => ??
197 : jhr 3835 | Op.ImageDim(info, d) => bindOp(TOp.ImageDim(info, d))
198 : jhr 3834 | Op.LoadSeq(ty, file) => ??
199 :     | Op.LoadImage(ty, file) => ??
200 :     | Op.MathFn f => bindOp (TOp.MathFn f)
201 :     | rator => raise Fail("bogus operator " ^ Op.toString rator)
202 : jhr 3829 (* end case *)
203 :     end
204 :    
205 : jhr 3834 fun trAssign (env, lhs, rhs) = let
206 : jhr 3836 (* simple binding for lhs variable; we check to see if it is part of an merged
207 :     * equivalence class, in which case we need to generate the assigment.
208 :     *)
209 :     fun bindSimple rhs = (case UnifyVars.eqClassOf lhs
210 :     of SOME x => ??
211 :     | NONE => (Env.bindSimple (env, lhs, rhs); (env, []))
212 :     (* end case *))
213 : jhr 3834 in
214 :     case rhs
215 : jhr 3836 of IR.GLOBAL x => bindSimple (T.E_Global(getGlobalVar x))
216 :     | IR.STATE x => bindSimple (T.E_State(getStateVar x))
217 :     | IR.VAR x => (case Env.useVar env x
218 :     of Env.TREE e => ??
219 :     | Env.VEC(layout, es) => ??
220 :     (* end case *))
221 :     | IR.LIT lit => bindSimple (env, lhs, T.E_Lit lit)
222 : jhr 3834 | IR.OP(rator, args) => ??
223 :     | IR.CONS(args, ty) => ??
224 :     | IR.SEQ(args, ty) => ??
225 :     | IR.EINAPP _ => raise Fail "unexpected EINAPP in LowIR code"
226 :     (* end case *)
227 :     end
228 :    
229 :     (* In order to reconstruct the block-structure from the CFG, we keep a stack of open ifs.
230 :     * the items on this stack distinguish between when we are processing the then and else
231 :     * branches of the if.
232 :     *)
233 :     datatype open_if
234 :     (* working on the "then" branch. The fields are statments that preceed the if, the condition,
235 :     * and the else-branch node.
236 :     *)
237 :     = THEN_BR of T.stm list * T.exp * IR.node
238 :     (* working on the "else" branch. The fields are statments that preceed the if, the condition,
239 :     * the "then" branch statements, and the node kind that terminated the "then" branch (will be
240 :     * a JOIN or EXIT(DIE, STABILIZE, or UNREACHABLE)).
241 :     *)
242 :     | ELSE_BR of T.stm list * T.exp * T.stm list * IR.node_kind
243 :    
244 : jhr 3835 fun trCFGWithEnv (env, prefix, cfg) = let
245 :     fun useScalar x = (case Env.useVar env x
246 :     of Env.TREE e => e
247 :     | _ => raise Fail("expected scalar binding for " ^ V.toString x)
248 :     (* end case *))
249 : jhr 3834 val _ = UnifyVars.analyze cfg
250 :     (* join (env, stk, stms, k): handle a control-flow join, where env is the
251 :     * current environment, stk is the stack of open ifs (the top of stk specifies
252 :     * which branch we are in), stms are the TreeIL statements preceding the join
253 :     * on the current path, and k is the kind of the join node (either JOIN or EXIT).
254 :     *)
255 :     fun join (env, [], _, IR.JOIN _) = raise Fail "JOIN with no open if"
256 : jhr 3835 | join (env, [], stms, _) = Env.endScope (env, prefix @ List.rev stms)
257 : jhr 3834 | join (env, THEN_BR(stms1, cond, elseBr)::stk, thenBlk, k) = let
258 :     val (env, thenBlk) = flushPending (env, thenBlk)
259 :     in
260 :     doNode (env, elseBr, ELSE_BR(stms1, cond, thenBlk, k)::stk, [])
261 :     end
262 :     | join (env, ELSE_BR(stms, cond, thenBlk, k1)::stk, elseBlk, k2) = let
263 :     val (env, elseBlk) = Env.flushPending (env, elseBlk)
264 :     in
265 :     case (k1, k2)
266 :     of (IR.JOIN{phis, succ, ...}, IR.JOIN _) => let
267 :     val (env, [thenBlk, elseBlk]) =
268 :     List.foldl doPhi (env, [thenBlk, elseBlk]) (!phis)
269 :     val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
270 :     in
271 :     doNode (env, !succ, stk, stm::stms)
272 :     end
273 :     | (IR.JOIN{phis, succ, ...}, _) => let
274 :     val (env, [thenBlk]) = List.foldl doPhi (env, [thenBlk]) (!phis)
275 :     val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
276 :     in
277 :     doNode (env, !succ, stk, stm::stms)
278 :     end
279 :     | (_, IR.JOIN{phis, succ, ...}) => let
280 :     val (env, [elseBlk]) = List.foldl doPhi (env, [elseBlk]) (!phis)
281 :     val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
282 :     in
283 :     doNode (env, !succ, stk, stm::stms)
284 :     end
285 :     | (_, _) => let
286 :     val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
287 :     in
288 :     Env.endScope (env, prefix @ List.rev(stm::stms))
289 :     end
290 :     (* end case *)
291 :     end
292 : jhr 3835 and doNode (env, nd : IR.node, ifStk : open_if list, stms) = (case IR.Node.kind nd
293 : jhr 3834 of IR.NULL => raise Fail "unexpected NULL"
294 :     | IR.ENTRY{succ} => doNode (env, !succ, ifStk, stms)
295 :     | k as IR.JOIN _ => join (env, ifStk, stms, k)
296 :     | IR.COND{cond, trueBranch, falseBranch, ...} => let
297 : jhr 3835 val cond = useScalar (!cond)
298 : jhr 3834 val (env, stms) = flushPending (env, stms)
299 :     in
300 :     doNode (env, !trueBranch, THEN_BR(stms, cond, !falseBranch)::ifStk, [])
301 :     end
302 : jhr 3835 | IR.FOREACH{var, src, bodyEntry, succ, ...} => let
303 :     val src = useScalar (!src)
304 : jhr 3834 val var = ??
305 :     val (env, stms) = flushPending (env, stms)
306 :     val body = doNode (env, !bodyEntry, [], [])
307 :     val stm = T.S_Foreach(var, src, body)
308 :     in
309 :     doNode (env, !succ, ifStk, stm::stms)
310 :     end
311 : jhr 3835 | IR.NEXT _ => Env.endScope (env, List.rev stms)
312 : jhr 3834 | IR.COM {text, succ, ...} =>
313 :     doNode (env, !succ, ifStk, T.S_Comment text :: stms)
314 :     | IR.ASSIGN{stm=(lhs, rhs), succ, ...} => let
315 :     val (env, stms') = doAssign (env, lhs, rhs)
316 :     in
317 :     doNode (env, !succ, ifStk, stms' @ stms)
318 :     end
319 :     | IR.MASSIGN{stm=(ys, rator, xs), succ, ...} => let
320 :     fun doit () = let
321 :     fun doLHSVar (y, (env, ys)) = let
322 :     val t = newLocal y
323 :     in
324 :     (rename (addLocal(env, t), y, t), t::ys)
325 :     end
326 :     val (env, ys) = List.foldr doLHSVar (env, []) ys
327 :     (* FIXME: need to translate the operator *)
328 :     val exp = T.E_Op(rator, List.map (useVar env) xs)
329 :     val stm = T.S_Assign(ys, exp)
330 :     in
331 :     doNode (env, !succ, ifStk, stm :: stms)
332 :     end
333 :     in
334 :     case rator
335 :     of Op.Print _ => if Target.supportsPrinting()
336 :     then doit ()
337 :     else doNode (env, !succ, ifStk, stms)
338 :     | _ => doit()
339 :     (* end case *)
340 :     end
341 :     | IR.GASSIGN{lhs, rhs, succ, ...} => let
342 :     val stm = (case useAsInput(env, rhs)
343 :     of NONE => T.S_GAssign(getGlobalVar lhs, useVar env rhs)
344 :     | SOME mkStm => mkStm(getGlobalVar lhs)
345 :     (* end case *))
346 :     in
347 :     doNode (env, !succ, ifStk, stm::stms)
348 :     end
349 :     | IR.NEW{strand, args, succ, ...} => raise Fail "NEW unimplemented"
350 :     | IR.SAVE{lhs, rhs, succ, ...} => let
351 :     val stm = T.S_Save([getStateVar lhs], useVar env rhs)
352 :     in
353 :     doNode (env, !succ, ifStk, stm::stms)
354 :     end
355 :     | k as IR.EXIT{kind, succ, ...} => (case (!succ, kind)
356 :     of (NONE, ExitKind.RETURN) => let
357 : jhr 3835 val suffix = [T.S_Exit]
358 : jhr 3834 in
359 :     Env.endScope (env, prefix @ List.revAppend(stms, suffix))
360 :     end
361 :     | (NONE, ExitKind.ACTIVE) => let
362 : jhr 3835 val suffix = [T.S_Active]
363 : jhr 3834 in
364 :     Env.endScope (env, prefix @ List.revAppend(stms, suffix))
365 :     end
366 :     | (NONE, ExitKind.STABILIZE) => let
367 :     val stms = T.S_Stabilize :: stms
368 :     in
369 :     join (env, ifStk, stms, k)
370 :     end
371 :     | (NONE, ExitKind.DIE) => join (env, ifStk, T.S_Die :: stms, k)
372 :     | (NONE, ExitKind.UNREACHABLE) => join (env, ifStk, stms, k)
373 :     | (SOME nd, ExitKind.ACTIVE) => doNode (env, nd, ifStk, T.S_Active :: stms)
374 :     | (SOME nd, ExitKind.STABILIZE) => doNode (env, nd, ifStk, T.S_Stabilize :: stms)
375 :     | (SOME nd, ExitKind.DIE) => doNode (env, nd, ifStk, T.S_Die :: stms)
376 :     | (SOME nd, ExitKind.UNREACHABLE) => doNode (env, nd, ifStk, stms)
377 :     | _ => raise Fail("unexpected continuation edge from "^IR.Node.toString nd)
378 :     (* end case *))
379 :     (* end case *))
380 :     in
381 :     doNode (Env.new(), CFG.entry cfg, [], [])
382 :     end
383 :    
384 : jhr 3835 fun trCFG (prefix, cfg) = trCFGWithEnv (Env.new(), prefix, cfg)
385 :    
386 :     fun trStrand strand = let
387 :     val IR.Strand{name, params, state, stateInit, initM, updateM, stabilizeM} = strand
388 :     val params' = List.map newParam params
389 :     val env = ListPair.foldlEq
390 :     (fn (x, x', env) => rename(env, x, x')) ?? (params, params')
391 :     val state' = List.map getStateVar state
392 :     in
393 :     T.Strand{
394 :     name = name,
395 :     params = params',
396 :     state = state',
397 :     stateInit = trCFGWithEnv (env, stateInit),
398 :     initM = Option.map (fn cfg => trCFG ([], cfg)) initM,
399 :     updateM = trCFG ([], updateM),
400 :     stabilizeM = Option.map (fn cfg => trCFG ([], cfg)) stabilizeM
401 :     }
402 :     end
403 :    
404 : jhr 3834 fun translate (prog, vecLayout) = let
405 :     val LowIR.Program{
406 :     props, consts, inputs, constInit, globals, globalInit, strand, create, update
407 :     } = prog
408 :     in
409 :     TreeIR.Program{
410 :     props = props,
411 :     consts = ??,
412 :     inputs = ??,
413 :     constInit = ??,
414 :     globals = ??,
415 :     globalInit = ??,
416 :     strand = ??,
417 :     create = ??,
418 :     update = ??
419 :     }
420 :     end
421 :    
422 : jhr 3828 end

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