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[diderot] Diff of /branches/vis15/src/compiler/low-to-tree/low-to-tree.sml
ViewVC logotype

Diff of /branches/vis15/src/compiler/low-to-tree/low-to-tree.sml

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revision 3828, Thu May 5 19:55:46 2016 UTC revision 3848, Thu May 12 14:30:19 2016 UTC
# Line 8  Line 8 
8    
9  structure LowToTree : sig  structure LowToTree : sig
10    
11      type vector_layout = int -> TreeTypes.t      val translate : LowIR.program * (int -> TreeTypes.vec_layout) -> TreeIR.program
   
     val translate : LowIR.program * vector_layout -> TreeIR.program  
12    
13    end = struct    end = struct
14    
15      structure SrcIR = LowIR      structure IR = LowIR
16      structure DstIR = TreeIR      structure V = LowIR.Var
17        structure Ty = LowTypes
18        structure Op = LowOps
19        structure GV = IR.GlobalVar
20        structure SV = IR.StateVar
21        structure T = TreeIR
22        structure TTy = TreeTypes
23        structure TOp = TreeOps
24        structure TV = TreeVar
25        structure TGV = TreeGlobalVar
26        structure TSV = TreeStateVar
27    
28      (* associate Tree IL globals variables with Low IL variables using properties *)
29        local
30          val {setFn, peekFn, ...} =
31                GV.newProp (fn x => raise Fail(concat["getGlobalVar(", GV.uniqueName x, ")"]))
32        in
33          fun mkGlobalVar x = (case peekFn x
34                 of NONE => let
35                        val x' = TGV.new {
36                                name = GV.name x,
37                                ty = Util.trType (GV.ty x),
38                                input = GV.isInput x,
39                                output = false, (* FIXME: change once we support output globals *)
40                                varying = GV.isVarying x,
41                                apiTy = if GV.isInput x
42                                  then SOME(Util.toAPIType (GV.ty x))
43                                  else NONE
44                              }
45                        in
46                          setFn (x, x');
47                          x'
48                        end
49                  | SOME x' => x'
50                (* end case *))
51        end
52    
53      (* associate Tree IL state variables with Low IL variables using properties *)
54        local
55          fun mkStateVar x = TSV.new {
56                  name = SV.name x,
57                  ty = Util.trType (SV.ty x),
58                  varying = SV.isVarying x,
59                  apiTy = if (SV.isOutput x)
60                    then SOME(Util.toAPIType (SV.ty x))
61                    else NONE
62                }
63        in
64        val {getFn = getStateVar, ...} = SV.newProp mkStateVar
65        end
66    
67        fun mkBlock stms = T.Block{locals = ref [], body = stms}
68        fun mkIf (x, stms, []) = T.S_IfThen(x, mkBlock stms)
69          | mkIf (x, stms1, stms2) = T.S_IfThenElse(x, mkBlock stms1, mkBlock stms2)
70    
71        fun cvtScalarTy Ty.BoolTy = TTy.BoolTy
72          | cvtScalarTy Ty.IntTy = TTy.IntTy
73          | cvtScalarTy (Ty.TensorTy[]) = TTy.realTy
74          | cvtScalarTy ty = raise Fail(concat["cvtScalarTy(", Ty.toString ty, ")"])
75    
76        fun vectorArg (env, x) = (case Env.useVar env x
77               of Env.TREE e => (case IR.Var.ty x
78                     of Ty.TensorTy[d] => let
79                          val layout = Env.layoutVec env d
80    (* QUESTION: can "e" be a complicated expression or are we guaranteed that it will just
81     * be a memory reference?
82     *)
83                          val es = List.tabulate (
84                                List.length(#pieces layout),
85                                fn i => T.E_VLoad(layout, e, i))
86                          in
87                            (layout, es)
88                          end
89                      | ty => raise Fail("expected TensorTy[_], but found " ^ Ty.toString ty)
90                    (* end case *))
91                | Env.VEC(layout, es) => (layout, es)
92              (* end case *))
93    
94      (* convert a list of LowIR variables, each of which are mapped
95       * to lists of of vector expressions, to a list of list of expressions
96       *)
97        fun vectorArgs (env, []) = raise Fail "unexpected empty argument list"
98          | vectorArgs (env, x::xs) = let
99              val (layout, exps) = vectorArg (env, x)
100              fun doArg (x, argLists) = let
101                    val (_, exps) = vectorArg (env, x)
102                    in
103                      ListPair.mapEq (op ::) (exps, argLists)
104                    end
105              val argLists = List.foldl doArg [exps] xs
106              in
107                (layout, List.map List.rev argLists)
108              end
109    
110        fun trOp (env, lhs, srcRator, args) = let
111              fun bindOp rator = let
112                    fun getBinding x = (case Env.useVar env x
113                           of Env.TREE e => e
114                            | _ => raise Fail("expected single binding for " ^ IR.Var.toString x)
115                          (* end case *))
116                    in
117                      Env.TREE(T.E_Op(rator, List.map getBinding args))
118                    end
119              fun bindVOp rator = let
120                    val (layout, argss) = vectorArgs (env, args)
121                    val exps = ListPair.map
122                          (fn (w, args) => T.E_Op(rator w, args))
123                            (#pieces layout, argss)
124                    in
125                      Env.VEC(layout, exps)
126                    end
127              in
128                case srcRator
129                 of Op.IAdd => bindOp TOp.IAdd
130                  | Op.ISub => bindOp TOp.ISub
131                  | Op.IMul => bindOp TOp.IMul
132                  | Op.IDiv => bindOp TOp.IDiv
133                  | Op.IMod => bindOp TOp.IMod
134                  | Op.INeg => bindOp TOp.INeg
135    (* QUESTION: should we just use VAdd 1, etc ?*)
136                  | Op.RAdd => bindOp TOp.RAdd
137                  | Op.RSub => bindOp TOp.RSub
138                  | Op.RMul => bindOp TOp.RMul
139                  | Op.RDiv => bindOp TOp.RDiv
140                  | Op.RNeg => bindOp TOp.RNeg
141                  | Op.LT ty => bindOp (TOp.LT (cvtScalarTy ty))
142                  | Op.LTE ty => bindOp (TOp.LTE (cvtScalarTy ty))
143                  | Op.EQ ty => bindOp (TOp.EQ (cvtScalarTy ty))
144                  | Op.NEQ ty => bindOp (TOp.NEQ (cvtScalarTy ty))
145                  | Op.GT ty => bindOp (TOp.GT (cvtScalarTy ty))
146                  | Op.GTE ty => bindOp (TOp.GTE (cvtScalarTy ty))
147                  | Op.Not => bindOp TOp.Not
148                  | Op.Abs ty => bindOp (TOp.Abs (cvtScalarTy ty))
149                  | Op.Max ty => bindOp (TOp.Max (cvtScalarTy ty))
150                  | Op.Min ty => bindOp (TOp.Min (cvtScalarTy ty))
151                  | Op.RClamp => bindOp TOp.RClamp
152                  | Op.RLerp => bindOp TOp.RLerp
153                  | Op.VAdd _ => bindVOp TOp.VAdd
154                  | Op.VSub _ => bindVOp TOp.VSub
155                  | Op.VScale _ => bindVOp TOp.VScale
156                  | Op.VMul _ => bindVOp TOp.VMul
157                  | Op.VNeg _ => bindVOp TOp.VNeg
158                  | Op.VSum _ => ??
159                  | Op.VIndex(_, i) => let
160    (* FIXME: more efficient to lookup the variable and avoid expanding TREE args *)
161                      val ({pieces, ...}, es) = vectorArg (env, hd args)
162                      fun select (i, w::ws, e::es) =
163                            if (i < w)
164                              then Env.TREE(T.E_Op(TOp.VIndex(w, i), [e]))
165                              else select (i-w, ws, es)
166                        | select _ = raise Fail("bogus " ^ Op.toString srcRator)
167                      in
168                        select (i, pieces, es)
169                      end
170                  | Op.VClamp n => bindVOp TOp.VClamp
171                  | Op.VMapClamp n => bindVOp TOp.VMapClamp
172                  | Op.VLerp n => bindVOp TOp.VLerp
173                  | Op.TensorIndex(ty, idxs) => ??
174                  | Op.ProjectLast(ty, idxs) => ??
175                  | Op.EigenVecs2x2 => ??
176                  | Op.EigenVecs3x3 => ??
177                  | Op.EigenVals2x2 => ??
178                  | Op.EigenVals3x3 => ??
179                  | Op.Zero ty => ??
180                  | Op.Select(Ty.TupleTy tys, i) => ??
181                  | Op.Subscript(Ty.SeqTy(ty, NONE)) => ??
182                  | Op.Subscript(Ty.SeqTy(ty, SOME _)) => ??
183                  | Op.MkDynamic(ty, n) => ??
184                  | Op.Append ty => ??
185                  | Op.Prepend ty => ??
186                  | Op.Concat ty => ??
187                  | Op.Range => ??
188                  | Op.Length ty => ??
189                  | Op.SphereQuery(ty1, ty2) => ??
190                  | Op.Sqrt => bindOp TOp.Sqrt
191                  | Op.Cos => bindOp TOp.Cos
192                  | Op.ArcCos => bindOp TOp.ArcCos
193                  | Op.Sin => bindOp TOp.Sin
194                  | Op.ArcSin => bindOp TOp.ArcSin
195                  | Op.Tan => bindOp TOp.Tan
196                  | Op.ArcTan => bindOp TOp.ArcTan
197                  | Op.Ceiling 1 => bindOp (TOp.Ceiling 1)
198                  | Op.Ceiling d => ??
199                  | Op.Floor 1 => bindOp (TOp.Floor 1)
200                  | Op.Floor d => ??
201                  | Op.Round 1 => bindOp (TOp.Floor 1)
202                  | Op.Round d => ??
203                  | Op.Trunc 1 => bindOp (TOp.Trunc 1)
204                  | Op.Trunc d => ??
205                  | Op.IntToReal => bindOp TOp.IntToReal
206                  | Op.RealToInt 1 => ??
207                  | Op.RealToInt d => ??
208    (* FIXME
209                  | Op.R_All ty => ??
210                  | Op.R_Exists ty => ??
211                  | Op.R_Max ty => ??
212                  | Op.R_Min ty => ??
213                  | Op.R_Sum ty => ??
214                  | Op.R_Product ty => ??
215                  | Op.R_Mean ty => ??
216                  | Op.R_Variance ty => ??
217    *)
218                  | Op.Transform info => ??
219                  | Op.Translate info => ??
220                  | Op.ControlIndex(info, ctl, d) => ??
221                  | Op.LoadVoxel info => ??
222                  | Op.Inside(info, s) => ??
223                  | Op.ImageDim(info, d) => bindOp(TOp.ImageDim(info, d))
224                  | Op.LoadSeq(ty, file) => ??
225                  | Op.LoadImage(ty, file) => ??
226                  | Op.MathFn f => bindOp (TOp.MathFn f)
227                  | rator => raise Fail("bogus operator " ^ Op.toString srcRator)
228                (* end case *)
229              end
230    
231        fun trAssign (env, lhs, rhs) = let
232            (* simple binding for lhs variable; we check to see if it is part of an merged
233             * equivalence class, in which case we need to generate the assigment.
234             *)
235              fun bindSimple rhs = (case UnifyVars.eqClassOf lhs
236                     of SOME x => ??
237                      | NONE => (Env.bindSimple (env, lhs, rhs); (env, []))
238                    (* end case *))
239              in
240                case rhs
241                 of IR.GLOBAL x => bindSimple (T.E_Global(mkGlobalVar x))
242                  | IR.STATE(NONE, fld) => bindSimple (T.E_State(NONE, getStateVar fld))
243                  | IR.STATE(SOME x, fld) => ??
244                  | IR.VAR x => (case Env.useVar env x
245                       of Env.TREE e => ??
246                        | Env.VEC(layout, es) => ??
247                      (* end case *))
248                  | IR.LIT lit => bindSimple (env, lhs, T.E_Lit lit)
249                  | IR.OP(rator, args) => trOp (env, lhs, rator, args)
250                  | IR.CONS(args, ty) => ??
251                  | IR.SEQ(args, ty) => ??
252                  | IR.EINAPP _ => raise Fail "unexpected EINAPP in LowIR code"
253                (* end case *)
254              end
255    
256      (* In order to reconstruct the block-structure from the CFG, we keep a stack of open ifs.
257       * the items on this stack distinguish between when we are processing the then and else
258       * branches of the if.
259       *)
260        datatype open_if
261        (* working on the "then" branch.  The fields are statments that preceed the if, the condition,
262         * and the else-branch node.
263         *)
264          = THEN_BR of T.stm list * T.exp * IR.node
265        (* working on the "else" branch.  The fields are statments that preceed the if, the condition,
266         * the "then" branch statements, and the node kind that terminated the "then" branch (will be
267         * a JOIN or EXIT(DIE, STABILIZE, or UNREACHABLE)).
268         *)
269          | ELSE_BR of T.stm list * T.exp * T.stm list * IR.node_kind
270    
271      fun trOp () = (case rator      fun trCFGWithEnv (env, prefix, cfg) = let
272             of SrcOp.IAdd            fun useScalar x = (case Env.useVar env x
273              | SrcOp.ISub                   of Env.TREE e => e
274              | SrcOp.IMul                    | _ => raise Fail("expected scalar binding for " ^ V.toString x)
             | SrcOp.IDiv  
             | SrcOp.IMod  
             | SrcOp.INeg  
             | SrcOp.RAdd  
             | SrcOp.RSub  
             | SrcOp.RMul  
             | SrcOp.RDiv  
             | SrcOp.RNeg  
             | SrcOp.LT ty =>  
             | SrcOp.LTE ty =>  
             | SrcOp.EQ ty =>  
             | SrcOp.NEQ ty =>  
             | SrcOp.GT ty =>  
             | SrcOp.GTE ty =>  
             | SrcOp.Not  
             | SrcOp.Abs ty =>  
             | SrcOp.Max ty =>  
             | SrcOp.Min ty =>  
             | SrcOp.Clamp ty =>  
             | SrcOp.Lerp ty =>  
             | SrcOp.VAdd of int  
             | SrcOp.VSub of int  
             | SrcOp.VScale of int  
             | SrcOp.VMul of int  
             | SrcOp.VNeg of int  
             | SrcOp.VSum of int  
             | SrcOp.VProj of int * int  
             | SrcOp.TensorIndex of ty * shape  
             | SrcOp.ProjectLast of ty * shape  
             | SrcOp.EigenVecs2x2  
             | SrcOp.EigenVecs3x3  
             | SrcOp.EigenVals2x2  
             | SrcOp.EigenVals3x3  
             | SrcOp.Zero ty =>  
             | SrcOp.Select of ty * int  
             | SrcOp.Subscript ty =>  
             | SrcOp.MkDynamic of ty * int  
             | SrcOp.Append ty =>  
             | SrcOp.Prepend ty =>  
             | SrcOp.Concat ty =>  
             | SrcOp.Range  
             | SrcOp.Length ty =>  
             | SrcOp.SphereQuery of ty * ty  
             | SrcOp.Sqrt  
             | SrcOp.Cos  
             | SrcOp.ArcCos  
             | SrcOp.Sin  
             | SrcOp.ArcSin  
             | SrcOp.Tan  
             | SrcOp.ArcTan  
             | SrcOp.Ceiling of int  
             | SrcOp.Floor of int  
             | SrcOp.Round of int  
             | SrcOp.Trunc of int  
             | SrcOp.IntToReal  
             | SrcOp.RealToInt of int  
             | SrcOp.R_All ty =>  
             | SrcOp.R_Exists ty =>  
             | SrcOp.R_Max ty =>  
             | SrcOp.R_Min ty =>  
             | SrcOp.R_Sum ty =>  
             | SrcOp.R_Product ty =>  
             | SrcOp.R_Mean ty =>  
             | SrcOp.R_Variance ty =>  
             | SrcOp.Transform of ImageInfo.info  
             | SrcOp.Translate of ImageInfo.info  
             | SrcOp.ControlIndex of ImageInfo.info * idxctl * int  
             | SrcOp.LoadVoxel of ImageInfo.info  
             | SrcOp.Inside of ImageInfo.info * int  
             | SrcOp.ImageDim of ImageInfo.info * int  
             | SrcOp.LoadSeq of ty * string  
             | SrcOp.LoadImage of ty * string  
             | SrcOp.Print of tys  
             | SrcOp.MathFn of MathFns.t  
275            (* end case *))            (* end case *))
276              val _ = UnifyVars.analyze cfg
277            (* join (env, stk, stms, k): handle a control-flow join, where env is the
278             * current environment, stk is the stack of open ifs (the top of stk specifies
279             * which branch we are in), stms are the TreeIL statements preceding the join
280             * on the current path, and k is the kind of the join node (either JOIN or EXIT).
281             *)
282              fun join (env, [], _, IR.JOIN _) = raise Fail "JOIN with no open if"
283                | join (env, [], stms, _) = mkBlock (prefix @ List.rev stms)
284                | join (env, THEN_BR(stms1, cond, elseBr)::stk, thenBlk, k) = let
285                    val (env, thenBlk) = Env.flushPending (env, thenBlk)
286                    in
287                      doNode (env, elseBr, ELSE_BR(stms1, cond, thenBlk, k)::stk, [])
288                    end
289                | join (env, ELSE_BR(stms, cond, thenBlk, k1)::stk, elseBlk, k2) = let
290                    val (env, elseBlk) = Env.flushPending (env, elseBlk)
291                    in
292                      case (k1, k2)
293                       of (IR.JOIN{succ, ...}, IR.JOIN _) => let
294                            val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
295                            in
296                              doNode (env, !succ, stk, stm::stms)
297                            end
298                        | (IR.JOIN{succ, ...}, _) => let
299                            val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
300                            in
301                              doNode (env, !succ, stk, stm::stms)
302                            end
303                        | (_, IR.JOIN{succ, ...}) => let
304                            val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
305                            in
306                              doNode (env, !succ, stk, stm::stms)
307                            end
308                        | (_, _) => let
309                            val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
310                            in
311                              mkBlock (prefix @ List.rev(stm::stms))
312                            end
313                      (* end case *)
314                    end
315              and doNode (env, nd : IR.node, ifStk : open_if list, stms) = (case IR.Node.kind nd
316                     of IR.NULL => raise Fail "unexpected NULL"
317                      | IR.ENTRY{succ} => doNode (env, !succ, ifStk, stms)
318                      | k as IR.JOIN _ => join (env, ifStk, stms, k)
319                      | IR.COND{cond, trueBranch, falseBranch, ...} => let
320                          val cond = useScalar (!cond)
321                          val (env, stms) = Env.flushPending (env, stms)
322                          in
323                            doNode (env, !trueBranch, THEN_BR(stms, cond, !falseBranch)::ifStk, [])
324                          end
325                      | IR.FOREACH{var, src, bodyEntry, succ, ...} => let
326                          val src = useScalar (!src)
327                          val var = Util.newIterVar var
328                          val (env, stms) = Env.flushPending (env, stms)
329                          val body = doNode (env, !bodyEntry, [], [])
330                          val stm = T.S_Foreach(var, src, body)
331                          in
332                            doNode (env, !succ, ifStk, stm::stms)
333                          end
334                      | IR.NEXT _ => mkBlock (List.rev stms)
335                      | IR.COM {text, succ, ...} =>
336                          doNode (env, !succ, ifStk, T.S_Comment text :: stms)
337                      | IR.ASSIGN{stm=(lhs, rhs), succ, ...} => let
338                          val (env, stms') = trAssign (env, lhs, rhs)
339                          in
340                            doNode (env, !succ, ifStk, stms' @ stms)
341                          end
342                      | IR.MASSIGN{stm=(ys, rator, xs), succ, ...} => let
343                          fun doLHSVar (y, (env, ys)) = let
344                                val t = Util.newLocalVar y
345                                in
346                                  (rename (Env.addLocal(env, t), y, t), t::ys)
347                                end
348                          val (env, ys) = List.foldr doLHSVar (env, []) ys
349                          val rator = (case rator
350                                 of Op.Print tys => TOp.Print(List.map Util.trType tys)
351                                  | _ => raise Fail(concat[
352                                        "unexepected operator ", Op.toString rator, " for MASSIGN"
353                                      ])
354                                (* end case *))
355                          val stm = T.S_MAssign(ys, T.E_Op(rator, List.map (Env.useVar env) xs))
356                          in
357                            doNode (env, !succ, ifStk, stm :: stms)
358                          end
359                      | IR.GASSIGN{lhs, rhs, succ, ...} => let
360                          val stm = (case useAsInput(env, rhs)
361                                 of NONE => T.S_GAssign(mkGlobalVar lhs, Env.useVar env rhs)
362                                  | SOME mkStm => mkStm(mkGlobalVar lhs)
363                                (* end case *))
364                          in
365                            doNode (env, !succ, ifStk, stm::stms)
366                          end
367                      | IR.NEW{strand, args, succ, ...} => raise Fail "NEW unimplemented"
368                      | IR.SAVE{lhs, rhs, succ, ...} => let
369                          val stm = T.S_Save([getStateVar lhs], Env.useVar env rhs)
370                          in
371                            doNode (env, !succ, ifStk, stm::stms)
372                          end
373                      | k as IR.EXIT{kind, succ, ...} => (case (!succ, kind)
374                           of (NONE, ExitKind.RETURN) => let
375                                val suffix = [T.S_Exit]
376                                in
377                                  mkBlock (prefix @ List.revAppend(stms, suffix))
378                                end
379                            | (NONE, ExitKind.ACTIVE) => let
380                                val suffix = [T.S_Active]
381                                in
382                                  mkBlock (prefix @ List.revAppend(stms, suffix))
383                                end
384                            | (NONE, ExitKind.STABILIZE) => let
385                                val stms = T.S_Stabilize :: stms
386                                in
387                                  join (env, ifStk, stms, k)
388                                end
389                            | (NONE, ExitKind.DIE) => join (env, ifStk, T.S_Die :: stms, k)
390                            | (NONE, ExitKind.UNREACHABLE) => join (env, ifStk, stms, k)
391                            | (SOME nd, ExitKind.ACTIVE) => doNode (env, nd, ifStk, T.S_Active :: stms)
392                            | (SOME nd, ExitKind.STABILIZE) => doNode (env, nd, ifStk, T.S_Stabilize :: stms)
393                            | (SOME nd, ExitKind.DIE) => doNode (env, nd, ifStk, T.S_Die :: stms)
394                            | (SOME nd, ExitKind.UNREACHABLE) => doNode (env, nd, ifStk, stms)
395                            | _ => raise Fail("unexpected continuation edge from "^IR.Node.toString nd)
396                          (* end case *))
397                    (* end case *))
398              in
399                doNode (env, IR.CFG.entry cfg, [], [])
400              end
401    
402        fun trCFG vecLayout (prefix, cfg) = trCFGWithEnv (Env.new vecLayout, prefix, cfg)
403    
404        fun trStrand layout strand = let
405              val trCFG = trCFG layout
406              val IR.Strand{name, params, state, stateInit, initM, updateM, stabilizeM} = strand
407              val params' = List.map Util.newParamVar params
408              val env = ListPair.foldlEq
409                    (fn (x, x', env) => rename(env, x, x')) (Env.new layout) (params, params')
410              val state' = List.map getStateVar state
411              in
412                T.Strand{
413                    name = name,
414                    params = params',
415                    state = state',
416                    stateInit = trCFGWithEnv (env, [], stateInit),
417                    initM = Option.map (fn cfg => trCFG ([], cfg)) initM,
418                    updateM = trCFG ([], updateM),
419                    stabilizeM = Option.map (fn cfg => trCFG ([], cfg)) stabilizeM
420                  }
421              end
422    
423        fun translate (prog, vecLayout) = let
424              val LowIR.Program{
425                      props, consts, inputs, constInit, globals, globalInit, strand, create, update
426                    } = prog
427              in
428                TreeIR.Program{
429                    props = props,
430                    consts = ??,
431                    inputs = ??,
432                    constInit = ??,
433                    globals = ??,
434                    globalInit = ??,
435                    strand = trStrand vecLayout strand,
436                    create = ??,
437                    update = ??
438                  }
439              end
440    
441    end    end

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