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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 3955, Sun Jun 12 15:55:01 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 * TreeIR.target_info -> 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        structure U = Util
28    
29      (* associate Tree IL globals variables with Low IL variables using properties *)
30        local
31          val {setFn, peekFn, ...} =
32                GV.newProp (fn x => raise Fail(concat["getGlobalVar(", GV.uniqueName x, ")"]))
33        in
34          fun mkGlobalVar x = (case peekFn x
35                 of NONE => let
36                        val x' = TGV.new {
37                                name = GV.name x,
38                                ty = U.trType (GV.ty x),
39                                input = GV.isInput x,
40                                output = false, (* FIXME: change once we support output globals *)
41                                varying = GV.isVarying x,
42                                apiTy = if GV.isInput x
43                                  then SOME(U.toAPIType (GV.ty x))
44                                  else NONE
45                              }
46                        in
47                          setFn (x, x');
48                          x'
49                        end
50                  | SOME x' => x'
51                (* end case *))
52        end
53    
54      (* associate Tree IL state variables with Low IL variables using properties *)
55        local
56          fun mkStateVar x = TSV.new {
57                  name = SV.name x,
58                  ty = U.trType (SV.ty x),
59                  varying = SV.isVarying x,
60                  apiTy = if (SV.isOutput x)
61                    then SOME(U.toAPIType (SV.ty x))
62                    else NONE
63                }
64        in
65        val {getFn = getStateVar, ...} = SV.newProp mkStateVar
66        end
67    
68      (* for variables that are in an equivalence class (see UnifyVars), we use a single
69       * TreeIR variable (or vector of variables) to represent them.
70       *)
71        datatype eq_var_rep = NOEQ | VAR of TV.t | VEC of TV.t list
72        local
73          val {peekFn : IR.var -> eq_var_rep option, setFn, ...} =
74                V.newProp (fn x => raise Fail(V.toString x))
75    
76          fun repOf (env, x) = (case peekFn x
77                 of SOME b => b
78                  | NONE => let
79                      val rep = (case V.ty x
80                             of Ty.TensorTy[d] => VEC(U.newVectorVars(Env.layoutVec env d))
81                              | ty => VAR(U.newLocalVar x)
82                            (* end case *))
83                      in
84                        setFn (x, rep);
85                        rep
86                      end
87                (* end case *))
88        in
89    
90        fun eqClassRepOf (env, x) = (case UnifyVars.eqClassOf x
91               of SOME x' => repOf (env, x')
92                | NONE => NOEQ
93              (* end case *))
94    
95        fun useVar env = let
96              val useV = Env.useVar env
97              in
98                fn x => (case UnifyVars.eqClassOf x
99                      of SOME x' => (case repOf (env, x')
100                           of VAR x => Env.TREE(T.E_Var x)
101                            | VEC xs => let
102                                val Ty.TensorTy[d] = V.ty x
103                                in
104                                  Env.VEC(Env.layoutVec env d, List.map T.E_Var xs)
105                                end
106                            | NOEQ => raise Fail "impossible"
107                          (* end case *))
108                       | NONE => useV x
109                     (* end case *))
110              end
111        end
112    
113        fun mkBlock stms = T.Block{locals = ref [], body = stms}
114        fun mkIf (x, stms, []) = T.S_IfThen(x, mkBlock stms)
115          | mkIf (x, stms1, stms2) = T.S_IfThenElse(x, mkBlock stms1, mkBlock stms2)
116        fun mkAssign (x, e) = T.S_Assign(false, x, e)
117        fun mkDefn (x, e) = T.S_Assign(true, x, e)
118        val zero = T.E_Lit(Literal.Real(RealLit.zero false))
119    
120        fun cvtScalarTy Ty.BoolTy = TTy.BoolTy
121          | cvtScalarTy Ty.IntTy = TTy.IntTy
122          | cvtScalarTy (Ty.TensorTy[]) = TTy.realTy
123          | cvtScalarTy ty = raise Fail(concat["cvtScalarTy(", Ty.toString ty, ")"])
124    
125      (* define a new local variable and bind x to it in the environment. *)
126        fun newLocal (env, x) = let
127              val x' = U.newLocalVar x
128              in
129                Env.bindSimple (env, x, T.E_Var x');
130                x'
131              end
132    
133      (* get a variable's binding as a single argument expression.  This means that
134       * if x is bound to a vector of expressions, then we need to pack it.  Since
135       * Pack gets translated to an array, we need to create a new temp.
136       *)
137        fun singleArg env (x, stms) = (case useVar env x
138               of Env.RHS(ty, e) => let
139                    val tmp = U.newTempVar ("t", ty)
140                    in
141                      (T.E_Var tmp, T.S_Assign(true, tmp, e) :: stms)
142                    end
143                | Env.TREE e => (e, stms)
144                | Env.VEC(layout, es) => let
145                    val tmp = U.newTempVar("_arg", TTy.TensorTy[#wid layout])
146                    in
147                      (T.E_Var tmp, T.S_Assign(true, tmp, T.E_Pack(layout, es)) :: stms)
148                    end
149              (* end case *))
150    
151        fun singleArgs (env, args) = let
152              val singleArg = singleArg env
153              fun doArg (arg, (es, stms)) = let
154                    val (e', stms') = singleArg (arg, stms)
155                    in
156                      (e'::es, stms')
157                    end
158              in
159                List.foldr doArg ([], []) args
160              end
161    
162        fun simpleArg env = let
163              val useVar = useVar env
164              in
165                fn (x, stms) => (case useVar x
166                   of Env.RHS(ty, e) => let
167                        val tmp = U.newTempVar ("t", ty)
168                        in
169                          (T.E_Var tmp, T.S_Assign(true, tmp, e)::stms)
170                        end
171                    | Env.TREE e => (e, stms)
172                    | _ => raise Fail("expected simple binding for " ^ IR.Var.toString x)
173                  (* end case *))
174              end
175    
176      (* translation for simple operations (e.g., scalar operations) *)
177        fun simpleArgs (env, args) = let
178              val simpleArg = simpleArg env
179              fun doArg (arg, (es, stms)) = let
180                    val (e', stms') = simpleArg (arg, stms)
181                    in
182                      (e'::es, stms')
183                    end
184              in
185                List.foldr doArg ([], []) args
186              end
187    
188        fun vectorArg (env, x) = let
189              fun expToArg (e, stms) = (case V.ty x
190                     of Ty.TensorTy[d] => let
191                          val layout = Env.layoutVec env d
192    (* QUESTION: can "e" be a complicated expression or are we guaranteed that it will just
193     * be a memory reference?
194     *)
195                          val es = List.tabulate (
196                                List.length(#pieces layout),
197                                fn i => T.E_VLoad(layout, e, i))
198                          in
199                            (layout, es, stms)
200                          end
201                      | ty => raise Fail(concat[
202                            "expected ", V.toString x, " : TensorTy[_], but found " ^ Ty.toString ty
203                          ])
204                    (* end case *))
205              in
206                case useVar env x
207                 of Env.RHS(ty, e) =>  let
208                      val tmp = U.newTempVar ("t", ty)
209                      in
210                        expToArg (T.E_Var tmp, [T.S_Assign(true, tmp, e)])
211                      end
212                  | Env.TREE e => expToArg(e, [])
213                  | Env.VEC(layout, es) => (layout, es, [])
214                (* end case *)
215              end
216    
217      (* convert a list of LowIR variables, each of which are mapped
218       * to lists of of vector expressions, to a list of list of expressions
219       *)
220        fun vectorArgs (env, []) = raise Fail "unexpected empty argument list"
221          | vectorArgs (env, x::xs) = let
222              val (layout, exps, stms) = vectorArg (env, x)
223              fun doArg (x, (argLists, stms)) = let
224                    val (_, exps, stms') = vectorArg (env, x)
225                    in
226                      (ListPair.mapEq (op ::) (exps, argLists), stms'@stms)
227                    end
228              val (argLists, stms) = List.foldl doArg ([exps], stms) xs
229              in
230                (layout, List.map List.rev argLists, List.rev stms)
231              end
232    
233      (* translation for simple vector operations *)
234        fun trVecOp (env, rator, args) = let
235              val useVar = useVar env
236              fun doArg (x, (es, stms)) = (case useVar x
237                     of Env.RHS(ty, e) => let
238                          val tmp = U.newTempVar ("t", ty)
239                          in
240                            (T.E_Var tmp :: es, T.S_Assign(true, tmp, e)::stms)
241                          end
242                      | Env.TREE e => (e::es, stms)
243                      | _ => raise Fail("expected simple binding for " ^ IR.Var.toString x)
244                    (* end case *))
245              val (args, stms) = List.foldr doArg ([], []) args
246              in
247                (Env.TREE(T.E_Op(rator, args)), stms)
248              end
249    
250        fun trOp (env, srcRator, args) = let
251              fun bindOp rator = let
252                    val (args, stms) = simpleArgs (env, args)
253                    in
254                      (Env.TREE(T.E_Op(rator, args)), stms)
255                    end
256              fun bindRHS (ty, rator) = let
257                    val (args, stms) = simpleArgs (env, args)
258                    in
259                      (Env.RHS(ty, T.E_Op(rator, args)), stms)
260                    end
261              fun bindVOp rator = let
262                    val (layout, argss, stms) = vectorArgs (env, args)
263                    fun mkArgs (_, [], []) = []
264                      | mkArgs (w, p::ps, args::argss) =
265                          T.E_Op(rator(w, p), args) :: mkArgs (w-p, ps, argss)
266                    val exps = mkArgs (#wid layout, #pieces layout, argss)
267                    in
268                      (Env.VEC(layout, exps), stms)
269                    end
270              fun mkArgs f ({wid, pieces, ...} : TTy.vec_layout, args) = let
271                    fun mk (w, [p], [x]) = [T.E_Op(f(w, p, x))]
272                      | mk (w, p::ps, x::xs) = T.E_Op(f(p, p, x)) :: mk (w-p, ps, xs)
273                      | mk _ = raise Fail "mkArgs: arity mismatch"
274                    in
275                      mk (wid, pieces, args)
276                    end
277              in
278                case srcRator
279                 of Op.IAdd => bindOp TOp.IAdd
280                  | Op.ISub => bindOp TOp.ISub
281                  | Op.IMul => bindOp TOp.IMul
282                  | Op.IDiv => bindOp TOp.IDiv
283                  | Op.IMod => bindOp TOp.IMod
284                  | Op.INeg => bindOp TOp.INeg
285    (* QUESTION: should we just use VAdd 1, etc ?*)
286                  | Op.RAdd => bindOp TOp.RAdd
287                  | Op.RSub => bindOp TOp.RSub
288                  | Op.RMul => bindOp TOp.RMul
289                  | Op.RDiv => bindOp TOp.RDiv
290                  | Op.RNeg => bindOp TOp.RNeg
291                  | Op.LT ty => bindOp (TOp.LT (cvtScalarTy ty))
292                  | Op.LTE ty => bindOp (TOp.LTE (cvtScalarTy ty))
293                  | Op.EQ ty => bindOp (TOp.EQ (cvtScalarTy ty))
294                  | Op.NEQ ty => bindOp (TOp.NEQ (cvtScalarTy ty))
295                  | Op.GT ty => bindOp (TOp.GT (cvtScalarTy ty))
296                  | Op.GTE ty => bindOp (TOp.GTE (cvtScalarTy ty))
297                  | Op.Not => bindOp TOp.Not
298                  | Op.Abs ty => bindOp (TOp.Abs (cvtScalarTy ty))
299                  | Op.Max ty => bindOp (TOp.Max (cvtScalarTy ty))
300                  | Op.Min ty => bindOp (TOp.Min (cvtScalarTy ty))
301                  | Op.RClamp => bindOp TOp.RClamp
302                  | Op.RLerp => bindOp TOp.RLerp
303                  | Op.VAdd _ => bindVOp TOp.VAdd
304                  | Op.VSub _ => bindVOp TOp.VSub
305                  | Op.VScale _ => let
306                      val [s, v] = args
307                      val (s, stms) = simpleArg env (s, [])
308                      val (layout, vs, stms') = vectorArg (env, v)
309                      val exps = mkArgs (fn (w, p, x) => (TOp.VScale(w, p), [s, x])) (layout, vs)
310                      in
311                        (Env.VEC(layout, exps), stms@stms')
312                      end
313                  | Op.VMul _ => bindVOp TOp.VMul
314                  | Op.VNeg _ => bindVOp TOp.VNeg
315                  | Op.VSum _ => let
316                      val [v] = args
317                      val (layout, pieces, stms) = vectorArg (env, v)
318                      val e::es = mkArgs (fn (w, p, x) => (TOp.VSum(w, p), [x])) (layout, pieces)
319                      in
320                        (Env.TREE(List.foldr (fn (e, es) => T.E_Op(TOp.RAdd, [e, es])) e es), stms)
321                      end
322                  | Op.VIndex(_, i) => let
323                      val [v] = args
324                      val ({wid, pieces, ...}, es, stms) = vectorArg (env, v)
325                      fun select (_, wid, [w], [e]) = Env.TREE(T.E_Op(TOp.VIndex(wid, w, i), [e]))
326                        | select (i, wid, w::ws, e::es) =
327                            if (i < w)
328                              then Env.TREE(T.E_Op(TOp.VIndex(w, w, i), [e]))
329                              else select (i-w, wid-w, ws, es)
330                        | select _ = raise Fail("bogus " ^ Op.toString srcRator)
331                      in
332                        (select (i, wid, pieces, es), stms)
333                      end
334                  | Op.VClamp n => let
335                      val [v, lo, hi] = args
336                      val (layout, vs, stms) = vectorArg (env, v)
337                      val (lo, stms) = simpleArg env (lo, stms)
338                      val (hi, stms) = simpleArg env (hi, stms)
339                      val exps = mkArgs
340                            (fn (w, p, x) => (TOp.VClamp(w, p), [x, lo, hi]))
341                              (layout, vs)
342                      in
343                        (Env.VEC(layout, exps), List.rev stms)
344                      end
345                  | Op.VMapClamp n => bindVOp TOp.VMapClamp
346                  | Op.VLerp n => bindVOp TOp.VLerp
347                  | Op.TensorIndex(ty, idxs) => bindOp(TOp.TensorIndex(U.trType ty, idxs))
348                  | Op.ProjectLast(ty, idxs) => bindOp(TOp.ProjectLast(U.trType ty, idxs))
349                  | Op.Select(ty, i) => bindOp (TOp.Select(U.trType ty, i))
350                  | Op.Subscript ty => bindOp (TOp.Subscript(U.trType ty))
351                  | Op.MkDynamic(ty, n) => bindOp (TOp.MkDynamic(U.trType ty, n))
352                  | Op.Append ty => bindOp (TOp.Append(U.trType ty))
353                  | Op.Prepend ty => bindOp (TOp.Prepend(U.trType ty))
354                  | Op.Concat ty => bindOp (TOp.Concat(U.trType ty))
355                  | Op.Range => bindOp TOp.Range
356                  | Op.Length ty => bindOp (TOp.Length(U.trType ty))
357                  | Op.SphereQuery(ty1, ty2) => raise Fail "FIXME: SphereQuery"
358                  | Op.Sqrt => bindOp TOp.Sqrt
359                  | Op.Cos => bindOp TOp.Cos
360                  | Op.ArcCos => bindOp TOp.ArcCos
361                  | Op.Sin => bindOp TOp.Sin
362                  | Op.ArcSin => bindOp TOp.ArcSin
363                  | Op.Tan => bindOp TOp.Tan
364                  | Op.ArcTan => bindOp TOp.ArcTan
365                  | Op.Ceiling 1 => bindOp TOp.RCeiling
366                  | Op.Ceiling d => bindVOp TOp.VCeiling
367                  | Op.Floor 1 => bindOp TOp.RFloor
368                  | Op.Floor d => bindVOp TOp.VFloor
369                  | Op.Round 1 => bindOp TOp.RRound
370                  | Op.Round d => bindVOp TOp.VRound
371                  | Op.Trunc 1 => bindOp TOp.RTrunc
372                  | Op.Trunc d => bindVOp TOp.VTrunc
373                  | Op.IntToReal => bindOp TOp.IntToReal
374                  | Op.RealToInt 1 => bindOp TOp.RealToInt
375                  | Op.RealToInt d => let
376                      val layout = Env.layoutVec env d
377                      val (_, args, stms) = vectorArg (env, hd args)
378                      in
379                        case #pieces layout
380                         of [w] => (Env.TREE(T.E_Op(TOp.VToInt(d, w), args)), stms)
381                          | _ => raise Fail(concat["FIXME: RealToInt<", Int.toString d, ">"])
382                        (* end case *)
383                      end
384    (* FIXME: reduction operators
385                  | Op.R_All ty => ??
386                  | Op.R_Exists ty => ??
387                  | Op.R_Max ty => ??
388                  | Op.R_Min ty => ??
389                  | Op.R_Sum ty => ??
390                  | Op.R_Product ty => ??
391                  | Op.R_Mean ty => ??
392                  | Op.R_Variance ty => ??
393    *)
394                  | Op.Transform info => bindOp (TOp.Transform info)
395                  | Op.Translate info => bindOp (TOp.Translate info)
396                  | Op.ControlIndex(info, ctl, d) => bindOp (TOp.ControlIndex(info, ctl, d))
397                  | Op.LoadVoxel info => bindOp (TOp.LoadVoxel info)
398                  | Op.Inside(info, s) => bindOp (TOp.Inside(info, s))
399                  | Op.ImageDim(info, d) => bindOp(TOp.ImageDim(info, d))
400                  | Op.MathFn f => bindOp (TOp.MathFn f)
401                  | rator => raise Fail("bogus operator " ^ Op.toString srcRator)
402                (* end case *)
403              end
404    
405    (* FIXME: we need to defer the copy when possible *)
406      (* if required, add a TensorCopy operation to the rhs of an assignment *)
407        fun mkAssignRHS (TTy.TensorTy _, rhs) = (case TreeTypeOf.exp rhs
408               of TTy.TensorRefTy shp => T.E_Op(TOp.TensorCopy shp, [rhs])
409                | _ => rhs
410              (* end case *))
411          | mkAssignRHS (_, rhs) = rhs
412    
413        fun mkDefn' (x, rhs) = mkDefn (x, mkAssignRHS(TV.ty x, rhs))
414        fun mkAssign' (x, rhs) = mkAssign (x, mkAssignRHS(TV.ty x, rhs))
415    
416    (* cases:
417            x in EqClass
418                    issue assignment; lhs is binding of representative (could be multiple vars)
419            useCount(x) > 1 and rhs is not simple
420            rhs is simple
421            rhs is vector
422    *)
423        fun trAssign (env, lhs, rhs) = let
424              fun getLHS () = (case UnifyVars.eqClassOf lhs of SOME x => x | _ => lhs)
425              fun bindRHS rhs = Env.bindVar (env, getLHS(), Env.RHS(U.trType(V.ty lhs), rhs))
426            (* binding for the lhs variable, where the rhs is a simple expression.  We check to
427             * see if it is part of an merged equivalence class, in which case we need to generate
428             * assigment(s)
429             *)
430              fun bindSimple rhs = (case eqClassRepOf(env, lhs)
431                     of NOEQ => (Env.bindSimple (env, lhs, rhs); [])
432                      | VAR x' => [mkAssign' (x', rhs)]
433                      | VEC xs' => (case V.ty lhs
434                           of Ty.TensorTy[d] => let
435                                val layout = Env.layoutVec env d
436                                in
437                                  List.mapi
438                                    (fn (i, x') => mkAssign(x', T.E_VLoad(layout, rhs, i)))
439                                      xs'
440                                end
441                            | _ => raise Fail "inconsistent"
442                          (* end case *))
443                    (* end case *))
444              fun assignOp (rator, args) = let
445                    val (args, stms) = simpleArgs (env, args)
446                    in
447                      case eqClassRepOf(env, lhs)
448                       of NOEQ => (
449                            bindRHS (T.E_Op(rator, args));
450                            stms)
451                        | VAR x' => stms @ [mkAssign' (x', T.E_Op(rator, args))]
452                        | VEC _ => raise Fail ("unexpected VEC for lhs " ^ V.toString lhs)
453                      (* end case *)
454                    end
455              in
456                case rhs
457                 of IR.GLOBAL x => bindSimple (T.E_Global(mkGlobalVar x))
458                  | IR.STATE(NONE, fld) =>
459                      bindSimple (T.E_State(NONE, getStateVar fld))
460                  | IR.STATE(SOME x, fld) => let
461                      val (arg, stms) = simpleArg env (x, [])
462                      val stms' = bindSimple (T.E_State(SOME arg, getStateVar fld))
463                      in
464                        stms' @ stms
465                      end
466                  | IR.VAR x => raise Fail "FIXME: VAR"
467                  | IR.LIT lit => bindSimple (T.E_Lit lit)
468                  | IR.OP(Op.EigenVecs2x2, args) => assignOp (TOp.EigenVecs2x2, args)
469                  | IR.OP(Op.EigenVecs3x3, args) => assignOp (TOp.EigenVecs3x3, args)
470                  | IR.OP(Op.EigenVals2x2, args) => assignOp (TOp.EigenVals2x2, args)
471                  | IR.OP(Op.EigenVals3x3, args) => assignOp (TOp.EigenVals3x3, args)
472                  | IR.OP(Op.Zero(ty as Ty.TensorTy dd), []) => let
473                      val z = T.E_Lit(Literal.Real(RealLit.zero false))
474                      val sz = List.foldl Int.* 1 dd
475                      in
476                        bindRHS (T.E_Cons(List.tabulate(sz, fn _ => z), U.trType ty));
477                        []
478                      end
479                  | IR.OP(Op.LoadSeq(ty, file), []) => let
480                      val lhs = newLocal (env, getLHS ())
481                      in
482                        [T.S_LoadNrrd(lhs, U.toAPIType ty, file)]
483                      end
484                  | IR.OP(Op.LoadImage(ty, file), []) => let
485                      val lhs = newLocal (env, getLHS ())
486                      in
487                        [T.S_LoadNrrd(lhs, U.toAPIType ty, file)]
488                      end
489                  | IR.OP(rator, args) => let
490                      val (rhs, stms) = trOp (env, rator, args)
491                      in
492                        case (rhs, eqClassRepOf(env, lhs), V.useCount lhs > 1)
493                         of (_, NOEQ, false) => (Env.bindVar (env, lhs, rhs); stms)
494                          | (Env.TREE e, NOEQ, true) => mkDefn'(newLocal(env, lhs), e) :: stms
495                          | (Env.TREE e, VAR x', _) => mkAssign'(x', e) :: stms
496                          | (Env.VEC(layout, es), NOEQ, true) => let
497                              val vs = U.newVectorVars layout
498                              in
499                                Env.bindVar (env, lhs, Env.VEC(layout, List.map T.E_Var vs));
500                                ListPair.foldl (fn (v, e, stms) => mkDefn(v, e)::stms) stms (vs, es)
501                              end
502                          | (Env.VEC(layout, es), VEC xs, _) =>
503                              ListPair.foldl (fn (x, e, stms) => mkAssign(x, e)::stms) stms (xs, es)
504                          | _ => raise Fail "inconsistent"
505                        (* end case *)
506                      end
507                  | IR.CONS(args, Ty.TensorTy[d]) => let
508                      val layout = Env.layoutVec env d
509                      val (args, stms) = simpleArgs (env, args)
510                      fun mkVecs (args, w::ws) = let
511                          (* take arguments from args to build a vector value of width w; pad as
512                           * necessary.
513                           *)
514                            fun take (0, args, es) = T.E_Vec(w, w, List.rev es) :: mkVecs (args, ws)
515                              | take (i, [], es) = if #padded layout andalso null ws
516                                  then [T.E_Vec(w-i, w, List.rev es)]
517                                  else raise Fail "too few arguments for CONS"
518                              | take (i, arg::args, es) = take (i-1, args, arg :: es)
519                            in
520                              take (w, args, [])
521                            end
522                        | mkVecs ([], []) = []
523                        | mkVecs (_, []) = raise Fail "too many arguments for CONS"
524                      val es = mkVecs (args, #pieces layout)
525                      in
526                        case (eqClassRepOf(env, lhs), V.useCount lhs > 1)
527                         of (NOEQ, false) => (Env.bindVar(env, lhs, Env.VEC(layout, es)); stms)
528                          | (NOEQ, true) => let
529                              val vs = U.newVectorVars layout
530                              in
531                                Env.bindVar (env, lhs, Env.VEC(layout, List.map T.E_Var vs));
532                                ListPair.foldl (fn (v, e, stms) => mkDefn(v, e)::stms) stms (vs, es)
533                              end
534                          | (VEC xs, _) =>
535                              ListPair.foldl (fn (x, e, stms) => mkAssign(x, e)::stms) stms (xs, es)
536                          | _ => raise Fail "inconsistent"
537                        (* end case *)
538                      end
539                  | IR.CONS(args, ty) => let
540                      val (es, stms) = singleArgs (env, args)
541                      val ty = U.trType ty
542                      in
543                        Env.bindVar (env, getLHS (), Env.RHS(ty, T.E_Cons(es, ty)));
544                        stms
545                      end
546                  | IR.SEQ(args, ty) => let
547                      val (es, stms) = singleArgs (env, args)
548                      val ty = U.trType ty
549                      in
550                        Env.bindVar (env, getLHS (), Env.RHS(ty, T.E_Seq(es, ty)));
551                        stms
552                      end
553                  | rhs => raise Fail(concat["unexpected ", IR.RHS.toString rhs, " in LowIR code"])
554                (* end case *)
555              end
556    handle ex => (
557    print(concat["trAssign: ", V.toString lhs, " = ", IR.RHS.toString rhs, "\n"]);
558    raise ex)
559    
560      (* In order to reconstruct the block-structure from the CFG, we keep a stack of open ifs.
561       * the items on this stack distinguish between when we are processing the then and else
562       * branches of the if.
563       *)
564        datatype open_if
565        (* working on the "then" branch.  The fields are statments that preceed the if, the condition,
566         * and the else-branch node.
567         *)
568          = THEN_BR of T.stm list * T.exp * IR.node
569        (* working on the "else" branch.  The fields are statments that preceed the if, the condition,
570         * the "then" branch statements, and the node kind that terminated the "then" branch (will be
571         * a JOIN or EXIT(DIE, STABILIZE, or UNREACHABLE)).
572         *)
573          | ELSE_BR of T.stm list * T.exp * T.stm list * IR.node_kind
574    
575      fun trOp () = (case rator      fun trCFGWithEnv (env, cfg) = let
576             of SrcOp.IAdd            fun useScalar x = (case useVar env x
577              | SrcOp.ISub                   of Env.RHS(_, e) => e
578              | SrcOp.IMul                    | Env.TREE e => e
579              | SrcOp.IDiv                    | _ => raise Fail("expected scalar binding for " ^ V.toString x)
             | 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  
580            (* end case *))            (* end case *))
581              val _ = UnifyVars.analyze cfg
582            (* join (stk, stms, k): handle a control-flow join, where env is the
583             * current environment, stk is the stack of open ifs (the top of stk specifies
584             * which branch we are in), stms are the TreeIL statements preceding the join
585             * on the current path, and k is the kind of the join node (either JOIN or EXIT).
586             *)
587              fun join ([], _, IR.JOIN _) = raise Fail "JOIN with no open if"
588                | join ([], stms, _) = mkBlock (List.rev stms)
589                | join (THEN_BR(stms1, cond, elseBr)::stk, thenBlk, k) = let
590                    val thenBlk = Env.flushPending (env, thenBlk)
591                    in
592                      doNode (elseBr, ELSE_BR(stms1, cond, thenBlk, k)::stk, [])
593                    end
594                | join (ELSE_BR(stms, cond, thenBlk, k1)::stk, elseBlk, k2) = let
595                    val elseBlk = Env.flushPending (env, elseBlk)
596                    in
597                      case (k1, k2)
598                       of (IR.JOIN{succ, ...}, IR.JOIN _) => let
599                            val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
600                            in
601                              doNode (!succ, stk, stm::stms)
602                            end
603                        | (IR.JOIN{succ, ...}, _) => let
604                            val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
605                            in
606                              doNode (!succ, stk, stm::stms)
607                            end
608                        | (_, IR.JOIN{succ, ...}) => let
609                            val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
610                            in
611                              doNode (!succ, stk, stm::stms)
612                            end
613                        | (_, _) => let
614                            val stm = mkIf(cond, List.rev thenBlk, List.rev elseBlk)
615                            in
616                              mkBlock (List.rev(stm::stms))
617                            end
618                      (* end case *)
619                    end
620              and doNode (nd : IR.node, ifStk : open_if list, stms) = (case IR.Node.kind nd
621                     of IR.NULL => raise Fail "unexpected NULL"
622                      | IR.ENTRY{succ} => doNode (!succ, ifStk, stms)
623                      | k as IR.JOIN _ => join (ifStk, stms, k)
624                      | IR.COND{cond, trueBranch, falseBranch, ...} => let
625                          val cond = useScalar (!cond)
626                          val stms = Env.flushPending (env, stms)
627                          in
628                            doNode (!trueBranch, THEN_BR(stms, cond, !falseBranch)::ifStk, [])
629                          end
630                      | IR.FOREACH{var, src, bodyEntry, succ, ...} => let
631                          val var' = U.newIterVar var
632                          val _ = Env.bindSimple (env, var, T.E_Var var')
633                        (* note that the flatten phase on LowIR should guarantee that each
634                         * FOREACH node that takes a Range argument has its own instance of
635                         * the Range expression.
636                         * Note also that we resolve the src scalar before processing the body
637                         * of the loop so that any nested flushPendings do not cause Range
638                         * bindings to be flushed.
639                         *)
640                          val mkStm = (case useScalar(!src)
641                                 of T.E_Op(TOp.Range, [lo, hi]) =>
642                                      (fn body => T.S_For(var', lo, hi, body))
643                                  | e =>
644                                      (fn body => T.S_Foreach(var', e, body))
645                                (* end case *))
646                          val stms = Env.flushPending (env, stms)
647                          val stm = mkStm (doNode (!bodyEntry, [], []))
648                          in
649                            doNode (!succ, ifStk, stm::stms)
650                          end
651                      | IR.NEXT _ => mkBlock (List.rev stms)
652                      | IR.COM {text, succ, ...} =>
653                          doNode (!succ, ifStk, T.S_Comment text :: stms)
654                      | IR.ASSIGN{stm=(lhs, rhs), succ, ...} => let
655                          val stms' = trAssign (env, lhs, rhs)
656                          in
657                            doNode (!succ, ifStk, stms' @ stms)
658                          end
659                      | IR.MASSIGN{stm=([], Op.Print tys, xs), succ, ...} => let
660                          val (es, stms') = singleArgs (env, xs)
661                          val stm = T.S_Print(List.map U.trType tys, es)
662                          in
663                            doNode (!succ, ifStk, stm :: List.revAppend (stms', stms))
664                          end
665                      | IR.MASSIGN{stm=(ys, rator, xs), succ, ...} => raise Fail(concat[
666                            "unexepected operator ", Op.toString rator, " for MASSIGN"
667                          ])
668                      | IR.GASSIGN{lhs, rhs, succ, ...} => let
669                          val gv = mkGlobalVar lhs
670                          fun mkGAssign (gv, e) = T.S_GAssign(gv, mkAssignRHS(TGV.ty gv, e))
671                          val stm = (case useVar env rhs
672                                 of Env.RHS(_, e) => mkGAssign(gv, e)
673                                  | Env.TREE e => mkGAssign(gv, e)
674                                  | Env.VEC(layout, es) => let
675                                      val tmp = U.newTempVar("_arg", TTy.TensorTy[#wid layout])
676                                      in
677                                        T.S_GAssign(gv, T.E_Pack(layout, es))
678                                      end
679                                (* end case *))
680                          in
681                            doNode (!succ, ifStk, stm :: stms)
682                          end
683                      | IR.NEW{strand, args, succ, ...} => let
684                          val (es, stms') = singleArgs (env, args)
685                          val stm = T.S_New(strand, es)
686                          in
687                            doNode (!succ, ifStk, stm :: List.revAppend (stms', stms))
688                          end
689                      | IR.SAVE{lhs, rhs, succ, ...} => let
690                          val sv = getStateVar lhs
691                          fun mkSAssign (sv, e) = T.S_Save(sv, mkAssignRHS(TSV.ty sv, e))
692                          val stm = (case useVar env rhs
693                                 of Env.RHS(_, e) => mkSAssign(sv, e)
694                                  | Env.TREE e => mkSAssign(sv, e)
695                                  | Env.VEC(layout, es) => let
696                                      val tmp = U.newTempVar("_arg", TTy.TensorTy[#wid layout])
697                                      in
698                                        T.S_Save(sv, T.E_Pack(layout, es))
699                                      end
700                                (* end case *))
701                          in
702                            doNode (!succ, ifStk, stm :: stms)
703                          end
704                      | k as IR.EXIT{kind, succ, ...} => (case (!succ, kind)
705                           of (NONE, ExitKind.RETURN) => mkBlock (List.rev(T.S_Exit :: stms))
706                            | (NONE, ExitKind.ACTIVE) => mkBlock (List.rev(T.S_Active :: stms))
707                            | (NONE, ExitKind.STABILIZE) => let
708                                val stms = T.S_Stabilize :: stms
709                                in
710                                  join (ifStk, stms, k)
711                                end
712                            | (NONE, ExitKind.DIE) => join (ifStk, T.S_Die :: stms, k)
713                            | (NONE, ExitKind.UNREACHABLE) => join (ifStk, stms, k)
714                            | (SOME nd, ExitKind.ACTIVE) => doNode (nd, ifStk, T.S_Active :: stms)
715                            | (SOME nd, ExitKind.STABILIZE) => doNode (nd, ifStk, T.S_Stabilize :: stms)
716                            | (SOME nd, ExitKind.DIE) => doNode (nd, ifStk, T.S_Die :: stms)
717                            | (SOME nd, ExitKind.UNREACHABLE) => doNode (nd, ifStk, stms)
718                            | _ => raise Fail("unexpected continuation edge from "^IR.Node.toString nd)
719                          (* end case *))
720                    (* end case *))
721              in
722                doNode (IR.CFG.entry cfg, [], [])
723              end
724    
725        fun trCFG info cfg = ScopeVars.assignScopes ([], trCFGWithEnv (Env.new info, cfg))
726    
727      (* Build a strand method from a TreeIR block.  We need to check for language features
728       * that require the world pointer (e.g., printing) and for references to global variables.
729       *)
730        fun mkMethod body = let
731              fun chkBlock (T.Block{body, ...}, uG, nW) =
732                    chkStms (body, uG, nW)
733              and chkStms ([], uG, nW) = (uG, nW)
734                | chkStms (stm::stms, uG, nW) = let
735                    fun next (true, true) = (true, true)
736                      | next (uG, nW) = chkStms (stms, uG, nW)
737                    in
738                      case stm
739                       of T.S_Assign(_, _, e) => next (chkExp (e, uG, nW))
740                        | T.S_MAssign(_, e) => next (chkExp (e, uG, nW))
741                        | T.S_GAssign(_, e) => next (chkExp (e, true, nW))
742                        | T.S_IfThen(e, blk) => let
743                            val (uG, nW) = chkExp (e, uG, nW)
744                            in
745                              chkBlock (blk, uG, nW)
746                            end
747                        | T.S_IfThenElse(e, blk1, blk2) => let
748                            val (uG, nW) = chkExp (e, uG, nW)
749                            val (uG, nW) = chkBlock (blk1, uG, nW)
750                            in
751                              chkBlock (blk2, uG, nW)
752                            end
753                        | T.S_For(_, e1, e2, blk) => let
754                            val (uG, nW) = chkExp (e1, uG, nW)
755                            val (uG, nW) = chkExp (e2, uG, nW)
756                            in
757                              chkBlock (blk, uG, nW)
758                            end
759                        | T.S_Foreach(_, e, blk) => let
760                            val (uG, nW) = chkExp (e, uG, nW)
761                            in
762                              chkBlock (blk, uG, nW)
763                            end
764                        | T.S_LoadNrrd _ => raise Fail "unexpected LoadNrrd"
765                        | T.S_Input _ => raise Fail "unexpected Input"
766                        | T.S_InputNrrd _ => raise Fail "unexpected InputNrrd"
767                        | T.S_New(_, es) => next (chkExps (es, uG, true))
768                        | T.S_Save(_, e) => next (chkExp (e, uG, nW))
769                        | T.S_Print(_, es) => next (chkExps (es, uG, true))
770                        | _ => next (uG, nW)
771                      (* end case *)
772                    end
773              and chkExps ([], uG, nW) = (uG, nW)
774                | chkExps (_, true, true) = (true, true)
775                | chkExps (e::es, uG, nW) = let
776                    val (uG, nW) = chkExp (e, uG, nW)
777                    in
778                      chkExps (es, uG, nW)
779                    end
780              and chkExp (T.E_Global _, uG, nW) = (true, nW)
781                | chkExp (T.E_State(SOME e, _), uG, nW) =
782                    chkExp (e, uG, nW)
783                | chkExp (T.E_Op(TOp.SphereQuery _, es), uG, nW) = chkExps (es, uG, true)
784                | chkExp (T.E_Op(_, es), uG, nW) = chkExps (es, uG, nW)
785                | chkExp (T.E_Vec(_, _, es), uG, nW) = chkExps (es, uG, nW)
786                | chkExp (T.E_Cons(es, _), uG, nW) = chkExps (es, uG, nW)
787                | chkExp (T.E_Seq(es, _), uG, nW) = chkExps (es, uG, nW)
788                | chkExp (T.E_Pack(_, es), uG, nW) = chkExps (es, uG, nW)
789                | chkExp (T.E_VLoad(_, e, _), uG, nW) = chkExp (e, uG, nW)
790                | chkExp (_, uG, nW) = (uG, nW)
791              val (usesGlobals, needsWorld) = chkBlock (body, false, false)
792              in
793                T.Method{usesGlobals = usesGlobals, needsWorld = needsWorld, body = body}
794              end
795    
796        fun trStrand info strand = let
797              val trMethod = mkMethod o trCFG info
798              val IR.Strand{name, params, state, stateInit, initM, updateM, stabilizeM} = strand
799              val params' = List.map U.newParamVar params
800              val state' = List.map getStateVar state
801              val stateInit' = let
802                    val env = Env.new info
803                    in
804                      ListPair.appEq
805                        (fn (x, x') => Env.bindSimple (env, x, T.E_Var x'))
806                          (params, params');
807                      mkMethod (ScopeVars.assignScopes (params', trCFGWithEnv (env, stateInit)))
808                    end
809              in
810                T.Strand{
811                    name = name,
812                    params = params',
813                    state = state',
814                    stateInit = stateInit',
815                    initM = Option.map trMethod initM,
816                    updateM = trMethod updateM,
817                    stabilizeM = Option.map trMethod stabilizeM
818                  }
819              end
820    
821        fun translate (prog, info) = let
822            (* first step is to flatten any nested CONS nodes *)
823              val prog = Flatten.transform prog
824              val LowIR.Program{
825                      props, consts, inputs, constInit, globals, globalInit, strand, create, update
826                    } = prog
827              val trCFG = trCFG info
828              in
829                TreeIR.Program{
830                    props = props,
831                    target = info,
832                    consts = List.map mkGlobalVar consts,
833                    inputs = List.map (Inputs.map mkGlobalVar) inputs,
834                    constInit = trCFG constInit,
835                    globals = List.map mkGlobalVar globals,
836                    globalInit = trCFG globalInit,
837                    strand = trStrand info strand,
838                    create = let
839                      val IR.Create{dim, code} = create
840                      in
841                        T.Create{dim = dim, code = trCFG code}
842                      end,
843                    update = Option.map trCFG update
844                  }
845              end
846    
847    end    end

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