Started adding builtin functions
[matthijs/master-project/cλash.git] / Translator.hs
index cccac4c08047178ec368a5a992d3c0eac48f4a0d..f377152c775c9deaf7b8efed06453a63403e7a3b 100644 (file)
@@ -1,18 +1,26 @@
 module Translator where
 module Translator where
-import GHC
+import qualified Directory
+import qualified List
+import GHC hiding (loadModule, sigName)
 import CoreSyn
 import qualified CoreUtils
 import qualified Var
 import qualified Type
 import qualified TyCon
 import qualified DataCon
 import CoreSyn
 import qualified CoreUtils
 import qualified Var
 import qualified Type
 import qualified TyCon
 import qualified DataCon
+import qualified HscMain
+import qualified SrcLoc
+import qualified FastString
 import qualified Maybe
 import qualified Module
 import qualified Maybe
 import qualified Module
-import qualified Control.Monad.State as State
+import qualified Data.Foldable as Foldable
+import qualified Control.Monad.Trans.State as State
 import Name
 import qualified Data.Map as Map
 import Name
 import qualified Data.Map as Map
+import Data.Accessor
 import Data.Generics
 import NameEnv ( lookupNameEnv )
 import Data.Generics
 import NameEnv ( lookupNameEnv )
+import qualified HscTypes
 import HscTypes ( cm_binds, cm_types )
 import MonadUtils ( liftIO )
 import Outputable ( showSDoc, ppr )
 import HscTypes ( cm_binds, cm_types )
 import MonadUtils ( liftIO )
 import Outputable ( showSDoc, ppr )
@@ -40,66 +48,109 @@ import FlattenTypes
 import VHDLTypes
 import qualified VHDL
 
 import VHDLTypes
 import qualified VHDL
 
-main = 
-    do
-      defaultErrorHandler defaultDynFlags $ do
-        runGhc (Just libdir) $ do
-          dflags <- getSessionDynFlags
-          setSessionDynFlags dflags
-          --target <- guessTarget "adder.hs" Nothing
-          --liftIO (print (showSDoc (ppr (target))))
-          --liftIO $ printTarget target
-          --setTargets [target]
-          --load LoadAllTargets
-          --core <- GHC.compileToCoreSimplified "Adders.hs"
-          core <- GHC.compileToCoreSimplified "Adders.hs"
-          --liftIO $ printBinds (cm_binds core)
-          let binds = Maybe.mapMaybe (findBind (cm_binds core)) ["sfull_adder"]
-          liftIO $ putStr $ prettyShow binds
-          -- Turn bind into VHDL
-          let (vhdl, sess) = State.runState (mkVHDL binds) (VHDLSession core 0 Map.empty)
-          liftIO $ putStr $ render $ ForSyDe.Backend.Ppr.ppr vhdl
-          liftIO $ ForSyDe.Backend.VHDL.FileIO.writeDesignFile vhdl "../vhdl/vhdl/output.vhdl"
-          liftIO $ putStr $ "\n\nFinal session:\n" ++ prettyShow sess ++ "\n\n"
-          return ()
+-- main = do
+--   makeVHDL "Alu.hs" "exec" True
+
+makeVHDL :: String -> String -> Bool -> IO ()
+makeVHDL filename name stateful = do
+  -- Load the module
+  core <- loadModule filename
+  -- Translate to VHDL
+  vhdl <- moduleToVHDL core [(name, stateful)]
+  -- Write VHDL to file
+  let dir = "./vhdl/" ++ name ++ "/"
+  mapM (writeVHDL dir) vhdl
+  return ()
+
+-- | Show the core structure of the given binds in the given file.
+listBind :: String -> String -> IO ()
+listBind filename name = do
+  core <- loadModule filename
+  let [(b, expr)] = findBinds core [name]
+  putStr "\n"
+  putStr $ prettyShow expr
+  putStr "\n\n"
+  putStr $ showSDoc $ ppr expr
+  putStr "\n\n"
+  putStr $ showSDoc $ ppr $ CoreUtils.exprType expr
+  putStr "\n\n"
+
+-- | Translate the binds with the given names from the given core module to
+--   VHDL. The Bool in the tuple makes the function stateful (True) or
+--   stateless (False).
+moduleToVHDL :: HscTypes.CoreModule -> [(String, Bool)] -> IO [(AST.VHDLId, AST.DesignFile)]
+moduleToVHDL core list = do
+  let (names, statefuls) = unzip list
+  --liftIO $ putStr $ prettyShow (cm_binds core)
+  let binds = findBinds core names
+  --putStr $ prettyShow binds
+  -- Turn bind into VHDL
+  let (vhdl, sess) = State.runState (mkVHDL binds statefuls) (TranslatorSession core 0 Map.empty)
+  mapM (putStr . render . ForSyDe.Backend.Ppr.ppr . snd) vhdl
+  putStr $ "\n\nFinal session:\n" ++ prettyShow sess ++ "\n\n"
+  return vhdl
   where
     -- Turns the given bind into VHDL
   where
     -- Turns the given bind into VHDL
-    mkVHDL binds = do
+    mkVHDL :: [(CoreBndr, CoreExpr)] -> [Bool] -> TranslatorState [(AST.VHDLId, AST.DesignFile)]
+    mkVHDL binds statefuls = do
       -- Add the builtin functions
       -- Add the builtin functions
-      mapM addBuiltIn builtin_funcs
+      --mapM addBuiltIn builtin_funcs
       -- Create entities and architectures for them
       -- Create entities and architectures for them
-      mapM processBind binds
-      modFuncs nameFlatFunction
-      modFuncs VHDL.createEntity
-      modFuncs VHDL.createArchitecture
-      -- Extract the library units generated from all the functions in the
-      -- session.
-      funcs <- getFuncs
-      let units = concat $ map VHDL.getLibraryUnits funcs
-      return $ AST.DesignFile 
-        []
-        units
-
-findBind :: [CoreBind] -> String -> Maybe CoreBind
+      Monad.zipWithM processBind statefuls binds
+      modA tsFlatFuncs (Map.map nameFlatFunction)
+      flatfuncs <- getA tsFlatFuncs
+      return $ VHDL.createDesignFiles flatfuncs
+
+-- | Write the given design file to a file with the given name inside the
+--   given dir
+writeVHDL :: String -> (AST.VHDLId, AST.DesignFile) -> IO ()
+writeVHDL dir (name, vhdl) = do
+  -- Create the dir if needed
+  exists <- Directory.doesDirectoryExist dir
+  Monad.unless exists $ Directory.createDirectory dir
+  -- Find the filename
+  let fname = dir ++ (AST.fromVHDLId name) ++ ".vhdl"
+  -- Write the file
+  ForSyDe.Backend.VHDL.FileIO.writeDesignFile vhdl fname
+
+-- | Loads the given file and turns it into a core module.
+loadModule :: String -> IO HscTypes.CoreModule
+loadModule filename =
+  defaultErrorHandler defaultDynFlags $ do
+    runGhc (Just libdir) $ do
+      dflags <- getSessionDynFlags
+      setSessionDynFlags dflags
+      --target <- guessTarget "adder.hs" Nothing
+      --liftIO (print (showSDoc (ppr (target))))
+      --liftIO $ printTarget target
+      --setTargets [target]
+      --load LoadAllTargets
+      --core <- GHC.compileToCoreSimplified "Adders.hs"
+      core <- GHC.compileToCoreSimplified filename
+      return core
+
+-- | Extracts the named binds from the given module.
+findBinds :: HscTypes.CoreModule -> [String] -> [(CoreBndr, CoreExpr)]
+findBinds core names = Maybe.mapMaybe (findBind (CoreSyn.flattenBinds $ cm_binds core)) names
+
+-- | Extract a named bind from the given list of binds
+findBind :: [(CoreBndr, CoreExpr)] -> String -> Maybe (CoreBndr, CoreExpr)
 findBind binds lookfor =
   -- This ignores Recs and compares the name of the bind with lookfor,
   -- disregarding any namespaces in OccName and extra attributes in Name and
   -- Var.
 findBind binds lookfor =
   -- This ignores Recs and compares the name of the bind with lookfor,
   -- disregarding any namespaces in OccName and extra attributes in Name and
   -- Var.
-  find (\b -> case b of 
-    Rec l -> False
-    NonRec var _ -> lookfor == (occNameString $ nameOccName $ getName var)
-  ) binds
+  find (\(var, _) -> lookfor == (occNameString $ nameOccName $ getName var)) binds
 
 -- | Processes the given bind as a top level bind.
 processBind ::
 
 -- | Processes the given bind as a top level bind.
 processBind ::
-  CoreBind                        -- The bind to process
-  -> VHDLState ()
+  Bool                       -- ^ Should this be stateful function?
+  -> (CoreBndr, CoreExpr)    -- ^ The bind to process
+  -> TranslatorState ()
 
 
-processBind  (Rec _) = error "Recursive binders not supported"
-processBind bind@(NonRec var expr) = do
+processBind stateful bind@(var, expr) = do
   -- Create the function signature
   let ty = CoreUtils.exprType expr
   -- Create the function signature
   let ty = CoreUtils.exprType expr
-  let hsfunc = mkHsFunction var ty
+  let hsfunc = mkHsFunction var ty stateful
   flattenBind hsfunc bind
 
 -- | Flattens the given bind into the given signature and adds it to the
   flattenBind hsfunc bind
 
 -- | Flattens the given bind into the given signature and adds it to the
@@ -107,44 +158,127 @@ processBind bind@(NonRec var expr) = do
 --   with them.
 flattenBind ::
   HsFunction                         -- The signature to flatten into
 --   with them.
 flattenBind ::
   HsFunction                         -- The signature to flatten into
-  -> CoreBind                        -- The bind to flatten
-  -> VHDLState ()
-
-flattenBind _ (Rec _) = error "Recursive binders not supported"
+  -> (CoreBndr, CoreExpr)            -- The bind to flatten
+  -> TranslatorState ()
 
 
-flattenBind hsfunc bind@(NonRec var expr) = do
+flattenBind hsfunc bind@(var, expr) = do
   -- Flatten the function
   let flatfunc = flattenFunction hsfunc bind
   -- Flatten the function
   let flatfunc = flattenFunction hsfunc bind
-  addFunc hsfunc
-  setFlatFunc hsfunc flatfunc
-  let used_hsfuncs = map appFunc (flat_apps flatfunc)
-  State.mapM resolvFunc used_hsfuncs
-  return ()
+  -- Propagate state variables
+  let flatfunc' = propagateState hsfunc flatfunc
+  -- Store the flat function in the session
+  modA tsFlatFuncs (Map.insert hsfunc flatfunc')
+  -- Flatten any functions used
+  let used_hsfuncs = Maybe.mapMaybe usedHsFunc (flat_defs flatfunc')
+  mapM_ resolvFunc used_hsfuncs
+
+-- | Decide which incoming state variables will become state in the
+--   given function, and which will be propagate to other applied
+--   functions.
+propagateState ::
+  HsFunction
+  -> FlatFunction
+  -> FlatFunction
+
+propagateState hsfunc flatfunc =
+    flatfunc {flat_defs = apps', flat_sigs = sigs'} 
+  where
+    (olds, news) = unzip $ getStateSignals hsfunc flatfunc
+    states' = zip olds news
+    -- Find all signals used by all sigdefs
+    uses = concatMap sigDefUses (flat_defs flatfunc)
+    -- Find all signals that are used more than once (is there a
+    -- prettier way to do this?)
+    multiple_uses = uses List.\\ (List.nub uses)
+    -- Find the states whose "old state" signal is used only once
+    single_use_states = filter ((`notElem` multiple_uses) . fst) states'
+    -- See if these single use states can be propagated
+    (substate_sigss, apps') = unzip $ map (propagateState' single_use_states) (flat_defs flatfunc)
+    substate_sigs = concat substate_sigss
+    -- Mark any propagated state signals as SigSubState
+    sigs' = map 
+      (\(id, info) -> (id, if id `elem` substate_sigs then info {sigUse = SigSubState} else info))
+      (flat_sigs flatfunc)
 
 
+-- | Propagate the state into a single function application.
+propagateState' ::
+  [(SignalId, SignalId)]
+                      -- ^ TODO
+  -> SigDef           -- ^ The SigDef to process.
+  -> ([SignalId], SigDef) 
+                      -- ^ Any signal ids that should become substates,
+                      --   and the resulting application.
+
+propagateState' states def =
+    if (is_FApp def) then
+      (our_old ++ our_new, def {appFunc = hsfunc'})
+    else
+      ([], def)
+  where
+    hsfunc = appFunc def
+    args = appArgs def
+    res = appRes def
+    our_states = filter our_state states
+    -- A state signal belongs in this function if the old state is
+    -- passed in, and the new state returned
+    our_state (old, new) =
+      any (old `Foldable.elem`) args
+      && new `Foldable.elem` res
+    (our_old, our_new) = unzip our_states
+    -- Mark the result
+    zipped_res = zipValueMaps res (hsFuncRes hsfunc)
+    res' = fmap (mark_state (zip our_new [0..])) zipped_res
+    -- Mark the args
+    zipped_args = zipWith zipValueMaps args (hsFuncArgs hsfunc)
+    args' = map (fmap (mark_state (zip our_old [0..]))) zipped_args
+    hsfunc' = hsfunc {hsFuncArgs = args', hsFuncRes = res'}
+
+    mark_state :: [(SignalId, StateId)] -> (SignalId, HsValueUse) -> HsValueUse
+    mark_state states (id, use) =
+      case lookup id states of
+        Nothing -> use
+        Just state_id -> State state_id
+
+-- | Returns pairs of signals that should be mapped to state in this function.
+getStateSignals ::
+  HsFunction                      -- | The function to look at
+  -> FlatFunction                 -- | The function to look at
+  -> [(SignalId, SignalId)]   
+        -- | TODO The state signals. The first is the state number, the second the
+        --   signal to assign the current state to, the last is the signal
+        --   that holds the new state.
+
+getStateSignals hsfunc flatfunc =
+  [(old_id, new_id) 
+    | (old_num, old_id) <- args
+    , (new_num, new_id) <- res
+    , old_num == new_num]
+  where
+    sigs = flat_sigs flatfunc
+    -- Translate args and res to lists of (statenum, sigid)
+    args = concat $ zipWith stateList (hsFuncArgs hsfunc) (flat_args flatfunc)
+    res = stateList (hsFuncRes hsfunc) (flat_res flatfunc)
+    
 -- | Find the given function, flatten it and add it to the session. Then
 --   (recursively) do the same for any functions used.
 resolvFunc ::
   HsFunction        -- | The function to look for
 -- | Find the given function, flatten it and add it to the session. Then
 --   (recursively) do the same for any functions used.
 resolvFunc ::
   HsFunction        -- | The function to look for
-  -> VHDLState ()
+  -> TranslatorState ()
 
 resolvFunc hsfunc = do
 
 resolvFunc hsfunc = do
-  -- See if the function is already known
-  func <- getFunc hsfunc
-  case func of
-    -- Already known, do nothing
-    Just _ -> do
-      return ()
-    -- New function, resolve it
-    Nothing -> do
-      -- Get the current module
-      core <- getModule
-      -- Find the named function
-      let bind = findBind (cm_binds core) name
-      case bind of
-        Nothing -> error $ "Couldn't find function " ++ name ++ " in current module."
-        Just b  -> flattenBind hsfunc b
-  where
-    name = hsFuncName hsfunc
+  flatfuncmap <- getA tsFlatFuncs
+  -- Don't do anything if there is already a flat function for this hsfunc or
+  -- when it is a builtin function.
+  Monad.unless (Map.member hsfunc flatfuncmap) $ do
+  Monad.unless (elem hsfunc VHDL.builtin_hsfuncs) $ do
+  -- New function, resolve it
+  core <- getA tsCoreModule
+  -- Find the named function
+  let name = (hsFuncName hsfunc)
+  let bind = findBind (CoreSyn.flattenBinds $ cm_binds core) name 
+  case bind of
+    Nothing -> error $ "Couldn't find function " ++ name ++ " in current module."
+    Just b  -> flattenBind hsfunc b
 
 -- | Translate a top level function declaration to a HsFunction. i.e., which
 --   interface will be provided by this function. This function essentially
 
 -- | Translate a top level function declaration to a HsFunction. i.e., which
 --   interface will be provided by this function. This function essentially
@@ -152,45 +286,56 @@ resolvFunc hsfunc = do
 mkHsFunction ::
   Var.Var         -- ^ The function defined
   -> Type         -- ^ The function type (including arguments!)
 mkHsFunction ::
   Var.Var         -- ^ The function defined
   -> Type         -- ^ The function type (including arguments!)
+  -> Bool         -- ^ Is this a stateful function?
   -> HsFunction   -- ^ The resulting HsFunction
 
   -> HsFunction   -- ^ The resulting HsFunction
 
-mkHsFunction f ty =
+mkHsFunction f ty stateful=
   HsFunction hsname hsargs hsres
   where
     hsname  = getOccString f
     (arg_tys, res_ty) = Type.splitFunTys ty
   HsFunction hsname hsargs hsres
   where
     hsname  = getOccString f
     (arg_tys, res_ty) = Type.splitFunTys ty
-    -- The last argument must be state
-    state_ty = last arg_tys
-    state    = useAsState (mkHsValueMap state_ty)
-    -- All but the last argument are inports
-    inports = map (useAsPort . mkHsValueMap)(init arg_tys)
-    hsargs   = inports ++ [state]
-    hsres    = case splitTupleType res_ty of
-      -- Result type must be a two tuple (state, ports)
-      Just [outstate_ty, outport_ty] -> if Type.coreEqType state_ty outstate_ty
-        then
-          Tuple [state, useAsPort (mkHsValueMap outport_ty)]
-        else
-          error $ "Input state type of function " ++ hsname ++ ": " ++ (showSDoc $ ppr state_ty) ++ " does not match output state type: " ++ (showSDoc $ ppr outstate_ty)
-      otherwise                -> error $ "Return type of top-level function " ++ hsname ++ " must be a two-tuple containing a state and output ports."
+    (hsargs, hsres) = 
+      if stateful 
+      then
+        let
+          -- The last argument must be state
+          state_ty = last arg_tys
+          state    = useAsState (mkHsValueMap state_ty)
+          -- All but the last argument are inports
+          inports = map (useAsPort . mkHsValueMap)(init arg_tys)
+          hsargs   = inports ++ [state]
+          hsres    = case splitTupleType res_ty of
+            -- Result type must be a two tuple (state, ports)
+            Just [outstate_ty, outport_ty] -> if Type.coreEqType state_ty outstate_ty
+              then
+                Tuple [state, useAsPort (mkHsValueMap outport_ty)]
+              else
+                error $ "Input state type of function " ++ hsname ++ ": " ++ (showSDoc $ ppr state_ty) ++ " does not match output state type: " ++ (showSDoc $ ppr outstate_ty)
+            otherwise                -> error $ "Return type of top-level function " ++ hsname ++ " must be a two-tuple containing a state and output ports."
+        in
+          (hsargs, hsres)
+      else
+        -- Just use everything as a port
+        (map (useAsPort . mkHsValueMap) arg_tys, useAsPort $ mkHsValueMap res_ty)
 
 -- | Adds signal names to the given FlatFunction
 nameFlatFunction ::
 
 -- | Adds signal names to the given FlatFunction
 nameFlatFunction ::
-  HsFunction
-  -> FuncData
-  -> VHDLState ()
-
-nameFlatFunction hsfunc fdata =
-  let func = flatFunc fdata in
-  case func of
-    -- Skip (builtin) functions without a FlatFunction
-    Nothing -> do return ()
-    -- Name the signals in all other functions
-    Just flatfunc ->
-      let s = flat_sigs flatfunc in
-      let s' = map (\(id, (SignalInfo Nothing ty)) -> (id, SignalInfo (Just $ "sig_" ++ (show id)) ty)) s in
-      let flatfunc' = flatfunc { flat_sigs = s' } in
-      setFlatFunc hsfunc flatfunc'
+  FlatFunction
+  -> FlatFunction
+
+nameFlatFunction flatfunc =
+  -- Name the signals
+  let 
+    s = flat_sigs flatfunc
+    s' = map nameSignal s in
+  flatfunc { flat_sigs = s' }
+  where
+    nameSignal :: (SignalId, SignalInfo) -> (SignalId, SignalInfo)
+    nameSignal (id, info) =
+      let hints = nameHints info in
+      let parts = ("sig" : hints) ++ [show id] in
+      let name = concat $ List.intersperse "_" parts in
+      (id, info {sigName = Just name})
 
 -- | Splits a tuple type into a list of element types, or Nothing if the type
 --   is not a tuple type.
 
 -- | Splits a tuple type into a list of element types, or Nothing if the type
 --   is not a tuple type.
@@ -207,32 +352,4 @@ splitTupleType ty =
         Nothing
     Nothing -> Nothing
 
         Nothing
     Nothing -> Nothing
 
--- | A consise representation of a (set of) ports on a builtin function
-type PortMap = HsValueMap (String, AST.TypeMark)
--- | A consise representation of a builtin function
-data BuiltIn = BuiltIn String [PortMap] PortMap
-
--- | Map a port specification of a builtin function to a VHDL Signal to put in
---   a VHDLSignalMap
-toVHDLSignalMap :: HsValueMap (String, AST.TypeMark) -> VHDLSignalMap
-toVHDLSignalMap = fmap (\(name, ty) -> (VHDL.mkVHDLId name, ty))
-
--- | Translate a concise representation of a builtin function to something
---   that can be put into FuncMap directly.
-addBuiltIn :: BuiltIn -> VHDLState ()
-addBuiltIn (BuiltIn name args res) = do
-    addFunc hsfunc
-    setEntity hsfunc entity
-  where
-    hsfunc = HsFunction name (map useAsPort args) (useAsPort res)
-    entity = Entity (VHDL.mkVHDLId name) (map toVHDLSignalMap args) (toVHDLSignalMap res) Nothing
-
-builtin_funcs = 
-  [ 
-    BuiltIn "hwxor" [(Single ("a", VHDL.bit_ty)), (Single ("b", VHDL.bit_ty))] (Single ("o", VHDL.bit_ty)),
-    BuiltIn "hwand" [(Single ("a", VHDL.bit_ty)), (Single ("b", VHDL.bit_ty))] (Single ("o", VHDL.bit_ty)),
-    BuiltIn "hwor" [(Single ("a", VHDL.bit_ty)), (Single ("b", VHDL.bit_ty))] (Single ("o", VHDL.bit_ty)),
-    BuiltIn "hwnot" [(Single ("a", VHDL.bit_ty))] (Single ("o", VHDL.bit_ty))
-  ]
-
 -- vim: set ts=8 sw=2 sts=2 expandtab:
 -- vim: set ts=8 sw=2 sts=2 expandtab: