Add support for builtin functions again.
[matthijs/master-project/cλash.git] / VHDL.hs
diff --git a/VHDL.hs b/VHDL.hs
index 338aa1df889005824ca15bb3407c7517a11882c0..8fe3cfec27eccab45adcf492b715936bbbf2db40 100644 (file)
--- a/VHDL.hs
+++ b/VHDL.hs
@@ -5,11 +5,14 @@ module VHDL where
 
 import qualified Data.Foldable as Foldable
 import qualified Data.List as List
 
 import qualified Data.Foldable as Foldable
 import qualified Data.List as List
+import qualified Data.Map as Map
 import qualified Maybe
 import qualified Control.Monad as Monad
 import qualified Control.Arrow as Arrow
 import qualified Maybe
 import qualified Control.Monad as Monad
 import qualified Control.Arrow as Arrow
+import qualified Control.Monad.Trans.State as State
 import qualified Data.Traversable as Traversable
 import qualified Data.Monoid as Monoid
 import qualified Data.Traversable as Traversable
 import qualified Data.Monoid as Monoid
+import Data.Accessor
 
 import qualified Type
 import qualified TysWiredIn
 
 import qualified Type
 import qualified TysWiredIn
@@ -23,32 +26,47 @@ import VHDLTypes
 import Flatten
 import FlattenTypes
 import TranslatorTypes
 import Flatten
 import FlattenTypes
 import TranslatorTypes
+import HsValueMap
 import Pretty
 
 import Pretty
 
-getDesignFiles :: VHDLState [AST.DesignFile]
-getDesignFiles = do
-  -- Extract the library units generated from all the functions in the
-  -- session.
-  funcs <- getFuncs
-  let units = Maybe.mapMaybe getLibraryUnits funcs
-  let context = [
-        AST.Library $ mkVHDLId "IEEE",
-        AST.Use $ (AST.NSimple $ mkVHDLId "IEEE.std_logic_1164") AST.:.: AST.All]
-  return $ map (AST.DesignFile context) units
-  
+createDesignFiles ::
+  FlatFuncMap
+  -> [(AST.VHDLId, AST.DesignFile)]
+
+createDesignFiles flatfuncmap =
+  -- TODO: Output types
+  map (Arrow.second $ AST.DesignFile context) units
+  where
+    init_session = VHDLSession Map.empty builtin_funcs
+    (units, final_session) = 
+      State.runState (createLibraryUnits flatfuncmap) init_session
+    context = [
+      AST.Library $ mkVHDLId "IEEE",
+      AST.Use $ (AST.NSimple $ mkVHDLId "IEEE.std_logic_1164") AST.:.: AST.All]
+
+createLibraryUnits ::
+  FlatFuncMap
+  -> VHDLState [(AST.VHDLId, [AST.LibraryUnit])]
+
+createLibraryUnits flatfuncmap = do
+  let hsfuncs = Map.keys flatfuncmap
+  let flatfuncs = Map.elems flatfuncmap
+  entities <- Monad.zipWithM createEntity hsfuncs flatfuncs
+  archs <- Monad.zipWithM createArchitecture hsfuncs flatfuncs
+  return $ zipWith 
+    (\ent arch -> 
+      let AST.EntityDec id _ = ent in 
+      (id, [AST.LUEntity ent, AST.LUArch arch])
+    )
+    entities archs
+
 -- | Create an entity for a given function
 createEntity ::
 -- | Create an entity for a given function
 createEntity ::
-  HsFunction        -- | The function signature
-  -> FuncData       -- | The function data collected so far
-  -> VHDLState ()
-
-createEntity hsfunc fdata = 
-  let func = flatFunc fdata in
-  case func of
-    -- Skip (builtin) functions without a FlatFunction
-    Nothing -> do return ()
-    -- Create an entity for all other functions
-    Just flatfunc ->
+  HsFunction -- | The function signature
+  -> FlatFunction -- | The FlatFunction
+  -> VHDLState AST.EntityDec -- | The resulting entity
+
+createEntity hsfunc flatfunc = 
       let 
         sigs    = flat_sigs flatfunc
         args    = flat_args flatfunc
       let 
         sigs    = flat_sigs flatfunc
         args    = flat_args flatfunc
@@ -61,10 +79,12 @@ createEntity hsfunc fdata =
         pkg_decl = if null ty_decls && null ty_decls'
           then Nothing
           else Just $ AST.PackageDec pkg_id (map AST.PDITD $ ty_decls ++ ty_decls')
         pkg_decl = if null ty_decls && null ty_decls'
           then Nothing
           else Just $ AST.PackageDec pkg_id (map AST.PDITD $ ty_decls ++ ty_decls')
+        -- TODO: Output package
         AST.EntityDec entity_id _ = ent_decl' 
         AST.EntityDec entity_id _ = ent_decl' 
-        entity' = Entity entity_id args' res' (Just ent_decl') pkg_decl
+        signature = Entity entity_id args' res'
       in do
       in do
-        setEntity hsfunc entity'
+        modA vsSignatures (Map.insert hsfunc signature)
+        return ent_decl'
   where
     mkMap :: 
       [(SignalId, SignalInfo)] 
   where
     mkMap :: 
       [(SignalId, SignalInfo)] 
@@ -126,35 +146,30 @@ mkEntityId hsfunc =
 
 -- | Create an architecture for a given function
 createArchitecture ::
 
 -- | Create an architecture for a given function
 createArchitecture ::
-  HsFunction        -- | The function signature
-  -> FuncData       -- | The function data collected so far
-  -> VHDLState ()
-
-createArchitecture hsfunc fdata = 
-  let func = flatFunc fdata in
-  case func of
-    -- Skip (builtin) functions without a FlatFunction
-    Nothing -> do return ()
-    -- Create an architecture for all other functions
-    Just flatfunc -> do
-      let sigs = flat_sigs flatfunc
-      let args = flat_args flatfunc
-      let res  = flat_res  flatfunc
-      let defs = flat_defs flatfunc
-      let entity_id = Maybe.fromMaybe
-                      (error $ "Building architecture without an entity? This should not happen!")
-                      (getEntityId fdata)
-      -- Create signal declarations for all signals that are not in args and
-      -- res
-      let (ty_decls, sig_decs)  = Arrow.second Maybe.catMaybes $ Traversable.traverse (mkSigDec . snd) sigs
-      -- TODO: Unique ty_decls
-      -- TODO: Store ty_decls somewhere
-      -- Create concurrent statements for all signal definitions
-      statements <- mapM (mkConcSm sigs) defs
-      let procs = map mkStateProcSm (makeStatePairs flatfunc)
-      let procs' = map AST.CSPSm procs
-      let arch = AST.ArchBody (mkVHDLId "structural") (AST.NSimple entity_id) (map AST.BDISD sig_decs) (statements ++ procs')
-      setArchitecture hsfunc arch
+  HsFunction -- ^ The function signature
+  -> FlatFunction -- ^ The FlatFunction
+  -> VHDLState AST.ArchBody -- ^ The architecture for this function
+
+createArchitecture hsfunc flatfunc = do
+  signaturemap <- getA vsSignatures
+  let signature = Maybe.fromMaybe 
+        (error $ "Generating architecture for function " ++ (prettyShow hsfunc) ++ "without signature? This should not happen!")
+        (Map.lookup hsfunc signaturemap)
+  let entity_id = ent_id signature
+    -- Create concurrent statements for all signal definitions
+  let statements = zipWith (mkConcSm signaturemap sigs) defs [0..]
+  return $ AST.ArchBody (mkVHDLId "structural") (AST.NSimple entity_id) (map AST.BDISD sig_decs) (statements ++ procs')
+  where
+    sigs = flat_sigs flatfunc
+    args = flat_args flatfunc
+    res  = flat_res  flatfunc
+    defs = flat_defs flatfunc
+    -- Create signal declarations for all internal and state signals
+    (ty_decls, sig_decs)  = Arrow.second Maybe.catMaybes $ Traversable.traverse (mkSigDec . snd) sigs
+    -- TODO: Unique ty_decls
+    -- TODO: Store ty_decls somewhere
+    procs = map mkStateProcSm (makeStatePairs flatfunc)
+    procs' = map AST.CSPSm procs
 
 -- | Looks up all pairs of old state, new state signals, together with
 --   the state id they represent.
 
 -- | Looks up all pairs of old state, new state signals, together with
 --   the state id they represent.
@@ -204,31 +219,34 @@ getSignalId info =
 
 -- | Transforms a signal definition into a VHDL concurrent statement
 mkConcSm ::
 
 -- | Transforms a signal definition into a VHDL concurrent statement
 mkConcSm ::
-  [(SignalId, SignalInfo)] -- | The signals in the current architecture
-  -> SigDef                -- | The signal definition
-  -> VHDLState AST.ConcSm    -- | The corresponding VHDL component instantiation.
-
-mkConcSm sigs (FApp hsfunc args res) = do
-  fdata_maybe <- getFunc hsfunc
-  let fdata = Maybe.fromMaybe
-        (error $ "Using function '" ++ (prettyShow hsfunc) ++ "' that is not in the session? This should not happen!")
-        fdata_maybe
-  let entity = Maybe.fromMaybe
-        (error $ "Using function '" ++ (prettyShow hsfunc) ++ "' without entity declaration? This should not happen!")
-        (funcEntity fdata)
-  let entity_id = ent_id entity
-  label <- uniqueName (AST.fromVHDLId entity_id)
-  -- Add a clk port if we have state
-  let clk_port = Maybe.fromJust $ mkAssocElem (Just $ mkVHDLId "clk") "clk"
-  let portmaps = mkAssocElems sigs args res entity ++ (if hasState hsfunc then [clk_port] else [])
-  return $ AST.CSISm $ AST.CompInsSm (mkVHDLId label) (AST.IUEntity (AST.NSimple entity_id)) (AST.PMapAspect portmaps)
-
-mkConcSm sigs (UncondDef src dst) = do
-  let src_expr  = vhdl_expr src
-  let src_wform = AST.Wform [AST.WformElem src_expr Nothing]
-  let dst_name  = AST.NSimple (getSignalId $ signalInfo sigs dst)
-  let assign    = dst_name AST.:<==: (AST.ConWforms [] src_wform Nothing)
-  return $ AST.CSSASm assign
+  SignatureMap             -- ^ The interfaces of functions in the session
+  -> [(SignalId, SignalInfo)] -- ^ The signals in the current architecture
+  -> SigDef                -- ^ The signal definition 
+  -> Int                   -- ^ A number that will be unique for all
+                           --   concurrent statements in the architecture.
+  -> AST.ConcSm            -- ^ The corresponding VHDL component instantiation.
+
+mkConcSm signatures sigs (FApp hsfunc args res) num =
+  let 
+    signature = Maybe.fromMaybe
+        (error $ "Using function '" ++ (prettyShow hsfunc) ++ "' without signature? This should not happen!")
+        (Map.lookup hsfunc signatures)
+    entity_id = ent_id signature
+    label = (AST.fromVHDLId entity_id) ++ "_" ++ (show num)
+    -- Add a clk port if we have state
+    clk_port = Maybe.fromJust $ mkAssocElem (Just $ mkVHDLId "clk") "clk"
+    portmaps = mkAssocElems sigs args res signature ++ (if hasState hsfunc then [clk_port] else [])
+  in
+    AST.CSISm $ AST.CompInsSm (mkVHDLId label) (AST.IUEntity (AST.NSimple entity_id)) (AST.PMapAspect portmaps)
+
+mkConcSm _ sigs (UncondDef src dst) _ =
+  let
+    src_expr  = vhdl_expr src
+    src_wform = AST.Wform [AST.WformElem src_expr Nothing]
+    dst_name  = AST.NSimple (getSignalId $ signalInfo sigs dst)
+    assign    = dst_name AST.:<==: (AST.ConWforms [] src_wform Nothing)
+  in
+    AST.CSSASm assign
   where
     vhdl_expr (Left id) = mkIdExpr sigs id
     vhdl_expr (Right expr) =
   where
     vhdl_expr (Left id) = mkIdExpr sigs id
     vhdl_expr (Right expr) =
@@ -240,16 +258,18 @@ mkConcSm sigs (UncondDef src dst) = do
         (Eq a b) ->
           (mkIdExpr sigs a) AST.:=: (mkIdExpr sigs b)
 
         (Eq a b) ->
           (mkIdExpr sigs a) AST.:=: (mkIdExpr sigs b)
 
-mkConcSm sigs (CondDef cond true false dst) = do
-  let cond_expr  = mkIdExpr sigs cond
-  let true_expr  = mkIdExpr sigs true
-  let false_expr  = mkIdExpr sigs false
-  let false_wform = AST.Wform [AST.WformElem false_expr Nothing]
-  let true_wform = AST.Wform [AST.WformElem true_expr Nothing]
-  let whenelse = AST.WhenElse true_wform cond_expr
-  let dst_name  = AST.NSimple (getSignalId $ signalInfo sigs dst)
-  let assign    = dst_name AST.:<==: (AST.ConWforms [whenelse] false_wform Nothing)
-  return $ AST.CSSASm assign
+mkConcSm _ sigs (CondDef cond true false dst) _ =
+  let
+    cond_expr  = mkIdExpr sigs cond
+    true_expr  = mkIdExpr sigs true
+    false_expr  = mkIdExpr sigs false
+    false_wform = AST.Wform [AST.WformElem false_expr Nothing]
+    true_wform = AST.Wform [AST.WformElem true_expr Nothing]
+    whenelse = AST.WhenElse true_wform cond_expr
+    dst_name  = AST.NSimple (getSignalId $ signalInfo sigs dst)
+    assign    = dst_name AST.:<==: (AST.ConWforms [whenelse] false_wform Nothing)
+  in
+    AST.CSSASm assign
 
 -- | Turn a SignalId into a VHDL Expr
 mkIdExpr :: [(SignalId, SignalInfo)] -> SignalId -> AST.Expr
 
 -- | Turn a SignalId into a VHDL Expr
 mkIdExpr :: [(SignalId, SignalInfo)] -> SignalId -> AST.Expr
@@ -296,33 +316,6 @@ mkAssocElem :: Maybe AST.VHDLId -> String -> Maybe AST.AssocElem
 mkAssocElem (Just port) signal = Just $ Just port AST.:=>: (AST.ADName (AST.NSimple (mkVHDLId signal))) 
 mkAssocElem Nothing _ = Nothing
 
 mkAssocElem (Just port) signal = Just $ Just port AST.:=>: (AST.ADName (AST.NSimple (mkVHDLId signal))) 
 mkAssocElem Nothing _ = Nothing
 
--- | Extracts the generated entity id from the given funcdata
-getEntityId :: FuncData -> Maybe AST.VHDLId
-getEntityId fdata =
-  case funcEntity fdata of
-    Nothing -> Nothing
-    Just e  -> case ent_decl e of
-      Nothing -> Nothing
-      Just (AST.EntityDec id _) -> Just id
-
-getLibraryUnits ::
-  (HsFunction, FuncData)      -- | A function from the session
-  -> Maybe [AST.LibraryUnit]  -- | The entity, architecture and optional package for the function
-
-getLibraryUnits (hsfunc, fdata) =
-  case funcEntity fdata of 
-    Nothing -> Nothing
-    Just ent -> 
-      case ent_decl ent of
-      Nothing -> Nothing
-      Just decl ->
-        case funcArch fdata of
-          Nothing -> Nothing
-          Just arch ->
-            Just $
-              [AST.LUEntity decl, AST.LUArch arch]
-              ++ (Maybe.maybeToList (fmap AST.LUPackageDec $ ent_pkg_decl ent))
-
 -- | The VHDL Bit type
 bit_ty :: AST.TypeMark
 bit_ty = AST.unsafeVHDLBasicId "Bit"
 -- | The VHDL Bit type
 bit_ty :: AST.TypeMark
 bit_ty = AST.unsafeVHDLBasicId "Bit"
@@ -382,3 +375,30 @@ mkVHDLId s =
           ('_':_) -> "_"
           _ -> cs
       ) . List.group
           ('_':_) -> "_"
           _ -> cs
       ) . List.group
+
+-- | 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
+
+-- | Translate a list of concise representation of builtin functions to a
+--   SignatureMap
+mkBuiltins :: [BuiltIn] -> SignatureMap
+mkBuiltins = Map.fromList . map (\(BuiltIn name args res) ->
+    (HsFunction name (map useAsPort args) (useAsPort res),
+     Entity (VHDL.mkVHDLId name) (map toVHDLSignalMap args) (toVHDLSignalMap res))
+  )
+
+builtin_hsfuncs = Map.keys builtin_funcs
+builtin_funcs = mkBuiltins
+  [ 
+    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))
+  ]
+
+-- | 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) -> Just (mkVHDLId name, ty))