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[matthijs/master-project/cλash.git] / Translator.hs
index 3b0886086b055d3b34aaa8b8c368d0ce2d70bf39..2373c342dd40a0f861d014901d19ff71c50b3785 100644 (file)
@@ -1,5 +1,7 @@
 module Translator where
-import GHC
+import qualified Directory
+import qualified List
+import GHC hiding (loadModule, sigName)
 import CoreSyn
 import qualified CoreUtils
 import qualified Var
@@ -9,10 +11,12 @@ import qualified DataCon
 import qualified Maybe
 import qualified Module
 import qualified Control.Monad.State as State
+import qualified Data.Foldable as Foldable
 import Name
 import qualified Data.Map as Map
 import Data.Generics
 import NameEnv ( lookupNameEnv )
+import qualified HscTypes
 import HscTypes ( cm_binds, cm_types )
 import MonadUtils ( liftIO )
 import Outputable ( showSDoc, ppr )
@@ -37,41 +41,97 @@ import HsValueMap
 import Pretty
 import Flatten
 import FlattenTypes
+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" "register_bank" 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/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 binds = findBinds core [name]
+  putStr "\n"
+  putStr $ prettyShow binds
+  putStr "\n\n"
+  putStr $ showSDoc $ ppr binds
+  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.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) (VHDLSession core 0 Map.empty)
+  mapM (putStr . render . ForSyDe.Backend.Ppr.ppr) vhdl
+  putStr $ "\n\nFinal session:\n" ++ prettyShow sess ++ "\n\n"
+  return vhdl
+
   where
     -- Turns the given bind into VHDL
-    mkVHDL binds = do
+    mkVHDL binds statefuls = do
       -- Add the builtin functions
       mapM addBuiltIn builtin_funcs
       -- Create entities and architectures for them
-      mapM processBind binds
-      return $ AST.DesignFile 
-        []
-        []
+      Monad.zipWithM processBind statefuls binds
+      modFuncs nameFlatFunction
+      modFuncs VHDL.createEntity
+      modFuncs VHDL.createArchitecture
+      VHDL.getDesignFiles
+
+-- | Write the given design file to a file inside the given dir
+--   The first library unit in the designfile must be an entity, whose name
+--   will be used as a filename.
+writeVHDL :: String -> AST.DesignFile -> IO ()
+writeVHDL dir vhdl = do
+  -- Create the dir if needed
+  exists <- Directory.doesDirectoryExist dir
+  Monad.unless exists $ Directory.createDirectory dir
+  -- Find the filename
+  let AST.DesignFile _ (u:us) = vhdl
+  let AST.LUEntity (AST.EntityDec id _) = u
+  let fname = dir ++ AST.fromVHDLId id ++ ".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] -> [CoreBind]
+findBinds core names = Maybe.mapMaybe (findBind (cm_binds core)) names
+
+-- | Extract a named bind from the given list of binds
 findBind :: [CoreBind] -> String -> Maybe CoreBind
 findBind binds lookfor =
   -- This ignores Recs and compares the name of the bind with lookfor,
@@ -84,14 +144,15 @@ findBind binds lookfor =
 
 -- | Processes the given bind as a top level bind.
 processBind ::
-  CoreBind                        -- The bind to process
+  Bool                       -- ^ Should this be stateful function?
+  -> CoreBind                -- ^ The bind to process
   -> VHDLState ()
 
-processBind  (Rec _) = error "Recursive binders not supported"
-processBind bind@(NonRec var expr) = do
+processBind _ (Rec _) = error "Recursive binders not supported"
+processBind stateful bind@(NonRec var expr) = do
   -- 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
@@ -105,14 +166,105 @@ flattenBind ::
 flattenBind _ (Rec _) = error "Recursive binders not supported"
 
 flattenBind hsfunc bind@(NonRec var expr) = do
+  -- Add the function to the session
+  addFunc hsfunc
   -- Flatten the function
   let flatfunc = flattenFunction hsfunc bind
-  addFunc hsfunc
-  setFlatFunc hsfunc (Left flatfunc)
-  let used_hsfuncs = map appFunc (apps flatfunc)
+  -- Propagate state variables
+  let flatfunc' = propagateState hsfunc flatfunc
+  -- Store the flat function in the session
+  setFlatFunc hsfunc flatfunc'
+  -- Flatten any functions used
+  let used_hsfuncs = Maybe.mapMaybe usedHsFunc (flat_defs flatfunc')
   State.mapM resolvFunc used_hsfuncs
   return ()
 
+-- | 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
+    apps = filter is_FApp (flat_defs flatfunc)
+    (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) apps
+    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 function application to process. Must be
+                      --   a FApp constructor.
+  -> ([SignalId], SigDef) 
+                      -- ^ Any signal ids that should become substates,
+                      --   and the resulting application.
+
+propagateState' states app =
+    (our_old ++ our_new, app {appFunc = hsfunc'})
+  where
+    hsfunc = appFunc app
+    args = appArgs app
+    res = appRes app
+    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 ::
@@ -144,27 +296,62 @@ resolvFunc hsfunc = do
 mkHsFunction ::
   Var.Var         -- ^ The function defined
   -> Type         -- ^ The function type (including arguments!)
+  -> Bool         -- ^ Is this a stateful function?
   -> 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
-    -- 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 ::
+  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 nameSignal s in
+      let flatfunc' = flatfunc { flat_sigs = s' } in
+      setFlatFunc hsfunc flatfunc'
+  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.
@@ -186,13 +373,20 @@ 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) -> Just (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 = 
   [