Create state procs for state signals.
[matthijs/master-project/cλash.git] / Translator.hs
index 4df791a18c847236c6b0bf29c08926ccc58e40d6..c037a1e24a0d30a8f97aeca69c815fa65ad9e97d 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-module Main(main) where
+module Translator where
 import GHC
 import CoreSyn
 import qualified CoreUtils
@@ -10,6 +10,7 @@ import qualified Maybe
 import qualified Module
 import qualified Control.Monad.State as State
 import Name
+import qualified Data.Map as Map
 import Data.Generics
 import NameEnv ( lookupNameEnv )
 import HscTypes ( cm_binds, cm_types )
@@ -18,266 +19,220 @@ import Outputable ( showSDoc, ppr )
 import GHC.Paths ( libdir )
 import DynFlags ( defaultDynFlags )
 import List ( find )
+import qualified List
+import qualified Monad
+
 -- The following modules come from the ForSyDe project. They are really
 -- internal modules, so ForSyDe.cabal has to be modified prior to installing
 -- ForSyDe to get access to these modules.
 import qualified ForSyDe.Backend.VHDL.AST as AST
 import qualified ForSyDe.Backend.VHDL.Ppr
+import qualified ForSyDe.Backend.VHDL.FileIO
 import qualified ForSyDe.Backend.Ppr
 -- This is needed for rendering the pretty printed VHDL
 import Text.PrettyPrint.HughesPJ (render)
 
-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 bind = findBind "half_adder" (cm_binds core)
-                                       let NonRec var expr = bind
-                                       let sess = State.execState (do {(name, f) <- mkHWFunction bind; addFunc name f}) (VHDLSession 0 builtin_funcs)
-                                       liftIO $ putStr $ showSDoc $ ppr expr
-                                       liftIO $ putStr "\n\n"
-                                       liftIO $ putStr $ render $ ForSyDe.Backend.Ppr.ppr $ getArchitecture sess bind
-                                       return expr
-
-printTarget (Target (TargetFile file (Just x)) obj Nothing) =
-       print $ show file
-
-printBinds [] = putStr "done\n\n"
-printBinds (b:bs) = do
-       printBind b
-       putStr "\n"
-       printBinds bs
-
-printBind (NonRec b expr) = do
-       putStr "NonRec: "
-       printBind' (b, expr)
-
-printBind (Rec binds) = do
-       putStr "Rec: \n"        
-       foldl1 (>>) (map printBind' binds)
-
-printBind' (b, expr) = do
-       putStr $ getOccString b
-       --putStr $ showSDoc $ ppr expr
-       putStr "\n"
-
-findBind :: String -> [CoreBind] -> CoreBind
-findBind 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.
-       Maybe.fromJust . find (\b -> case b of 
-               Rec l -> False
-               NonRec var _ -> lookfor == (occNameString $ nameOccName $ getName var)
-       )
-
--- Accepts a port name and an argument to map to it.
--- Returns the appropriate line for in the port map
-getPortMapEntry binds (Port portname) (Var id) = 
-       (Just (AST.unsafeVHDLBasicId portname)) AST.:=>: (AST.ADName (AST.NSimple (AST.unsafeVHDLBasicId signalname)))
-       where
-               Port signalname = Maybe.fromMaybe
-                       (error $ "Argument " ++ getOccString id ++ "is unknown")
-                       (lookup id binds)
-
-getPortMapEntry binds _ a = error $ "Unsupported argument: " ++ (showSDoc $ ppr a)
-
-getInstantiations ::
-       VHDLSession
-       -> [PortNameMap]             -- The arguments that need to be applied to the
-                                                                                                                        -- expression.
-       -> PortNameMap               -- The output ports that the expression should generate.
-       -> [(CoreBndr, PortNameMap)] -- A list of bindings in effect
-       -> CoreSyn.CoreExpr          -- The expression to generate an architecture for
-       -> [AST.ConcSm]              -- The resulting VHDL code
-
--- A lambda expression binds the first argument (a) to the binder b.
-getInstantiations sess (a:as) outs binds (Lam b expr) =
-       getInstantiations sess as outs ((b, a):binds) expr
-
--- A case expression that checks a single variable and has a single
--- alternative, can be used to take tuples apart
-getInstantiations sess args outs binds (Case (Var v) b _ [res]) =
-       case altcon of
-               DataAlt datacon ->
-                       if (DataCon.isTupleCon datacon) then
-                               getInstantiations sess args outs binds' expr
-                       else
-                               error "Data constructors other than tuples not supported"
-               otherwise ->
-                       error "Case binders other than tuples not supported"
-       where
-               binds' = (zip bind_vars tuple_ports) ++ binds
-               (altcon, bind_vars, expr) = res
-               -- Find the portnamemaps for each of the tuple's elements
-               Tuple tuple_ports = Maybe.fromMaybe 
-                       (error $ "Case expression uses unknown scrutinee " ++ getOccString v)
-                       (lookup v binds)
-
--- An application is an instantiation of a component
-getInstantiations sess args outs binds app@(App expr arg) =
-       if isTupleConstructor f then
-               let
-                       Tuple outports = outs
-                       (tys, vals) = splitTupleConstructorArgs fargs
-               in
-                       concat $ zipWith 
-                               (\outs' expr' -> getInstantiations sess args outs' binds expr')
-                               outports vals
-       else
-               [AST.CSISm comp]
-       where
-               ((Var f), fargs) = collectArgs app
-               comp = AST.CompInsSm
-                       (AST.unsafeVHDLBasicId "app")
-                       (AST.IUEntity (AST.NSimple (AST.unsafeVHDLBasicId compname)))
-                       (AST.PMapAspect ports)
-               compname = getOccString f
-               hwfunc = Maybe.fromMaybe
-                       (error $ "Function " ++ compname ++ "is unknown")
-                       (lookup compname (funcs sess))
-               HWFunction inports outport = hwfunc
-               ports = 
-                       zipWith (getPortMapEntry binds) inports fargs
-                 ++ mapOutputPorts outport outs
-
-getInstantiations sess args outs binds expr = 
-       error $ "Unsupported expression" ++ (showSDoc $ ppr $ expr)
-
--- Is the given name a (binary) tuple constructor
-isTupleConstructor :: Var.Var -> Bool
-isTupleConstructor var =
-       Name.isWiredInName name
-       && Name.nameModule name == tuple_mod
-       && (Name.occNameString $ Name.nameOccName name) == "(,)"
-       where
-               name = Var.varName var
-               mod = nameModule name
-               tuple_mod = Module.mkModule (Module.stringToPackageId "ghc-prim") (Module.mkModuleName "GHC.Tuple")
+import TranslatorTypes
+import HsValueMap
+import Pretty
+import Flatten
+import FlattenTypes
+import VHDLTypes
+import qualified VHDL
 
--- Split arguments into type arguments and value arguments This is probably
--- not really sufficient (not sure if Types can actually occur as value
--- arguments...)
-splitTupleConstructorArgs :: [CoreExpr] -> ([CoreExpr], [CoreExpr])
-splitTupleConstructorArgs (e:es) =
-       case e of
-               Type t     -> (e:tys, vals)
-               otherwise  -> (tys, e:vals)
-       where
-               (tys, vals) = splitTupleConstructorArgs es
-
-mapOutputPorts ::
-       PortNameMap         -- The output portnames of the component
-       -> PortNameMap      -- The output portnames and/or signals to map these to
-       -> [AST.AssocElem]  -- The resulting output ports
-
--- Map the output port of a component to the output port of the containing
--- entity.
-mapOutputPorts (Port portname) (Port signalname) =
-       [(Just (AST.unsafeVHDLBasicId portname)) AST.:=>: (AST.ADName (AST.NSimple (AST.unsafeVHDLBasicId signalname)))]
-
--- Map matching output ports in the tuple
-mapOutputPorts (Tuple ports) (Tuple signals) =
-       concat (zipWith mapOutputPorts ports signals)
-
-getArchitecture ::
-       VHDLSession
-       -> CoreBind               -- The binder to expand into an architecture
-       -> AST.ArchBody           -- The resulting architecture
-        
-getArchitecture sess (Rec _) = error "Recursive binders not supported"
-
-getArchitecture sess (NonRec var expr) =
-       AST.ArchBody
-               (AST.unsafeVHDLBasicId "structural")
-               -- Use unsafe for now, to prevent pulling in ForSyDe error handling
-               (AST.NSimple (AST.unsafeVHDLBasicId name))
-               []
-               (getInstantiations sess inports outport [] expr)
-       where
-               name = (getOccString var)
-               hwfunc = Maybe.fromMaybe
-                       (error $ "Function " ++ name ++ "is unknown? This should not happen!")
-                       (lookup name (funcs sess))
-               HWFunction inports outport = hwfunc
-
-data PortNameMap =
-       Tuple [PortNameMap]
-       | Port  String
-  deriving (Show)
-
--- Generate a port name map (or multiple for tuple types) in the given direction for
--- each type given.
-getPortNameMapForTys :: String -> Int -> [Type] -> [PortNameMap]
-getPortNameMapForTys prefix num [] = [] 
-getPortNameMapForTys prefix num (t:ts) =
-       (getPortNameMapForTy (prefix ++ show num) t) : getPortNameMapForTys prefix (num + 1) ts
-
-getPortNameMapForTy    :: String -> Type -> PortNameMap
-getPortNameMapForTy name ty =
-       if (TyCon.isTupleTyCon tycon) then
-               -- Expand tuples we find
-               Tuple (getPortNameMapForTys name 0 args)
-       else -- Assume it's a type constructor application, ie simple data type
-               -- TODO: Add type?
-               Port name
-       where
-               (tycon, args) = Type.splitTyConApp ty 
-
-data HWFunction = HWFunction { -- A function that is available in hardware
-       inPorts   :: [PortNameMap],
-       outPort   :: PortNameMap
-       --entity    :: AST.EntityDec
-} deriving (Show)
-
--- Turns a CoreExpr describing a function into a description of its input and
--- output ports.
-mkHWFunction ::
-       CoreBind                                   -- The core binder to generate the interface for
-       -> VHDLState (String, HWFunction)          -- The name of the function and its interface
-
-mkHWFunction (NonRec var expr) =
-               return (name, HWFunction inports outport)
-       where
-               name = (getOccString var)
-               ty = CoreUtils.exprType expr
-               (fargs, res) = Type.splitFunTys ty
-               args = if length fargs == 1 then fargs else (init fargs)
-               --state = if length fargs == 1 then () else (last fargs)
-               inports = case args of
-                       -- Handle a single port specially, to prevent an extra 0 in the name
-                       [port] -> [getPortNameMapForTy "portin" port]
-                       ps     -> getPortNameMapForTys "portin" 0 ps
-               outport = getPortNameMapForTy "portout" res
-
-mkHWFunction (Rec _) =
-       error "Recursive binders not supported"
-
-data VHDLSession = VHDLSession {
-       nameCount :: Int,                      -- A counter that can be used to generate unique names
-       funcs     :: [(String, HWFunction)]    -- All functions available, indexed by name
-} deriving (Show)
-
-type VHDLState = State.State VHDLSession
-
--- Add the function to the session
-addFunc :: String -> HWFunction -> VHDLState ()
-addFunc name f = do
-       fs <- State.gets funcs -- Get the funcs element form the session
-       State.modify (\x -> x {funcs = (name, f) : fs }) -- Prepend name and f
+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)) ["dff"]
+          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 ()
+  where
+    -- Turns the given bind into VHDL
+    mkVHDL binds = do
+      -- Add the builtin functions
+      mapM addBuiltIn builtin_funcs
+      -- 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
+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
+
+-- | Processes the given bind as a top level bind.
+processBind ::
+  CoreBind                        -- The bind to process
+  -> VHDLState ()
+
+processBind  (Rec _) = error "Recursive binders not supported"
+processBind bind@(NonRec var expr) = do
+  -- Create the function signature
+  let ty = CoreUtils.exprType expr
+  let hsfunc = mkHsFunction var ty
+  flattenBind hsfunc bind
+
+-- | Flattens the given bind into the given signature and adds it to the
+--   session. Then (recursively) finds any functions it uses and does the same
+--   with them.
+flattenBind ::
+  HsFunction                         -- The signature to flatten into
+  -> CoreBind                        -- The bind to flatten
+  -> VHDLState ()
+
+flattenBind _ (Rec _) = error "Recursive binders not supported"
+
+flattenBind hsfunc bind@(NonRec var expr) = do
+  -- 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 ()
+
+-- | 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 ()
+
+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
+
+-- | Translate a top level function declaration to a HsFunction. i.e., which
+--   interface will be provided by this function. This function essentially
+--   defines the "calling convention" for hardware models.
+mkHsFunction ::
+  Var.Var         -- ^ The function defined
+  -> Type         -- ^ The function type (including arguments!)
+  -> HsFunction   -- ^ The resulting HsFunction
+
+mkHsFunction f 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."
+
+-- | 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 use ty)) -> (id, SignalInfo (Just $ "sig_" ++ (show id)) use ty)) s in
+      let flatfunc' = flatfunc { flat_sigs = s' } in
+      setFlatFunc hsfunc flatfunc'
+
+-- | Splits a tuple type into a list of element types, or Nothing if the type
+--   is not a tuple type.
+splitTupleType ::
+  Type              -- ^ The type to split
+  -> Maybe [Type]   -- ^ The tuples element types
+
+splitTupleType ty =
+  case Type.splitTyConApp_maybe ty of
+    Just (tycon, args) -> if TyCon.isTupleTyCon tycon 
+      then
+        Just args
+      else
+        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 = 
-       [ 
-               ("hwxor", HWFunction [Port "a", Port "b"] (Port "o")),
-               ("hwand", HWFunction [Port "a", Port "b"] (Port "o"))
-       ]
+  [ 
+    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: