Great speed-up in type generation
[matthijs/master-project/cλash.git] / Translator.hs
index 5b65fa600043eb7be9432c0db55588bc8355cfba..feb712ba7dbf3bd96c9a652e0ec6f976f54fb20f 100644 (file)
@@ -1,22 +1,35 @@
 module Translator where
-import GHC
+import qualified Directory
+import qualified System.FilePath as FilePath
+import qualified List
+import Debug.Trace
+import qualified Control.Arrow as Arrow
+import GHC hiding (loadModule, sigName)
 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 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 Data.Accessor
 import Data.Generics
 import NameEnv ( lookupNameEnv )
+import qualified HscTypes
 import HscTypes ( cm_binds, cm_types )
 import MonadUtils ( liftIO )
-import Outputable ( showSDoc, ppr )
+import Outputable ( showSDoc, ppr, showSDocDebug )
 import GHC.Paths ( libdir )
 import DynFlags ( defaultDynFlags )
+import qualified UniqSupply
 import List ( find )
 import qualified List
 import qualified Monad
@@ -32,124 +45,329 @@ import qualified ForSyDe.Backend.Ppr
 import Text.PrettyPrint.HughesPJ (render)
 
 import TranslatorTypes
+import HsValueMap
 import Pretty
-import Flatten
+import Normalize
+-- 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 [])
-          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 ()
+makeVHDL :: String -> String -> Bool -> IO ()
+makeVHDL filename name stateful = do
+  -- Load the module
+  (core, env) <- loadModule filename
+  -- Translate to VHDL
+  vhdl <- moduleToVHDL env core [(name, stateful)]
+  -- Write VHDL to file
+  let dir = "./vhdl/" ++ name ++ "/"
+  prepareDir dir
+  mapM (writeVHDL dir) vhdl
+  return ()
+
+listBindings :: String -> IO [()]
+listBindings filename = do
+  (core, env) <- loadModule filename
+  let binds = CoreSyn.flattenBinds $ cm_binds core
+  mapM (listBinding) binds
+
+listBinding :: (CoreBndr, CoreExpr) -> IO ()
+listBinding (b, e) = do
+  putStr "\nBinder: "
+  putStr $ show b
+  putStr "\nExpression: \n"
+  putStr $ prettyShow e
+  putStr "\n\n"
+  putStr $ showSDoc $ ppr e
+  putStr "\n\n"
+  putStr $ showSDoc $ ppr $ CoreUtils.exprType e
+  putStr "\n\n"
+  
+-- | Show the core structure of the given binds in the given file.
+listBind :: String -> String -> IO ()
+listBind filename name = do
+  (core, env) <- 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.HscEnv -> HscTypes.CoreModule -> [(String, Bool)] -> IO [(AST.VHDLId, AST.DesignFile)]
+moduleToVHDL env core list = do
+  let (names, statefuls) = unzip list
+  let binds = map fst $ findBinds core names
+  -- Generate a UniqSupply
+  -- Running 
+  --    egrep -r "(initTcRnIf|mkSplitUniqSupply)" .
+  -- on the compiler dir of ghc suggests that 'z' is not used to generate a
+  -- unique supply anywhere.
+  uniqSupply <- UniqSupply.mkSplitUniqSupply 'z'
+  -- Turn bind into VHDL
+  let all_bindings = (CoreSyn.flattenBinds $ cm_binds core)
+  let (normalized_bindings, typestate) = normalizeModule env uniqSupply all_bindings binds statefuls
+  let vhdl = VHDL.createDesignFiles typestate normalized_bindings
+  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
-    mkVHDL binds = do
-      -- Add the builtin functions
-      --mapM (uncurry addFunc) builtin_funcs
-      -- Create entities and architectures for them
-      mapM flattenBind binds
-      return $ AST.DesignFile 
-        []
-        []
-
-findBind :: [CoreBind] -> String -> Maybe CoreBind
+
+-- | Prepares the directory for writing VHDL files. This means creating the
+--   dir if it does not exist and removing all existing .vhdl files from it.
+prepareDir :: String -> IO()
+prepareDir dir = do
+  -- Create the dir if needed
+  exists <- Directory.doesDirectoryExist dir
+  Monad.unless exists $ Directory.createDirectory dir
+  -- Find all .vhdl files in the directory
+  files <- Directory.getDirectoryContents dir
+  let to_remove = filter ((==".vhdl") . FilePath.takeExtension) files
+  -- Prepend the dirname to the filenames
+  let abs_to_remove = map (FilePath.combine dir) to_remove
+  -- Remove the files
+  mapM_ Directory.removeFile abs_to_remove
+
+-- | 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
+  -- 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, HscTypes.HscEnv)
+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.compileToCoreModule filename
+      env <- GHC.getSession
+      return (core, env)
+
+-- | 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.
-  find (\b -> case b of 
-    Rec l -> False
-    NonRec var _ -> lookfor == (occNameString $ nameOccName $ getName var)
-  ) binds
-
--- | Flattens the given bind and adds it to the session. Then (recursively)
---   finds any functions it uses and does the same with them.
-flattenBind ::
-  CoreBind                        -- The binder to flatten
-  -> VHDLState ()
-
-flattenBind (Rec _) = error "Recursive binders not supported"
-
-flattenBind bind@(NonRec var expr) = do
-  -- Create the function signature
-  let ty = CoreUtils.exprType expr
-  let hsfunc = mkHsFunction var ty
-  --hwfunc <- mkHWFunction bind hsfunc
-  -- Add it to the session
-  --addFunc hsfunc hwfunc 
-  let flatfunc = flattenFunction hsfunc bind
-  addFunc hsfunc flatfunc
-  let used_hsfuncs = map appFunc (apps flatfunc)
-  State.mapM resolvFunc used_hsfuncs
-  return ()
+  find (\(var, _) -> lookfor == (occNameString $ nameOccName $ getName var)) binds
+
+-- | 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
+--   -> (CoreBndr, CoreExpr)            -- The bind to flatten
+--   -> TranslatorState ()
+-- 
+-- flattenBind hsfunc bind@(var, expr) = do
+--   -- Flatten the function
+--   let flatfunc = flattenFunction hsfunc bind
+--   -- 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
-  -> VHDLState ()
-
-resolvFunc hsfunc =
-  return ()
+-- resolvFunc ::
+--   HsFunction        -- | The function to look for
+--   -> TranslatorState ()
+-- 
+-- resolvFunc hsfunc = do
+--   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
+--   -- Not working with new builtins -- 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
 --   defines the "calling convention" for hardware models.
-mkHsFunction ::
-  Var.Var         -- ^ The function defined
-  -> Type         -- ^ The function type (including arguments!)
-  -> HsFunction   -- ^ The resulting HsFunction
+-- 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 stateful=
+--   HsFunction hsname hsargs hsres
+--   where
+--     hsname  = getOccString f
+--     (arg_tys, res_ty) = Type.splitFunTys ty
+--     (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)
 
-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."
-
--- | 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
+-- | Adds signal names to the given FlatFunction
+-- nameFlatFunction ::
+--   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.
+-- 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
 
 -- vim: set ts=8 sw=2 sts=2 expandtab: