Cabalized clash
[matthijs/master-project/cλash.git] / Translator.hs
index 4992d1cca7910940f4c1cfc6cc22cdf686ca143b..550b4f0800475b348d4a6146aa317527d74af79d 100644 (file)
@@ -1,17 +1,26 @@
-module Main(main) where
-import GHC
+module Translator where
+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 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 )
@@ -31,604 +40,316 @@ 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 binds = Maybe.mapMaybe (findBind (cm_binds core)) ["full_adder", "half_adder"]
-          liftIO $ printBinds binds
-          -- Turn bind into VHDL
-          let vhdl = State.evalState (mkVHDL binds) (VHDLSession 0 [])
-          liftIO $ putStr $ render $ ForSyDe.Backend.Ppr.ppr vhdl
-          liftIO $ ForSyDe.Backend.VHDL.FileIO.writeDesignFile vhdl "../vhdl/vhdl/output.vhdl"
-          return ()
+import TranslatorTypes
+import HsValueMap
+import Pretty
+import Flatten
+import FlattenTypes
+import VHDLTypes
+import qualified VHDL
+
+-- 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/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
-    mkVHDL binds = do
+    mkVHDL :: [(CoreBndr, CoreExpr)] -> [Bool] -> TranslatorState [(AST.VHDLId, AST.DesignFile)]
+    mkVHDL binds statefuls = do
       -- Add the builtin functions
-      mapM (uncurry addFunc) builtin_funcs
-      -- Get the function signatures
-      funcs <- mapM mkHWFunction binds
-      -- Add them to the session
-      mapM (uncurry addFunc) funcs
-      let entities = map getEntity (snd $ unzip funcs)
-      -- Create architectures for them
-      archs <- mapM getArchitecture binds
-      return $ AST.DesignFile 
-        []
-        ((map AST.LUEntity entities) ++ (map AST.LUArch archs))
-
-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 :: [CoreBind] -> String -> Maybe CoreBind
+      --mapM addBuiltIn builtin_funcs
+      -- Create entities and architectures for them
+      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.
-  find (\b -> case b of 
-    Rec l -> False
-    NonRec var _ -> lookfor == (occNameString $ nameOccName $ getName var)
-  ) binds
-
-getPortMapEntry ::
-  SignalNameMap  -- The port name to bind to
-  -> SignalNameMap 
-                            -- The signal or port to bind to it
-  -> AST.AssocElem          -- The resulting port map entry
-  
--- Accepts a port name and an argument to map to it.
--- Returns the appropriate line for in the port map
-getPortMapEntry (Signal portname _) (Signal signame _) = 
-  (Just portname) AST.:=>: (AST.ADName (AST.NSimple signame))
-
-getInstantiations ::
-  [SignalNameMap]   -- The arguments that need to be applied to the
-                               -- expression.
-  -> SignalNameMap  -- The output ports that the expression should generate.
-  -> [(CoreBndr, SignalNameMap)] 
-                               -- A list of bindings in effect
-  -> CoreSyn.CoreExpr          -- The expression to generate an architecture for
-  -> VHDLState ([AST.SigDec], [AST.ConcSm])    
-                               -- The resulting VHDL code
-
--- A lambda expression binds the first argument (a) to the binder b.
-getInstantiations (a:as) outs binds (Lam b expr) =
-  getInstantiations 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 args outs binds (Case (Var v) b _ [res]) =
-  -- Split out the type of alternative constructor, the variables it binds
-  -- and the expression to evaluate with the variables bound.
-  let (altcon, bind_vars, expr) = res in
-  case altcon of
-    DataAlt datacon ->
-      if (DataCon.isTupleCon datacon) then
-        let 
-          -- Lookup the scrutinee (which must be a variable bound to a tuple) in
-          -- the existing bindings list and get the portname map for each of
-          -- it's elements.
-          Tuple tuple_ports = Maybe.fromMaybe 
-            (error $ "Case expression uses unknown scrutinee " ++ getOccString v)
-            (lookup v binds)
-          -- Merge our existing binds with the new binds.
-          binds' = (zip bind_vars tuple_ports) ++ binds 
-        in
-          -- Evaluate the expression with the new binds list
-          getInstantiations args outs binds' expr
-      else
-        error "Data constructors other than tuples not supported"
-    otherwise ->
-      error "Case binders other than tuples not supported"
-
--- An application is an instantiation of a component
-getInstantiations args outs binds app@(App expr arg) = do
-  let ((Var f), fargs) = collectArgs app
-      name = getOccString f
-  if isTupleConstructor f 
-    then do
-      -- Get the signals we should bind our results to
-      let Tuple outports = outs
-      -- Split the tuple constructor arguments into types and actual values.
-      let (_, vals) = splitTupleConstructorArgs fargs
-      -- Bind each argument to each output signal
-      res <- sequence $ zipWith 
-        (\outs' expr' -> getInstantiations args outs' binds expr')
-        outports vals
-      -- res is a list of pairs of lists, so split out the signals and
-      -- components into separate lists of lists
-      let (sigs, comps) = unzip res
-      -- And join all the signals and component instantiations together
-      return $ (concat sigs, concat comps)
-    else do
-      -- This is an normal function application, which maps to a component
-      -- instantiation.
-      -- Lookup the hwfunction to instantiate
-      HWFunction vhdl_id inports outport <- getHWFunc name
-      -- Generate a unique name for the application
-      appname <- uniqueName "app"
-      -- Expand each argument to a signal or port name, possibly generating
-      -- new signals and component instantiations
-      (sigs, comps, args) <- expandArgs binds fargs
-      -- Bind each of the input ports to the expanded signal or port
-      let inmaps = zipWith getPortMapEntry inports args
-      -- Bind each of the output ports to our output signals
-      let outmaps = mapOutputPorts outport outs
-      -- Build and return a component instantiation
-      let comp = AST.CompInsSm
-            (AST.unsafeVHDLBasicId appname)
-            (AST.IUEntity (AST.NSimple vhdl_id))
-            (AST.PMapAspect (inmaps ++ outmaps))
-      return (sigs, (AST.CSISm comp) : comps)
-
-getInstantiations args outs binds expr = 
-  error $ "Unsupported expression" ++ (showSDoc $ ppr $ expr)
-
-expandExpr ::
-  [(CoreBndr, SignalNameMap)] 
-                                         -- A list of bindings in effect
-  -> CoreExpr                            -- The expression to expand
-  -> VHDLState (
-       [AST.SigDec],                     -- Needed signal declarations
-       [AST.ConcSm],                     -- Needed component instantations and
-                                         -- signal assignments.
-       [SignalNameMap],       -- The signal names corresponding to
-                                         -- the expression's arguments
-       SignalNameMap)         -- The signal names corresponding to
-                                         -- the expression's result.
-expandExpr binds lam@(Lam b expr) = do
-  -- Generate a new signal to which we will expect this argument to be bound.
-  signal_name <- uniqueName ("arg_" ++ getOccString b)
-  -- Find the type of the binder
-  let (arg_ty, _) = Type.splitFunTy (CoreUtils.exprType lam)
-  -- Create signal names for the binder
-  let arg_signal = getPortNameMapForTy ("xxx") arg_ty
-  -- Create the corresponding signal declarations
-  let signal_decls = mkSignalsFromMap arg_signal
-  -- Add the binder to the list of binds
-  let binds' = (b, arg_signal) : binds
-  -- Expand the rest of the expression
-  (signal_decls', statements', arg_signals', res_signal') <- expandExpr binds' expr
-  -- Properly merge the results
-  return (signal_decls ++ signal_decls',
-          statements',
-          arg_signal : arg_signals',
-          res_signal')
-
-expandExpr binds (Var id) =
-  return ([], [], [], Signal signal_id ty)
+  find (\(var, _) -> lookfor == (occNameString $ nameOccName $ getName var)) binds
+
+-- | Processes the given bind as a top level bind.
+processBind ::
+  Bool                       -- ^ Should this be stateful function?
+  -> (CoreBndr, CoreExpr)    -- ^ The bind to process
+  -> TranslatorState ()
+
+processBind stateful bind@(var, expr) = do
+  -- Create the function signature
+  let ty = CoreUtils.exprType expr
+  let hsfunc = mkHsFunction var ty stateful
+  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
+  -> (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
-    -- Lookup the id in our binds map
-    Signal signal_id ty = Maybe.fromMaybe
-      (error $ "Argument " ++ getOccString id ++ "is unknown")
-      (lookup id binds)
-
-expandExpr binds l@(Let (NonRec b bexpr) expr) = do
-  (signal_decls, statements, arg_signals, res_signals) <- expandExpr binds bexpr
-  let binds' = (b, res_signals) : binds
-  (signal_decls', statements', arg_signals', res_signals') <- expandExpr binds' expr
-  return (
-    signal_decls ++ signal_decls',
-    statements ++ statements',
-    arg_signals',
-    res_signals')
-
-expandExpr binds app@(App _ _) = do
-  let ((Var f), args) = collectArgs app
-  if isTupleConstructor f 
-    then
-      expandBuildTupleExpr binds args
-    else
-      expandApplicationExpr binds (CoreUtils.exprType app) f args
-
-expandExpr binds expr@(Case (Var v) b _ alts) =
-  case alts of
-    [alt] -> expandSingleAltCaseExpr binds v b alt
-    otherwise -> error $ "Multiple alternative case expression not supported: " ++ (showSDoc $ ppr expr)
-
-expandExpr binds expr@(Case _ b _ _) =
-  error $ "Case expression with non-variable scrutinee not supported: " ++ (showSDoc $ ppr expr)
-
-expandExpr binds expr = 
-  error $ "Unsupported expression: " ++ (showSDoc $ ppr $ expr)
-
--- Expands the construction of a tuple into VHDL
-expandBuildTupleExpr ::
-  [(CoreBndr, SignalNameMap)] 
-                                         -- A list of bindings in effect
-  -> [CoreExpr]                          -- A list of expressions to put in the tuple
-  -> VHDLState ( [AST.SigDec], [AST.ConcSm], [SignalNameMap], SignalNameMap)
-                                         -- See expandExpr
-expandBuildTupleExpr binds args = do
-  -- Split the tuple constructor arguments into types and actual values.
-  let (_, vals) = splitTupleConstructorArgs args
-  -- Expand each of the values in the tuple
-  (signals_declss, statementss, arg_signalss, res_signals) <-
-    (Monad.liftM List.unzip4) $ mapM (expandExpr binds) vals
-  if any (not . null) arg_signalss
-    then error "Putting high order functions in tuples not supported"
-    else
-      return (
-        concat signals_declss,
-        concat statementss,
-        [],
-        Tuple res_signals)
-
--- Expands the most simple case expression that scrutinizes a plain variable
--- and has a single alternative. This simple form currently allows only for
--- unpacking tuple variables.
-expandSingleAltCaseExpr ::
-  [(CoreBndr, SignalNameMap)] 
-                            -- A list of bindings in effect
-  -> Var.Var                -- The scrutinee
-  -> CoreBndr               -- The binder to bind the scrutinee to
-  -> CoreAlt                -- The single alternative
-  -> VHDLState ( [AST.SigDec], [AST.ConcSm], [SignalNameMap], SignalNameMap)
-                                         -- See expandExpr
-
-expandSingleAltCaseExpr binds v b alt@(DataAlt datacon, bind_vars, expr) =
-  if not (DataCon.isTupleCon datacon) 
-    then
-      error $ "Dataconstructors other than tuple constructors not supported in case pattern of alternative: " ++ (showSDoc $ ppr alt)
+    (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
-      let
-        -- Lookup the scrutinee (which must be a variable bound to a tuple) in
-        -- the existing bindings list and get the portname map for each of
-        -- it's elements.
-        Tuple tuple_ports = Maybe.fromMaybe 
-          (error $ "Case expression uses unknown scrutinee " ++ getOccString v)
-          (lookup v binds)
-        -- TODO include b in the binds list
-        -- Merge our existing binds with the new binds.
-        binds' = (zip bind_vars tuple_ports) ++ binds 
-      in
-        -- Expand the expression with the new binds list
-        expandExpr binds' expr
-
-expandSingleAltCaseExpr _ _ _ alt =
-  error $ "Case patterns other than data constructors not supported in case alternative: " ++ (showSDoc $ ppr alt)
-      
-
--- Expands the application of argument to a function into VHDL
-expandApplicationExpr ::
-  [(CoreBndr, SignalNameMap)] 
-                                         -- A list of bindings in effect
-  -> Type                                -- The result type of the function call
-  -> Var.Var                             -- The function to call
-  -> [CoreExpr]                          -- A list of argumetns to apply to the function
-  -> VHDLState ( [AST.SigDec], [AST.ConcSm], [SignalNameMap], SignalNameMap)
-                                         -- See expandExpr
-expandApplicationExpr binds ty f args = do
-  let name = getOccString f
-  -- Generate a unique name for the application
-  appname <- uniqueName ("app_" ++ name)
-  -- Lookup the hwfunction to instantiate
-  HWFunction vhdl_id inports outport <- getHWFunc name
-  -- Expand each of the args, so each of them is reduced to output signals
-  (arg_signal_decls, arg_statements, arg_res_signals) <- expandArgs binds args
-  -- Bind each of the input ports to the expanded arguments
-  let inmaps = concat $ zipWith createAssocElems inports arg_res_signals
-  -- Create signal names for our result
-  let res_signal = getPortNameMapForTy (appname ++ "_out") ty
-  -- Create the corresponding signal declarations
-  let signal_decls = mkSignalsFromMap res_signal
-  -- Bind each of the output ports to our output signals
-  let outmaps = mapOutputPorts outport res_signal
-  -- Instantiate the component
-  let component = AST.CSISm $ AST.CompInsSm
-        (AST.unsafeVHDLBasicId appname)
-        (AST.IUEntity (AST.NSimple vhdl_id))
-        (AST.PMapAspect (inmaps ++ outmaps))
-  -- Merge the generated declarations
-  return (
-    signal_decls ++ arg_signal_decls,
-    component : arg_statements,
-    [], -- We don't take any extra arguments; we don't support higher order functions yet
-    res_signal)
-  
--- Creates a list of AssocElems (port map lines) that maps the given signals
--- to the given ports.
-createAssocElems ::
-  SignalNameMap      -- The port names to bind to
-  -> SignalNameMap   -- The signals to bind to it
-  -> [AST.AssocElem]            -- The resulting port map lines
-  
-createAssocElems (Signal port_id _) (Signal signal_id _) = 
-  [(Just port_id) AST.:=>: (AST.ADName (AST.NSimple signal_id))]
-
-createAssocElems (Tuple ports) (Tuple signals) = 
-  concat $ zipWith createAssocElems ports signals
-
--- Generate a signal declaration for a signal with the given name and the
--- given type and no value. Also returns the id of the signal.
-mkSignal :: String -> AST.TypeMark -> (AST.VHDLId, AST.SigDec)
-mkSignal name ty =
-  (id, mkSignalFromId id ty)
-  where 
-    id = AST.unsafeVHDLBasicId name
-
-mkSignalFromId :: AST.VHDLId -> AST.TypeMark -> AST.SigDec
-mkSignalFromId id ty =
-  AST.SigDec id ty Nothing
-
--- Generates signal declarations for all the signals in the given map
-mkSignalsFromMap ::
-  SignalNameMap 
-  -> [AST.SigDec]
-
-mkSignalsFromMap (Signal id ty) =
-  [mkSignalFromId id ty]
-
-mkSignalsFromMap (Tuple signals) =
-  concat $ map mkSignalsFromMap signals
-
-expandArgs :: 
-  [(CoreBndr, SignalNameMap)] -- A list of bindings in effect
-  -> [CoreExpr]                          -- The arguments to expand
-  -> VHDLState ([AST.SigDec], [AST.ConcSm], [SignalNameMap])  
-                                         -- The resulting signal declarations,
-                                         -- component instantiations and a
-                                         -- VHDLName for each of the
-                                         -- expressions passed in.
-expandArgs binds (e:exprs) = do
-  -- Expand the first expression
-  (signal_decls, statements, arg_signals, res_signal) <- expandExpr binds e
-  if not (null arg_signals)
-    then error $ "Passing functions as arguments not supported: " ++ (showSDoc $ ppr e)
-    else do
-      (signal_decls', statements', res_signals') <- expandArgs binds exprs
-      return (
-        signal_decls ++ signal_decls',
-        statements ++ statements',
-        res_signal : res_signals')
-
-expandArgs _ [] = return ([], [], [])
-
--- 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")
-
--- 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)
+      ([], def)
   where
-    (tys, vals) = splitTupleConstructorArgs es
-
-splitTupleConstructorArgs [] = ([], [])
-
-mapOutputPorts ::
-  SignalNameMap      -- The output portnames of the component
-  -> SignalNameMap   -- 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 (Signal portname _) (Signal signalname _) =
-  [(Just portname) AST.:=>: (AST.ADName (AST.NSimple signalname))]
-
--- Map matching output ports in the tuple
-mapOutputPorts (Tuple ports) (Tuple signals) =
-  concat (zipWith mapOutputPorts ports signals)
-
-getArchitecture ::
-  CoreBind                  -- The binder to expand into an architecture
-  -> VHDLState AST.ArchBody -- The resulting architecture
-   
-getArchitecture (Rec _) = error "Recursive binders not supported"
-
-getArchitecture (NonRec var expr) = do
-  let name = (getOccString var)
-  HWFunction vhdl_id inports outport <- getHWFunc name
-  sess <- State.get
-  (signal_decls, statements, arg_signals, res_signal) <- expandExpr [] expr
-  let inport_assigns = concat $ zipWith createSignalAssignments arg_signals inports
-  let outport_assigns = createSignalAssignments outport res_signal
-  return $ AST.ArchBody
-    (AST.unsafeVHDLBasicId "structural")
-    (AST.NSimple vhdl_id)
-    (map AST.BDISD signal_decls)
-    (inport_assigns ++ outport_assigns ++ statements)
-
--- Generate a VHDL entity declaration for the given function
-getEntity :: HWFunction -> AST.EntityDec  
-getEntity (HWFunction vhdl_id inports outport) = 
-  AST.EntityDec vhdl_id ports
+    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
-    ports = 
-      (concat $ map (mkIfaceSigDecs AST.In) inports)
-      ++ mkIfaceSigDecs AST.Out outport
-
-mkIfaceSigDecs ::
-  AST.Mode                        -- The port's mode (In or Out)
-  -> SignalNameMap        -- The ports to generate a map for
-  -> [AST.IfaceSigDec]            -- The resulting ports
-  
-mkIfaceSigDecs mode (Signal port_id ty) =
-  [AST.IfaceSigDec port_id mode ty]
-
-mkIfaceSigDecs mode (Tuple ports) =
-  concat $ map (mkIfaceSigDecs mode) ports
-
--- Create concurrent assignments of one map of signals to another. The maps
--- should have a similar form.
-createSignalAssignments ::
-  SignalNameMap         -- The signals to assign to
-  -> SignalNameMap      -- The signals to assign
-  -> [AST.ConcSm]                  -- The resulting assignments
-
--- A simple assignment of one signal to another (greatly complicated because
--- signal assignments can be conditional with multiple conditions in VHDL).
-createSignalAssignments (Signal dst _) (Signal src _) =
-    [AST.CSSASm assign]
+    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
+  -> 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
+  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!)
+  -> Bool         -- ^ Is this a stateful function?
+  -> HsFunction   -- ^ The resulting HsFunction
+
+mkHsFunction f ty stateful=
+  HsFunction hsname hsargs hsres
   where
-    src_name  = AST.NSimple src
-    src_expr  = AST.PrimName src_name
-    src_wform = AST.Wform [AST.WformElem src_expr Nothing]
-    dst_name  = (AST.NSimple dst)
-    assign    = dst_name AST.:<==: (AST.ConWforms [] src_wform Nothing)
-
-createSignalAssignments (Tuple dsts) (Tuple srcs) =
-  concat $ zipWith createSignalAssignments dsts srcs
-
-createSignalAssignments dst src =
-  error $ "Non matching source and destination: " ++ show dst ++ "\nand\n" ++  show src
-
-data SignalNameMap =
-  Tuple [SignalNameMap]
-  | Signal AST.VHDLId AST.TypeMark   -- A signal (or port) of the given (VDHL) type
-  deriving (Show)
-
--- Generate a port name map (or multiple for tuple types) in the given direction for
--- each type given.
-getPortNameMapForTys :: String -> Int -> [Type] -> [SignalNameMap]
-getPortNameMapForTys prefix num [] = [] 
-getPortNameMapForTys prefix num (t:ts) =
-  (getPortNameMapForTy (prefix ++ show num) t) : getPortNameMapForTys prefix (num + 1) ts
-
-getPortNameMapForTy :: String -> Type -> SignalNameMap
-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
-    Signal (AST.unsafeVHDLBasicId name) (vhdl_ty ty)
-  where
-    (tycon, args) = Type.splitTyConApp ty 
-
-data HWFunction = HWFunction { -- A function that is available in hardware
-  vhdlId    :: AST.VHDLId,
-  inPorts   :: [SignalNameMap],
-  outPort   :: SignalNameMap
-  --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 (mkVHDLId name) inports outport)
+    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)
+
+-- | 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
-    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 from the session
-  State.modify (\x -> x {funcs = (name, f) : fs }) -- Prepend name and f
-
--- Lookup the function with the given name in the current session. Errors if
--- it was not found.
-getHWFunc :: String -> VHDLState HWFunction
-getHWFunc name = do
-  fs <- State.gets funcs -- Get the funcs element from the session
-  return $ Maybe.fromMaybe
-    (error $ "Function " ++ name ++ "is unknown? This should not happen!")
-    (lookup name fs)
-
--- Makes the given name unique by appending a unique number.
--- This does not do any checking against existing names, so it only guarantees
--- uniqueness with other names generated by uniqueName.
-uniqueName :: String -> VHDLState String
-uniqueName name = do
-  count <- State.gets nameCount -- Get the funcs element from the session
-  State.modify (\s -> s {nameCount = count + 1})
-  return $ name ++ "_" ++ (show count)
-
--- Shortcut
-mkVHDLId :: String -> AST.VHDLId
-mkVHDLId = AST.unsafeVHDLBasicId
-
-builtin_funcs = 
-  [ 
-    ("hwxor", HWFunction (mkVHDLId "hwxor") [Signal (mkVHDLId "a") vhdl_bit_ty, Signal (mkVHDLId "b") vhdl_bit_ty] (Signal (mkVHDLId "o") vhdl_bit_ty)),
-    ("hwand", HWFunction (mkVHDLId "hwand") [Signal (mkVHDLId "a") vhdl_bit_ty, Signal (mkVHDLId "b") vhdl_bit_ty] (Signal (mkVHDLId "o") vhdl_bit_ty)),
-    ("hwor", HWFunction (mkVHDLId "hwor") [Signal (mkVHDLId "a") vhdl_bit_ty, Signal (mkVHDLId "b") vhdl_bit_ty] (Signal (mkVHDLId "o") vhdl_bit_ty)),
-    ("hwnot", HWFunction (mkVHDLId "hwnot") [Signal (mkVHDLId "i") vhdl_bit_ty] (Signal (mkVHDLId "o") vhdl_bit_ty))
-  ]
-
-vhdl_bit_ty :: AST.TypeMark
-vhdl_bit_ty = AST.unsafeVHDLBasicId "Bit"
-
--- Translate a Haskell type to a VHDL type
-vhdl_ty :: Type -> AST.TypeMark
-vhdl_ty ty = Maybe.fromMaybe
-  (error $ "Unsupported Haskell type: " ++ (showSDoc $ ppr ty))
-  (vhdl_ty_maybe ty)
-
--- Translate a Haskell type to a VHDL type
-vhdl_ty_maybe :: Type -> Maybe AST.TypeMark
-vhdl_ty_maybe ty =
+    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) ->
-      let name = TyCon.tyConName tycon in
-        -- TODO: Do something more robust than string matching
-        case getOccString name of
-          "Bit"      -> Just vhdl_bit_ty
-          otherwise  -> Nothing
-    otherwise -> Nothing
+    Just (tycon, args) -> if TyCon.isTupleTyCon tycon 
+      then
+        Just args
+      else
+        Nothing
+    Nothing -> Nothing
 
 -- vim: set ts=8 sw=2 sts=2 expandtab: