Started adding builtin functions
[matthijs/master-project/cλash.git] / VHDL.hs
diff --git a/VHDL.hs b/VHDL.hs
index c1b42b3bc89a9b2764ff60626957a036b9242649..846cd814e376ed2e84ca965fc44ba57562d943f5 100644 (file)
--- a/VHDL.hs
+++ b/VHDL.hs
@@ -3,6 +3,7 @@
 --
 module VHDL where
 
+-- Standard modules
 import qualified Data.Foldable as Foldable
 import qualified Data.List as List
 import qualified Data.Map as Map
@@ -14,42 +15,62 @@ import qualified Data.Traversable as Traversable
 import qualified Data.Monoid as Monoid
 import Data.Accessor
 import qualified Data.Accessor.MonadState as MonadState
+import Text.Regex.Posix
 
+-- ForSyDe
+import qualified ForSyDe.Backend.VHDL.AST as AST
+
+-- GHC API
 import qualified Type
-import qualified TysWiredIn
 import qualified Name
 import qualified TyCon
 import Outputable ( showSDoc, ppr )
 
-import qualified ForSyDe.Backend.VHDL.AST as AST
-
+-- Local imports
 import VHDLTypes
 import Flatten
 import FlattenTypes
 import TranslatorTypes
 import HsValueMap
 import Pretty
+import CoreTools
+import Constants
+import Generate
+import GlobalNameTable
 
 createDesignFiles ::
   FlatFuncMap
   -> [(AST.VHDLId, AST.DesignFile)]
 
 createDesignFiles flatfuncmap =
-  -- TODO: Output types
-  (mkVHDLId "types", AST.DesignFile [] [type_package]) :
-  map (Arrow.second $ AST.DesignFile context) units
+  (mkVHDLBasicId "types", AST.DesignFile ieee_context [type_package]) :
+  map (Arrow.second $ AST.DesignFile full_context) units
   
   where
-    init_session = VHDLSession Map.empty builtin_funcs
+    init_session = VHDLSession Map.empty Map.empty builtin_funcs globalNameTable
     (units, final_session) = 
       State.runState (createLibraryUnits flatfuncmap) init_session
     ty_decls = Map.elems (final_session ^. vsTypes)
-    context = [
-      AST.Library $ mkVHDLId "IEEE",
-      AST.Use $ (AST.NSimple $ mkVHDLId "IEEE.std_logic_1164") AST.:.: AST.All,
-      AST.Use $ (AST.NSimple $ mkVHDLId "work.types") AST.:.: AST.All]
-    type_package = AST.LUPackageDec $ AST.PackageDec (mkVHDLId "types") (map (AST.PDITD . snd) ty_decls)
-
+    ieee_context = [
+        AST.Library $ mkVHDLBasicId "IEEE",
+        mkUseAll ["IEEE", "std_logic_1164"],
+        mkUseAll ["IEEE", "numeric_std"]
+      ]
+    full_context =
+      mkUseAll ["work", "types"]
+      : ieee_context
+    type_package = AST.LUPackageDec $ AST.PackageDec (mkVHDLBasicId "types") (map (AST.PDITD . snd) ty_decls)
+
+-- Create a use foo.bar.all statement. Takes a list of components in the used
+-- name. Must contain at least two components
+mkUseAll :: [String] -> AST.ContextItem
+mkUseAll ss = 
+  AST.Use $ from AST.:.: AST.All
+  where
+    base_prefix = (AST.NSimple $ mkVHDLBasicId $ head ss)
+    from = foldl select base_prefix (tail ss)
+    select prefix s = AST.NSelected $ prefix AST.:.: (AST.SSimple $ mkVHDLBasicId s)
+      
 createLibraryUnits ::
   FlatFuncMap
   -> VHDLState [(AST.VHDLId, [AST.LibraryUnit])]
@@ -89,7 +110,7 @@ createEntity hsfunc flatfunc = do
       -> SignalId 
       -> VHDLState VHDLSignalMapElement
     -- We only need the vsTypes element from the state
-    mkMap sigmap = MonadState.lift vsTypes . (\id ->
+    mkMap sigmap = (\id ->
       let
         info = Maybe.fromMaybe
           (error $ "Signal not found in the name map? This should not happen!")
@@ -102,7 +123,7 @@ createEntity hsfunc flatfunc = do
         if isPortSigUse $ sigUse info
           then do
             type_mark <- vhdl_ty ty
-            return $ Just (mkVHDLId nm, type_mark)
+            return $ Just (mkVHDLExtId nm, type_mark)
           else
             return $ Nothing
        )
@@ -127,7 +148,7 @@ createEntityAST hsfunc args res =
     -- Add a clk port if we have state
     clk_port = if hasState hsfunc
       then
-        [AST.IfaceSigDec (mkVHDLId "clk") AST.In VHDL.std_logic_ty]
+        [AST.IfaceSigDec (mkVHDLExtId "clk") AST.In VHDL.std_logic_ty]
       else
         []
 
@@ -143,7 +164,9 @@ mkIfaceSigDec _ Nothing = Nothing
 -- | Generate a VHDL entity name for the given hsfunc
 mkEntityId hsfunc =
   -- TODO: This doesn't work for functions with multiple signatures!
-  mkVHDLId $ hsFuncName hsfunc
+  -- Use a Basic Id, since using extended id's for entities throws off
+  -- precision and causes problems when generating filenames.
+  mkVHDLBasicId $ hsFuncName hsfunc
 
 -- | Create an architecture for a given function
 createArchitecture ::
@@ -161,19 +184,17 @@ createArchitecture hsfunc flatfunc = do
   sig_dec_maybes <- mapM (mkSigDec' . snd) sigs
   let sig_decs = Maybe.catMaybes $ sig_dec_maybes
   -- Create concurrent statements for all signal definitions
-  let statements = zipWith (mkConcSm signaturemap sigs) defs [0..]
-  return $ AST.ArchBody (mkVHDLId "structural") (AST.NSimple entity_id) (map AST.BDISD sig_decs) (statements ++ procs')
+  statements <- Monad.zipWithM (mkConcSm sigs) defs [0..]
+  return $ AST.ArchBody (mkVHDLBasicId "structural") (AST.NSimple entity_id) (map AST.BDISD sig_decs) (statements ++ procs')
   where
     sigs = flat_sigs flatfunc
     args = flat_args flatfunc
     res  = flat_res  flatfunc
     defs = flat_defs flatfunc
-    -- TODO: Unique ty_decls
-    -- TODO: Store ty_decls somewhere
     procs = map mkStateProcSm (makeStatePairs flatfunc)
     procs' = map AST.CSPSm procs
     -- mkSigDec only uses vsTypes from the state
-    mkSigDec' = MonadState.lift vsTypes . mkSigDec
+    mkSigDec' = mkSigDec
 
 -- | Looks up all pairs of old state, new state signals, together with
 --   the state id they represent.
@@ -194,15 +215,15 @@ mkStateProcSm :: (StateId, SignalInfo, SignalInfo) -> AST.ProcSm
 mkStateProcSm (num, old, new) =
   AST.ProcSm label [clk] [statement]
   where
-    label       = mkVHDLId $ "state_" ++ (show num)
-    clk         = mkVHDLId "clk"
-    rising_edge = AST.NSimple $ mkVHDLId "rising_edge"
+    label       = mkVHDLExtId $ "state_" ++ (show num)
+    clk         = mkVHDLExtId "clk"
+    rising_edge = AST.NSimple $ mkVHDLBasicId "rising_edge"
     wform       = AST.Wform [AST.WformElem (AST.PrimName $ AST.NSimple $ getSignalId new) Nothing]
     assign      = AST.SigAssign (AST.NSimple $ getSignalId old) wform
     rising_edge_clk = AST.PrimFCall $ AST.FCall rising_edge [Nothing AST.:=>: (AST.ADName $ AST.NSimple clk)]
     statement   = AST.IfSm rising_edge_clk [assign] [] Nothing
 
-mkSigDec :: SignalInfo -> TypeState (Maybe AST.SigDec)
+mkSigDec :: SignalInfo -> VHDLState (Maybe AST.SigDec)
 mkSigDec info =
   let use = sigUse info in
   if isInternalSigUse use || isStateSigUse use then do
@@ -217,52 +238,58 @@ mkSigDec info =
 --   is not named.
 getSignalId :: SignalInfo -> AST.VHDLId
 getSignalId info =
-    mkVHDLId $ Maybe.fromMaybe
+    mkVHDLExtId $ Maybe.fromMaybe
       (error $ "Unnamed signal? This should not happen!")
       (sigName info)
 
 -- | Transforms a signal definition into a VHDL concurrent statement
 mkConcSm ::
-  SignatureMap             -- ^ The interfaces of functions in the session
-  -> [(SignalId, SignalInfo)] -- ^ The signals in the current architecture
+  [(SignalId, SignalInfo)] -- ^ The signals in the current architecture
   -> SigDef                -- ^ The signal definition 
   -> Int                   -- ^ A number that will be unique for all
                            --   concurrent statements in the architecture.
-  -> AST.ConcSm            -- ^ The corresponding VHDL component instantiation.
+  -> VHDLState AST.ConcSm  -- ^ The corresponding VHDL component instantiation.
 
-mkConcSm signatures sigs (FApp hsfunc args res) num =
+mkConcSm sigs (FApp hsfunc args res) num = do
+  signatures <- getA vsSignatures
   let 
-    signature = Maybe.fromMaybe
-        (error $ "Using function '" ++ (prettyShow hsfunc) ++ "' without signature? This should not happen!")
-        (Map.lookup hsfunc signatures)
-    entity_id = ent_id signature
-    label = (AST.fromVHDLId entity_id) ++ "_" ++ (show num)
-    -- Add a clk port if we have state
-    clk_port = Maybe.fromJust $ mkAssocElem (Just $ mkVHDLId "clk") "clk"
-    portmaps = mkAssocElems sigs args res signature ++ (if hasState hsfunc then [clk_port] else [])
-  in
-    AST.CSISm $ AST.CompInsSm (mkVHDLId label) (AST.IUEntity (AST.NSimple entity_id)) (AST.PMapAspect portmaps)
-
-mkConcSm _ sigs (UncondDef src dst) _ =
-  let
-    src_expr  = vhdl_expr src
-    src_wform = AST.Wform [AST.WformElem src_expr Nothing]
-    dst_name  = AST.NSimple (getSignalId $ signalInfo sigs dst)
-    assign    = dst_name AST.:<==: (AST.ConWforms [] src_wform Nothing)
-  in
-    AST.CSSASm assign
+      signature = Maybe.fromMaybe
+          (error $ "Using function '" ++ (prettyShow hsfunc) ++ "' without signature? This should not happen!")
+          (Map.lookup hsfunc signatures)
+      entity_id = ent_id signature
+      label = (AST.fromVHDLId entity_id) ++ "_" ++ (show num)
+      -- Add a clk port if we have state
+      clk_port = Maybe.fromJust $ mkAssocElem (Just $ mkVHDLExtId "clk") "clk"
+      portmaps = mkAssocElems sigs args res signature ++ (if hasState hsfunc then [clk_port] else [])
+    in
+      return $ AST.CSISm $ AST.CompInsSm (mkVHDLExtId label) (AST.IUEntity (AST.NSimple entity_id)) (AST.PMapAspect portmaps)
+
+mkConcSm sigs (UncondDef src dst) _ = do
+  src_expr <- vhdl_expr src
+  let src_wform = AST.Wform [AST.WformElem src_expr Nothing]
+  let dst_name  = AST.NSimple (getSignalId $ signalInfo sigs dst)
+  let assign    = dst_name AST.:<==: (AST.ConWforms [] src_wform Nothing)
+  return $ AST.CSSASm assign
   where
-    vhdl_expr (Left id) = mkIdExpr sigs id
+    vhdl_expr (Left id) = return $ mkIdExpr sigs id
     vhdl_expr (Right expr) =
       case expr of
         (EqLit id lit) ->
-          (mkIdExpr sigs id) AST.:=: (AST.PrimLit lit)
-        (Literal lit) ->
-          AST.PrimLit lit
+          return $ (mkIdExpr sigs id) AST.:=: (AST.PrimLit lit)
+        (Literal lit Nothing) ->
+          return $ AST.PrimLit lit
+        (Literal lit (Just ty)) -> do
+          -- Create a cast expression, which is just a function call using the
+          -- type name as the function name.
+          let litexpr = AST.PrimLit lit
+          ty_id <- vhdl_ty ty
+          let ty_name = AST.NSimple ty_id
+          let args = [Nothing AST.:=>: (AST.ADExpr litexpr)] 
+          return $ AST.PrimFCall $ AST.FCall ty_name args
         (Eq a b) ->
-          (mkIdExpr sigs a) AST.:=: (mkIdExpr sigs b)
+         return $  (mkIdExpr sigs a) AST.:=: (mkIdExpr sigs b)
 
-mkConcSm sigs (CondDef cond true false dst) _ =
+mkConcSm sigs (CondDef cond true false dst) _ =
   let
     cond_expr  = mkIdExpr sigs cond
     true_expr  = mkIdExpr sigs true
@@ -273,7 +300,7 @@ mkConcSm _ sigs (CondDef cond true false dst) _ =
     dst_name  = AST.NSimple (getSignalId $ signalInfo sigs dst)
     assign    = dst_name AST.:<==: (AST.ConWforms [whenelse] false_wform Nothing)
   in
-    AST.CSSASm assign
+    return $ AST.CSSASm assign
 
 -- | Turn a SignalId into a VHDL Expr
 mkIdExpr :: [(SignalId, SignalInfo)] -> SignalId -> AST.Expr
@@ -317,7 +344,7 @@ lookupSigName sigs sig = name
 
 -- | Create an VHDL port -> signal association
 mkAssocElem :: Maybe AST.VHDLId -> String -> Maybe AST.AssocElem
-mkAssocElem (Just port) signal = Just $ Just port AST.:=>: (AST.ADName (AST.NSimple (mkVHDLId signal))) 
+mkAssocElem (Just port) signal = Just $ Just port AST.:=>: (AST.ADName (AST.NSimple (mkVHDLExtId signal))) 
 mkAssocElem Nothing _ = Nothing
 
 -- | The VHDL Bit type
@@ -333,9 +360,9 @@ std_logic_ty :: AST.TypeMark
 std_logic_ty = AST.unsafeVHDLBasicId "std_logic"
 
 -- Translate a Haskell type to a VHDL type
-vhdl_ty :: Type.Type -> TypeState AST.TypeMark
+vhdl_ty :: Type.Type -> VHDLState AST.TypeMark
 vhdl_ty ty = do
-  typemap <- State.get
+  typemap <- getA vsTypes
   let builtin_ty = do -- See if this is a tycon and lookup its name
         (tycon, args) <- Type.splitTyConApp_maybe ty
         let name = Name.getOccString (TyCon.tyConName tycon)
@@ -352,29 +379,31 @@ vhdl_ty ty = do
             (tycon, args) <- Type.splitTyConApp_maybe ty
             let name = Name.getOccString (TyCon.tyConName tycon)
             case name of
-              "FSVec" -> Just $ mk_fsvec_ty ty args
+              "TFVec" -> Just $ mk_vector_ty (tfvec_len ty) ty
+              "SizedWord" -> Just $ mk_vector_ty (sized_word_len ty) ty
               otherwise -> Nothing
       -- Return new_ty when a new type was successfully created
       Maybe.fromMaybe 
         (error $ "Unsupported Haskell type: " ++ (showSDoc $ ppr ty))
         new_ty
 
--- | Create a VHDL type belonging to a FSVec Haskell type
-mk_fsvec_ty ::
-  Type.Type -- ^ The Haskell type to create a VHDL type for
-  -> [Type.Type] -- ^ Type arguments to the FSVec type constructor
-  -> TypeState AST.TypeMark -- The typemark created.
-
-mk_fsvec_ty ty args = do
-  -- Assume there are two type arguments
-  let [len, el_ty] = args 
-  -- TODO: Find actual number
-  let ty_id = mkVHDLId ("vector_" ++ (show len))
+-- | Create a VHDL vector type
+mk_vector_ty ::
+  Int -- ^ The length of the vector
+  -> Type.Type -- ^ The Haskell type to create a VHDL type for
+  -> VHDLState AST.TypeMark -- The typemark created.
+
+mk_vector_ty len ty = do
+  -- Assume there is a single type argument
+  let ty_id = mkVHDLExtId $ "vector_" ++ (show len)
   -- TODO: Use el_ty
-  let range = AST.IndexConstraint [AST.ToRange (AST.PrimLit "0") (AST.PrimLit "16")]
+  let range = AST.IndexConstraint [AST.ToRange (AST.PrimLit "0") (AST.PrimLit $ show (len - 1))]
   let ty_def = AST.TDA $ AST.ConsArrayDef range std_logic_ty
   let ty_dec = AST.TypeDec ty_id ty_def
-  State.modify (Map.insert (OrdType ty) (ty_id, ty_dec))
+  -- TODO: Check name uniqueness
+  --State.modify (Map.insert (OrdType ty) (ty_id, ty_dec))
+  modA vsTypes (Map.insert (OrdType ty) (ty_id, ty_dec))
+  modA vsTypeFuns (Map.insert (OrdType ty) (genUnconsVectorFuns std_logic_ty ty_id))
   return ty_id
 
 
@@ -384,13 +413,19 @@ builtin_types =
     ("Bool", bool_ty) -- TysWiredIn.boolTy
   ]
 
--- Shortcut
-mkVHDLId :: String -> AST.VHDLId
-mkVHDLId s = 
-  AST.unsafeVHDLBasicId $ (strip_multiscore . strip_invalid) s
+-- Shortcut for 
+-- Can only contain alphanumerics and underscores. The supplied string must be
+-- a valid basic id, otherwise an error value is returned. This function is
+-- not meant to be passed identifiers from a source file, use mkVHDLExtId for
+-- that.
+mkVHDLBasicId :: String -> AST.VHDLId
+mkVHDLBasicId s = 
+  AST.unsafeVHDLBasicId $ (strip_multiscore . strip_leading . strip_invalid) s
   where
     -- Strip invalid characters.
     strip_invalid = filter (`elem` ['A'..'Z'] ++ ['a'..'z'] ++ ['0'..'9'] ++ "_.")
+    -- Strip leading numbers and underscores
+    strip_leading = dropWhile (`elem` ['0'..'9'] ++ "_")
     -- Strip multiple adjacent underscores
     strip_multiscore = concat . map (\cs -> 
         case cs of 
@@ -398,6 +433,18 @@ mkVHDLId s =
           _ -> cs
       ) . List.group
 
+-- Shortcut for Extended VHDL Id's. These Id's can contain a lot more
+-- different characters than basic ids, but can never be used to refer to
+-- basic ids.
+-- Use extended Ids for any values that are taken from the source file.
+mkVHDLExtId :: String -> AST.VHDLId
+mkVHDLExtId s = 
+  AST.unsafeVHDLExtId $ strip_invalid s
+  where 
+    -- Allowed characters, taken from ForSyde's mkVHDLExtId
+    allowed = ['A'..'Z'] ++ ['a'..'z'] ++ ['0'..'9'] ++ " \"#&\\'()*+,./:;<=>_|!$%@?[]^`{}~-"
+    strip_invalid = filter (`elem` allowed)
+
 -- | 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
@@ -408,7 +455,7 @@ data BuiltIn = BuiltIn String [PortMap] PortMap
 mkBuiltins :: [BuiltIn] -> SignatureMap
 mkBuiltins = Map.fromList . map (\(BuiltIn name args res) ->
     (HsFunction name (map useAsPort args) (useAsPort res),
-     Entity (VHDL.mkVHDLId name) (map toVHDLSignalMap args) (toVHDLSignalMap res))
+     Entity (VHDL.mkVHDLBasicId name) (map toVHDLSignalMap args) (toVHDLSignalMap res))
   )
 
 builtin_hsfuncs = Map.keys builtin_funcs
@@ -423,4 +470,4 @@ builtin_funcs = mkBuiltins
 -- | Map a port specification of a builtin function to a VHDL Signal to put in
 --   a VHDLSignalMap
 toVHDLSignalMap :: HsValueMap (String, AST.TypeMark) -> VHDLSignalMap
-toVHDLSignalMap = fmap (\(name, ty) -> Just (mkVHDLId name, ty))
+toVHDLSignalMap = fmap (\(name, ty) -> Just (mkVHDLBasicId name, ty))