Make vhdl generation and normalization lazy.
[matthijs/master-project/cλash.git] / cλash / CLasH / VHDL.hs
index fd83899cee622a7ddc501afa598a87cc227e9eac..944d33f82c9ef3dee996419db7c3988bd229f44c 100644 (file)
@@ -4,7 +4,6 @@
 module CLasH.VHDL where
 
 -- Standard modules
-import qualified Data.List as List
 import qualified Data.Map as Map
 import qualified Maybe
 import qualified Control.Monad as Monad
@@ -23,7 +22,6 @@ import CoreSyn
 --import qualified Type
 import qualified Name
 import qualified Var
-import qualified Id
 import qualified IdInfo
 import qualified TyCon
 import qualified DataCon
@@ -32,6 +30,7 @@ import qualified CoreUtils
 import Outputable ( showSDoc, ppr )
 
 -- Local imports
+import CLasH.Translator.TranslatorTypes
 import CLasH.VHDL.VHDLTypes
 import CLasH.VHDL.VHDLTools
 import CLasH.Utils.Pretty
@@ -41,41 +40,59 @@ import CLasH.VHDL.Generate
 -- import CLasH.VHDL.Testbench
 
 createDesignFiles ::
-  TypeState
-  -> [(CoreSyn.CoreBndr, CoreSyn.CoreExpr)]
-  -> CoreSyn.CoreBndr -- ^ Top binder
-  -> [(CoreSyn.CoreBndr, CoreSyn.CoreExpr)] -- ^ Test Input
-  -> [(AST.VHDLId, AST.DesignFile)]
-
-createDesignFiles init_typestate binds topbind testinput =
-  (mkVHDLBasicId "types", AST.DesignFile ieee_context [type_package_dec, type_package_body]) :
-  map (Arrow.second $ AST.DesignFile full_context) (units ++ [testbench])
-  
+  [CoreSyn.CoreBndr] -- ^ Top binders
+  -> TranslatorSession [(AST.VHDLId, AST.DesignFile)]
+
+createDesignFiles topbndrs = do
+  bndrss <- mapM recurseArchitectures topbndrs
+  let bndrs = concat bndrss
+  lunits <- mapM createLibraryUnit bndrs
+  typepackage <- createTypesPackage
+  let files = map (Arrow.second $ AST.DesignFile full_context) lunits
+  return $ typepackage : files
   where
-    init_session = VHDLState init_typestate Map.empty
-    (units, final_session') = 
-      State.runState (createLibraryUnits binds) init_session
-    (testbench, final_session) =
-      State.runState (createTestBench Nothing testinput topbind) final_session'
-    tyfun_decls = mkBuiltInShow ++ (map snd $ Map.elems (final_session ^. vsType ^. vsTypeFuns))
-    ty_decls = final_session ^. vsType ^. vsTypeDecls
-    tfvec_index_decl = AST.PDISD $ AST.SubtypeDec tfvec_indexTM tfvec_index_def
-    tfvec_range = AST.ConstraintRange $ AST.SubTypeRange (AST.PrimLit "-1") (AST.PrimName $ AST.NAttribute $ AST.AttribName (AST.NSimple integerTM) (AST.NSimple $ highId) Nothing)
-    tfvec_index_def = AST.SubtypeIn integerTM (Just tfvec_range)
-    ieee_context = [
-        AST.Library $ mkVHDLBasicId "IEEE",
-        mkUseAll ["IEEE", "std_logic_1164"],
-        mkUseAll ["IEEE", "numeric_std"],
-        mkUseAll ["std", "textio"]
-      ]
     full_context =
       mkUseAll ["work", "types"]
       : (mkUseAll ["work"]
       : ieee_context)
-    type_package_dec = AST.LUPackageDec $ AST.PackageDec (mkVHDLBasicId "types") ([tfvec_index_decl] ++ ty_decls ++ subProgSpecs)
-    type_package_body = AST.LUPackageBody $ AST.PackageBody typesId tyfun_decls
-    subProgSpecs = map subProgSpec tyfun_decls
-    subProgSpec = \(AST.SubProgBody spec _ _) -> AST.PDISS spec
+
+ieee_context = [
+    AST.Library $ mkVHDLBasicId "IEEE",
+    mkUseAll ["IEEE", "std_logic_1164"],
+    mkUseAll ["IEEE", "numeric_std"],
+    mkUseAll ["std", "textio"]
+  ]
+
+-- | Find out which entities are needed for the given top level binders.
+recurseArchitectures ::
+  CoreSyn.CoreBndr -- ^ The top level binder
+  -> TranslatorSession [CoreSyn.CoreBndr] 
+  -- ^ The binders of all needed functions.
+recurseArchitectures bndr = do
+  -- See what this binder directly uses
+  (_, used) <- getArchitecture bndr
+  -- Recursively check what each of the used functions uses
+  useds <- mapM recurseArchitectures used
+  -- And return all of them
+  return $ bndr : (concat useds)
+
+-- | Creates the types package, based on the current type state.
+createTypesPackage ::
+  TranslatorSession (AST.VHDLId, AST.DesignFile) 
+  -- ^ The id and content of the types package
+createTypesPackage = do
+  tyfuns <- getA (tsType .> tsTypeFuns)
+  let tyfun_decls = mkBuiltInShow ++ (map snd $ Map.elems tyfuns)
+  ty_decls <- getA (tsType .> tsTypeDecls)
+  let subProgSpecs = map (\(AST.SubProgBody spec _ _) -> AST.PDISS spec) tyfun_decls
+  let type_package_dec = AST.LUPackageDec $ AST.PackageDec (mkVHDLBasicId "types") ([tfvec_index_decl] ++ ty_decls ++ subProgSpecs)
+  let type_package_body = AST.LUPackageBody $ AST.PackageBody typesId tyfun_decls
+  return $ (mkVHDLBasicId "types", AST.DesignFile ieee_context [type_package_dec, type_package_body])
+  where
+    tfvec_index_decl = AST.PDISD $ AST.SubtypeDec tfvec_indexTM tfvec_index_def
+    tfvec_range = AST.ConstraintRange $ AST.SubTypeRange (AST.PrimLit "-1") (AST.PrimName $ AST.NAttribute $ AST.AttribName (AST.NSimple integerTM) (AST.NSimple $ highId) Nothing)
+    tfvec_index_def = AST.SubtypeIn integerTM (Just tfvec_range)
 
 -- Create a use foo.bar.all statement. Takes a list of components in the used
 -- name. Must contain at least two components
@@ -87,122 +104,14 @@ mkUseAll ss =
     from = foldl select base_prefix (tail ss)
     select prefix s = AST.NSelected $ prefix AST.:.: (AST.SSimple $ mkVHDLBasicId s)
       
-createLibraryUnits ::
-  [(CoreSyn.CoreBndr, CoreSyn.CoreExpr)]
-  -> VHDLSession [(AST.VHDLId, [AST.LibraryUnit])]
-
-createLibraryUnits binds = do
-  entities <- Monad.mapM createEntity binds
-  archs <- Monad.mapM createArchitecture binds
-  return $ zipWith 
-    (\ent arch -> 
-      let AST.EntityDec id _ = ent in 
-      (id, [AST.LUEntity ent, AST.LUArch arch])
-    )
-    entities archs
+createLibraryUnit ::
+  CoreSyn.CoreBndr
+  -> TranslatorSession (AST.VHDLId, [AST.LibraryUnit])
 
--- | Create an entity for a given function
-createEntity ::
-  (CoreSyn.CoreBndr, CoreSyn.CoreExpr) -- ^ The function
-  -> VHDLSession AST.EntityDec -- ^ The resulting entity
-
-createEntity (fname, expr) = do
-      -- Strip off lambda's, these will be arguments
-      let (args, letexpr) = CoreSyn.collectBinders expr
-      args' <- Monad.mapM mkMap args
-      -- There must be a let at top level 
-      let (CoreSyn.Let binds (CoreSyn.Var res)) = letexpr
-      res' <- mkMap res
-      let vhdl_id = mkVHDLBasicId $ varToString fname ++ "_" ++ varToStringUniq fname
-      let ent_decl' = createEntityAST vhdl_id args' res'
-      let AST.EntityDec entity_id _ = ent_decl' 
-      let signature = Entity entity_id args' res'
-      modA vsSignatures (Map.insert fname signature)
-      return ent_decl'
-  where
-    mkMap ::
-      --[(SignalId, SignalInfo)] 
-      CoreSyn.CoreBndr 
-      -> VHDLSession Port
-    -- We only need the vsTypes element from the state
-    mkMap = (\bndr ->
-      let
-        --info = Maybe.fromMaybe
-        --  (error $ "Signal not found in the name map? This should not happen!")
-        --  (lookup id sigmap)
-        --  Assume the bndr has a valid VHDL id already
-        id = varToVHDLId bndr
-        ty = Var.varType bndr
-        error_msg = "\nVHDL.createEntity.mkMap: Can not create entity: " ++ pprString fname ++ "\nbecause no type can be created for port: " ++ pprString bndr 
-      in do
-        type_mark <- MonadState.lift vsType $ vhdl_ty error_msg ty
-        return (id, type_mark)
-     )
-
--- | Create the VHDL AST for an entity
-createEntityAST ::
-  AST.VHDLId                   -- ^ The name of the function
-  -> [Port]                    -- ^ The entity's arguments
-  -> Port                      -- ^ The entity's result
-  -> AST.EntityDec             -- ^ The entity with the ent_decl filled in as well
-
-createEntityAST vhdl_id args res =
-  AST.EntityDec vhdl_id ports
-  where
-    -- Create a basic Id, since VHDL doesn't grok filenames with extended Ids.
-    ports = map (mkIfaceSigDec AST.In) args
-              ++ [mkIfaceSigDec AST.Out res]
-              ++ [clk_port]
-    -- Add a clk port if we have state
-    clk_port = AST.IfaceSigDec clockId AST.In std_logicTM
-
--- | Create a port declaration
-mkIfaceSigDec ::
-  AST.Mode                         -- ^ The mode for the port (In / Out)
-  -> (AST.VHDLId, AST.TypeMark)    -- ^ The id and type for the port
-  -> AST.IfaceSigDec               -- ^ The resulting port declaration
-
-mkIfaceSigDec mode (id, ty) = AST.IfaceSigDec id mode ty
-
-{-
--- | Generate a VHDL entity name for the given hsfunc
-mkEntityId hsfunc =
-  -- TODO: This doesn't work for functions with multiple signatures!
-  -- 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 ::
-  (CoreSyn.CoreBndr, CoreSyn.CoreExpr) -- ^ The function
-  -> VHDLSession AST.ArchBody -- ^ The architecture for this function
-
-createArchitecture (fname, expr) = do
-  signaturemap <- getA vsSignatures
-  let signature = Maybe.fromMaybe 
-        (error $ "\nVHDL.createArchitecture: Generating architecture for function \n" ++ (pprString fname) ++ "\nwithout signature? This should not happen!")
-        (Map.lookup fname signaturemap)
-  let entity_id = ent_id signature
-  -- Strip off lambda's, these will be arguments
-  let (args, letexpr) = CoreSyn.collectBinders expr
-  -- There must be a let at top level 
-  let (CoreSyn.Let (CoreSyn.Rec binds) (Var res)) = letexpr
-
-  -- Create signal declarations for all binders in the let expression, except
-  -- for the output port (that will already have an output port declared in
-  -- the entity).
-  sig_dec_maybes <- mapM (mkSigDec' . fst) (filter ((/=res).fst) binds)
-  let sig_decs = Maybe.catMaybes $ sig_dec_maybes
-
-  statementss <- Monad.mapM mkConcSm binds
-  let statements = concat statementss
-  return $ AST.ArchBody (mkVHDLBasicId "structural") (AST.NSimple entity_id) (map AST.BDISD sig_decs) (statements ++ procs')
-  where
-    procs = [] --map mkStateProcSm [] -- (makeStatePairs flatfunc)
-    procs' = map AST.CSPSm procs
-    -- mkSigDec only uses vsTypes from the state
-    mkSigDec' = mkSigDec
+createLibraryUnit bndr = do
+  entity <- getEntity bndr
+  (arch, _) <- getArchitecture bndr
+  return (ent_id entity, [AST.LUEntity (ent_dec entity), AST.LUArch arch])
 
 {-
 -- | Looks up all pairs of old state, new state signals, together with
@@ -241,60 +150,7 @@ getSignalId info =
     (sigName info)
 -}
 
--- | Transforms a core binding into a VHDL concurrent statement
-mkConcSm ::
-  (CoreSyn.CoreBndr, CoreSyn.CoreExpr) -- ^ The binding to process
-  -> VHDLSession [AST.ConcSm] -- ^ The corresponding VHDL component instantiations.
-
-
--- Ignore Cast expressions, they should not longer have any meaning as long as
--- the type works out.
-mkConcSm (bndr, Cast expr ty) = mkConcSm (bndr, expr)
-
--- Simple a = b assignments are just like applications, but without arguments.
--- We can't just generate an unconditional assignment here, since b might be a
--- top level binding (e.g., a function with no arguments).
-mkConcSm (bndr, Var v) = do
-  genApplication (Left bndr) v []
-
-mkConcSm (bndr, app@(CoreSyn.App _ _))= do
-  let (CoreSyn.Var f, args) = CoreSyn.collectArgs app
-  let valargs = get_val_args (Var.varType f) args
-  genApplication (Left bndr) f (map Left valargs)
-
--- A single alt case must be a selector. This means thee scrutinee is a simple
--- variable, the alternative is a dataalt with a single non-wild binder that
--- is also returned.
-mkConcSm (bndr, expr@(Case (Var scrut) b ty [alt])) =
-  case alt of
-    (DataAlt dc, bndrs, (Var sel_bndr)) -> do
-      case List.elemIndex sel_bndr bndrs of
-        Just i -> do
-          labels <- MonadState.lift vsType $ getFieldLabels (Id.idType scrut)
-          let label = labels!!i
-          let sel_name = mkSelectedName (varToVHDLName scrut) label
-          let sel_expr = AST.PrimName sel_name
-          return [mkUncondAssign (Left bndr) sel_expr]
-        Nothing -> error $ "\nVHDL.mkConcSM: Not in normal form: Not a selector case:\n" ++ (pprString expr)
-      
-    _ -> error $ "\nVHDL.mkConcSM: Not in normal form: Not a selector case:\n" ++ (pprString expr)
-
--- Multiple case alt are be conditional assignments and have only wild
--- binders in the alts and only variables in the case values and a variable
--- for a scrutinee. We check the constructor of the second alt, since the
--- first is the default case, if there is any.
-mkConcSm (bndr, (Case (Var scrut) b ty [(_, _, Var false), (con, _, Var true)])) = do
-  scrut' <- MonadState.lift vsType $ varToVHDLExpr scrut
-  let cond_expr = scrut' AST.:=: (altconToVHDLExpr con)
-  true_expr <- MonadState.lift vsType $ varToVHDLExpr true
-  false_expr <- MonadState.lift vsType $ varToVHDLExpr false
-  return [mkCondAssign (Left bndr) cond_expr true_expr false_expr]
-
-mkConcSm (_, (Case (Var _) _ _ alts)) = error "\nVHDL.mkConcSm: Not in normal form: Case statement with more than two alternatives"
-mkConcSm (_, Case _ _ _ _) = error "\nVHDL.mkConcSm: Not in normal form: Case statement has does not have a simple variable as scrutinee"
-mkConcSm (bndr, expr) = error $ "\nVHDL.mkConcSM: Unsupported binding in let expression: " ++ pprString bndr ++ " = " ++ pprString expr
-
-
+{-
 createTestBench :: 
   Maybe Int -- ^ Number of cycles to simulate
   -> [(CoreSyn.CoreBndr, CoreSyn.CoreExpr)] -- ^ Input stimuli
@@ -382,7 +238,7 @@ createStimulans (bndr, expr) cycl = do
   let block_label = mkVHDLExtId ("testcycle_" ++ (show cycl))
   let block = AST.BlockSm block_label [] (AST.PMapAspect []) sig_decs (concat stimulansbinds)  
   return (AST.CSBSm block, res)
-  
 -- | generates a clock process with a period of 10ns
 createClkProc :: AST.ProcSm
 createClkProc = AST.ProcSm (AST.unsafeVHDLBasicId "clkproc") [] sms
@@ -411,3 +267,5 @@ createOutputProc outs =
          genExprPCall2 writeId
                         (AST.PrimName $ AST.NSimple outputId)
                         ((genExprFCall showId (AST.PrimName $ AST.NSimple outSig)) AST.:&: suffix)
+
+-}