Update reducer
authorChristiaan Baaij <christiaan.baaij@gmail.com>
Fri, 6 Nov 2009 12:07:21 +0000 (13:07 +0100)
committerChristiaan Baaij <christiaan.baaij@gmail.com>
Fri, 6 Nov 2009 12:07:21 +0000 (13:07 +0100)
reducer.hs

index ecc0051c3a896dfb9407a3a0346ff4d720e71d81..7a8bde30a17dd01acd53fb87af2ed25f0c7d602d 100644 (file)
-{-# LANGUAGE TypeOperators, TemplateHaskell, FlexibleContexts, TypeFamilies #-}
-module Reducer where
+{-# LANGUAGE TypeOperators, TemplateHaskell, FlexibleContexts, TypeFamilies, ScopedTypeVariables, RecordWildCards #-}
+module Main where
 
 import System.Random
 import System.IO.Unsafe (unsafePerformIO,unsafeInterleaveIO)
-
 import qualified Prelude as P
 import CLasH.HardwareTypes
 import CLasH.Translator.Annotations
 
+-- =======================================
+-- = System size configuration variables =
+-- =======================================
+
 type DataSize       = D8
 type IndexSize      = D8
-type DiscrSize      = D3
-type DiscrRange     = D7
-type AdderDepth     = D2
+type DiscrSize      = D7
+type DiscrRange     = D127
+type AdderDepth     = D14
+
+-- =================
+-- = Type Aliasses =
+-- =================
 
+type Shift          = RangedWord D2
 type DataInt        = SizedWord DataSize
 type ArrayIndex     = SizedWord IndexSize
 type Discr          = RangedWord DiscrRange
 
-type ReducerState   = State ( DiscrState
-                      , InputState
-                      , FpAdderState
-                      , OutputState
-                      )
-type ReducerSignal  = ( ( DataInt
-                        , Discr
-                        )
-                      , Bit
-                      )
-                      
-type OutputSignal   = ( (DataInt
+type OutputSignal   = ( ( DataInt
                         , ArrayIndex
                         )
-                      , Bit
+                      , Bool
                       )
 
-type DiscrState     = State ( ArrayIndex
-                      , SizedWord DiscrSize
-                      )
-                     
-type InputState     = State ( Vector (AdderDepth :+: D1) ReducerSignal
-                      , RangedWord AdderDepth
+data CellType       = Valid | NotValid
+  deriving (Eq)
+                      
+type Cell           = ( CellType
+                      , ( DataInt
+                        , Discr
+                        )
                       )
 
-type FpAdderState   = State (Vector AdderDepth ReducerSignal)
-
-type OutputState    = State ( MemState DiscrRange DataInt
-                            , MemState DiscrRange DataInt
-                            , MemState DiscrRange ArrayIndex
-                            , RAM DiscrRange Bit
-                      )
-{-
-Discriminator adds a discriminator to each input value
-
-State:
-prev_index: previous index
-cur_discr: current discriminator
-
-Input:
-data_in: input value
-index: row index
-
-Output:
-data_in: output value
-discr: discriminator belonging to output value
-new_discr: value of new discriminator, is -1 if cur_discr hasn't changed
-index: Index belonging to the new discriminator 
--}
-discriminator ::  DiscrState -> (DataInt, ArrayIndex) -> 
-                  ( DiscrState
-                  , ((DataInt, Discr), (Bit, ArrayIndex))
-                  )
-discriminator (State (prev_index,cur_discr)) (data_in, index) = 
-  (State (prev_index', cur_discr'), ((data_in, discr),(new_discr, index)))
+notValid :: Cell
+notValid = (NotValid,(0::DataInt,0::Discr))    
+
+-- ================================
+-- = Cell type accessor functions =
+-- ================================
+
+valid :: Cell -> Bool
+valid (Valid, _) = True
+valid _          = False
+
+value :: Cell -> DataInt
+value (_, (v, _)) = v
+
+discr :: Cell -> Discr
+discr (_, (_, d)) = d
+
+-- =======================
+-- = Reducer State types =
+-- =======================
+
+data DiscrRecord    = DiscrR { prev_index  ::  ArrayIndex
+                             , cur_discr   ::  SizedWord DiscrSize
+                             }
+
+type DiscrState     = State DiscrRecord
+
+data CircRecord     = Circ  { mem   ::  Vector (AdderDepth :+: D1) (DataInt, Discr)
+                            , rdptr ::  RangedWord AdderDepth
+                            , wrptr ::  RangedWord AdderDepth
+                            , count ::  RangedWord (AdderDepth :+: D1)
+                            }
+
+type CircState      = State CircRecord
+
+type FpAdderState   = State (Vector AdderDepth Cell)
+
+data OutputRecord   = Outp  { res_mem :: RAM DiscrRange Cell
+                            , lut     :: MemState DiscrRange ArrayIndex
+                            }
+
+type OutputState    = State OutputRecord
+
+data OutputRecordO  = OutpO { valid_mem :: RAM DiscrRange CellType
+                            , mem1      :: MemState DiscrRange DataInt
+                            , mem2      :: MemState DiscrRange DataInt
+                            , lutm      :: MemState DiscrRange ArrayIndex
+                            }
+                            
+type OutputStateO   = State OutputRecordO
+
+data ReducerRecord  = Reducer { discrState  ::  DiscrState
+                              , inputState  ::  CircState
+                              , pipeState   ::  FpAdderState
+                              , resultState ::  OutputStateO
+                              }
+                              
+type ReducerState   = State ReducerRecord
+
+data ReducerZeroRecord = ReducerZ { i0      :: ArrayIndex
+                                  , inp     :: CircState
+                                  , pipe    :: 
+                                  ,
+                                  }
+
+-- ===========================================================
+-- = Discrimintor: Hands out new discriminator to the system =
+-- ===========================================================
+discriminator ::  DiscrState -> (DataInt, ArrayIndex) -> (DiscrState, (DataInt, Discr), Bool)
+discriminator (State (DiscrR {..})) (data_in, index) =  ( State ( DiscrR { prev_index = index
+                                                                         , cur_discr  = cur_discr'
+                                                                         })
+                                                                , (data_in, discr)
+                                                                , new_discr
+                                                                )
   where
-    -- Update discriminator if index changes
-    cur_discr'  | prev_index == index = cur_discr
-                | otherwise           = cur_discr + 1
-    -- Notify OutputBuffer if a new discriminator becomes in use
-    new_discr   | prev_index == index = Low
-                | otherwise           = High
-    prev_index'                       = index
+    new_discr                         = index /= prev_index
+    cur_discr'  | new_discr           = cur_discr + 1
+                | otherwise           = cur_discr
     discr                             = fromSizedWord cur_discr'
 
-{-
-Second attempt at Fifo
-Uses "write pointer"... ugly...
-Can potentially be mapped to hardware
-
-State:
-mem: content of the FIFO
-wrptr: points to first free spot in the FIFO
-
-Input:
-inp: (value,discriminator) pair
-enable: Flushes 2 values from FIFO if 2, 1 value from FIFO if 1, no values 
-        from FIFO if 0
-  
-Output
-out1: ((value, discriminator),valid) pair of head FIFO
-out2: ((value, discriminator),valid) pair of second register FIFO
-
-valid indicates if the output contains a valid discriminator
--}
-inputBuffer ::  InputState -> 
-                ((DataInt, Discr), RangedWord D2) -> 
-                (InputState, ReducerSignal, ReducerSignal)
-inputBuffer (State (mem,wrptr)) (inp,enable) = (State (mem',wrptr'),out1, out2)
+-- ======================================================
+-- = Input Buffer: Buffers incomming inputs when needed =
+-- ======================================================
+circBuffer :: CircState ->
+              ((DataInt, Discr), Shift) ->
+              (CircState, Cell, Cell)
+circBuffer (State (Circ {..})) (inp,shift) =  ( State ( Circ { mem   = mem' 
+                                                             , rdptr = rdptr'
+                                                             , wrptr = wrptr' 
+                                                             , count = count'
+                                                             })
+                                                      , out1, out2
+                                                      )
   where
-    out1                  = last mem -- output head of FIFO
-    out2                  = last (init mem) -- output 2nd element
-    -- Update free spot pointer according to value of 'enable' 
-    wrptr'  | enable == 0 = wrptr - 1
-            | enable == 1 = wrptr
-            | otherwise   = wrptr + 1
-    -- Write value to free spot
-    mem''                 = replace mem wrptr (inp,High)
-    -- Flush values at head of fifo according to value of 'enable'
-    mem'    | enable == 0 = mem'' 
-            | enable == 1 = zero +> (init mem'')
-            | otherwise   = zero +> (zero +> (init(init mem'')))
-    zero                  = (((0::DataInt),(0::Discr)),(Low::Bit))
-            
-            
-{-
-floating point Adder 
-
-output discriminator becomes discriminator of the first operant
-
-State:
-state: "pipeline" of the fp Adder
-
-Input:
-input1: out1 of the FIFO
-input2: out2 of the FIFO
-grant: grant signal comming from the controller, determines which value enters 
-       the pipeline
-mem_out: Value of the output buffer for the read address
-         Read address for the output buffer is the discriminator at the top of 
-        the adder pipeline
-
-Output:
-output: ((Value, discriminator),valid) pair at the top of the adder pipeline
-
-valid indicates if the output contains a valid discriminator
--}
-fpAdder ::  FpAdderState -> 
-            ( ReducerSignal
-            , ReducerSignal
-            , (RangedWord D2, RangedWord D2)
-            , ReducerSignal
-            ) ->        
-            (FpAdderState, ReducerSignal)         
-fpAdder (State state) (input1, input2, grant, mem_out) = (State state', output)
+    n               = fromIntegerT (undefined :: AdderDepth)
+    (rdptr',count') | shift == 0  =                    (rdptr    , count + 1)
+                    | shift == 1  = if rdptr == 0 then (n        , count    ) else
+                                                       (rdptr - 1, count    )
+                    | otherwise   = if rdptr == 1 then (n        , count - 1) else 
+                                    if rdptr == 0 then (n - 1    , count - 1) else
+                                                       (rdptr - 2, count - 1)
+    rdptr2          | rdptr == 0  = n
+                    | otherwise   = rdptr - 1 
+    wrptr'          = if wrptr == 0 then n else wrptr - 1
+    mem'            = replace mem wrptr inp
+    out1            | count == 0  = notValid
+                    | otherwise   = (Valid,mem!rdptr)
+    out2            | count <= 1  = notValid
+                    | otherwise   = (Valid,mem!rdptr2)
+    
+-- ============================================
+-- = Simulated pipelined floating point adder =
+-- ============================================
+fpAdder ::  FpAdderState -> (Cell, Cell) -> (FpAdderState, Cell)         
+fpAdder (State pipe) (arg1, arg2) = (State pipe', pipe_out)
   where
-    -- output is head of the pipeline
-    output    = last state
-    -- First value of 'grant' determines operant 1
-    operant1  | (fst grant) == 0  = fst (fst (last state))
-              | (fst grant) == 1  = fst (fst input2)
-              | otherwise         = 0
-    -- Second value of 'grant' determine operant 2
-    operant2  | (snd grant) == 0  = fst (fst input1)
-              | (snd grant) == 1  = fst (fst mem_out)
-              | (otherwise)       = 0
-    -- Determine discriminator for new value
-    discr     | (snd grant) == 0  = snd (fst input1)
-              | (snd grant) == 1  = snd (fst (last state))
-              | otherwise         = 0
-    -- Determine if discriminator should be marked as valid
-    valid     | grant == (2,2)    = Low
-              | otherwise         = High
-    -- Shift addition of the two operants into the pipeline
-    state'    = (((operant1 + operant2),discr),valid) +> (init state)
-
-{-
-Output logic - Determines when values are released from blockram to the output
-
-State:
-mem: memory belonging to the blockRAM
-lut: Lookup table that maps discriminators to Index'
-valid: Lookup table for 'validity' of the content of the blockRAM
-
-Input:
-discr: Value of the newest discriminator when it first enters the system. 
-       (-1) otherwise.
-index: Index belonging to the newest discriminator
-data_in: value to be written to RAM
-rdaddr: read address
-wraddr: write address
-wrenable: write enabled flag
-
-Output:
-data_out: value of RAM at location 'rdaddr'
-output: Reduced row when ready, (-1) otherwise
--}
-outputter ::  OutputState -> 
-              ( Discr
-              , ArrayIndex
-              , Bit
-              , DataInt
-              , Discr
-              , Discr
-              , Bit
-              ) -> 
-              (OutputState, ReducerSignal, OutputSignal)
-outputter (State (mem1, mem2, lut, valid))
-  (discr, index, new_discr, data_in, rdaddr, wraddr, wrenable) = 
-  ((State (mem1', mem2', lut', valid')), data_out, output)
+    new_head  | valid arg1  = (Valid, ((value arg1 + value arg2), discr arg1))
+              | otherwise   = notValid
+              
+    pipe'     = new_head +> init pipe
+    pipe_out  = last pipe
+
+-- ==============================================================
+-- = Partial Results buffers, purges completely reduced results =
+-- ==============================================================
+resBuff ::  OutputState -> ( Cell, Cell, ArrayIndex, (Discr, Bool)) -> (OutputState, Cell, OutputSignal)
+resBuff (State (Outp {..})) (pipe_out, new_cell, index, (discrN, new_discr)) = ( State ( Outp { res_mem = res_mem''
+                                                                                              , lut     = lut'
+                                                                                              })
+                                                                               , res_mem_out, output)
   where
-    -- Lut is updated when new discriminator/index combination enters system        
-    (lut', lut_out)             = blockRAM lut index discr discr new_discr
-    -- Location becomes invalid when Reduced row leaves system        
-    valid'' | (new_discr /= Low) && ((valid!discr) /= Low) = 
-                                  replace valid discr Low
-            | otherwise         = valid
-    -- Location becomes invalid when it is fed back into the pipeline
-    valid'  | wrenable == Low   = replace valid'' rdaddr Low
-            | otherwise         = replace valid'' wraddr High
-    (mem1', mem_out1)           = blockRAM mem1 data_in rdaddr wraddr wrenable
-    (mem2', mem_out2)           = blockRAM mem2 data_in discr wraddr wrenable
-    data_out                    = ( ( (mem_out1)
-                                    , rdaddr
-                                    )
-                                  , (valid!rdaddr)
-                                  )
-    -- Reduced row is released when new discriminator enters system
-    -- And the position at the discriminator holds a valid value
-    output                      = ( ( (mem_out2)
-                                    , (lut_out)
-                                    )
-                                  , (new_discr `hwand` (valid!discr))
-                                  )
-
-{-
-Arbiter determines which rules are valid
-
-Input:
-fp_out: output of the adder pipeline
-mem_out: data_out of the output logic
-inp1: Head of the input FIFO
-inp2: Second element of input FIFO
-
-Output:
-r4 - r0: vector of rules, rule is invalid if it's 0, valid otherwise
--}
-arbiter :: (ReducerSignal, ReducerSignal, ReducerSignal, ReducerSignal) ->  
-            Vector D5 Bit
-arbiter (fp_out, mem_out, inp1, inp2) = (r4 +> (r3 +> (r2 +> (r1 +> (singleton r0)))))
-  where -- unpack parameters
-    fp_valid    = snd fp_out
-    next_valid  = snd mem_out
-    inp1_valid  = snd inp1
-    inp2_valid  = snd inp2
-    fp_discr    = snd (fst fp_out)
-    next_discr  = snd (fst mem_out)
-    inp1_discr  = snd (fst inp1)
-    inp2_discr  = snd (fst inp2)
-    -- Apply rules
-    r0  | (fp_valid /= Low) && (next_valid /= Low) && (fp_discr == next_discr)  
-                                      = High
-        | otherwise                   = Low
-    r1  | (fp_valid /= Low) && (inp1_valid /= Low) && (fp_discr == inp1_discr)  
-                                      = High
-        | otherwise                   = Low
-    r2  | (inp1_valid /= Low) && (inp2_valid /= Low) && 
-          (inp1_discr == inp2_discr)  = High
-        | otherwise                   = Low
-    r3  | inp1_valid /= Low           = High
-        | otherwise                   = Low
-    r4                                = High
-
-{-
-Controller determines which values are fed into the pipeline
-and if the write enable flag for the Output RAM should be set
-to true. Also determines how many values should be flushed from
-the input FIFO.
-
-Input:
-fp_out: output of the adder pipeline
-mem_out: data_out of the output logic
-inp1: Head of input FIFO
-inp2: Second element of input FIFO
-
-Output:
-grant: Signal that determines operants for the adder
-enable: Number of values to be flushed from input buffer
-wr_enable: Determine if value of the adder should be written to RAM
--}
-controller :: (ReducerSignal, ReducerSignal, ReducerSignal, ReducerSignal) -> 
-                ((RangedWord D2, RangedWord D2), RangedWord D2, Bit)
-controller (fp_out,mem_out,inp1,inp2) = (grant,enable,wr_enable)
+    -- Purge completely reduced results from the system
+    clean_mem     | new_discr       = replace res_mem discrN notValid
+                  | otherwise       = res_mem
+    -- If a partial is fed  back to the pipeline, make its location invalid      
+    res_mem'       | valid pipe_out    = replace clean_mem (discr pipe_out) notValid
+                             | otherwise                   = clean_mem
+    -- Write a new partial to memory if it is valid
+    res_mem''      | valid new_cell    = replace res_mem' (discr new_cell) new_cell
+                             | otherwise                   = res_mem'
+    -- Output a partial if it is needed, otherwise output invalid
+    res_mem_out        | valid pipe_out        = res_mem ! (discr pipe_out)
+                             | otherwise                   = notValid
+               -- Lut maps discriminators to array index
+    (lut', lut_out)                 = blockRAM lut index discrN discrN new_discr
+    -- Output value to the system once a discriminator is reused
+    output'                         = res_mem ! discrN
+    output                          = ( (value output', lut_out)
+                                      , new_discr && valid output'
+                                      )
+
+-- ===================================================
+-- = Optimized Partial Result Buffer, uses BlockRAMs =
+-- ===================================================                                      
+resBuffO ::  OutputStateO -> ( Cell, Cell, ArrayIndex, (Discr, Bool)) -> (OutputStateO, Cell, OutputSignal)
+resBuffO (State (OutpO {..})) (pipe_out, new_cell, index, (discrN, new_discr)) = ( State ( OutpO { valid_mem = valid_mem'
+                                                                                                 , mem1      = mem1'
+                                                                                                 , mem2      = mem2'
+                                                                                                 , lutm      = lutm'
+                                                                                                 })
+                                                                                 , res_mem_out, output)
   where
-    -- Arbiter determines which rules are valid
-    valid       = arbiter (fp_out,mem_out,inp1,inp2)
-    -- Determine which values should be fed to the adder
-    grant       = if (valid!(4 :: RangedWord D4) == High) 
-                  then (0,1) 
-                  else if ((drop d3 valid) == $(vectorTH [High,Low])) 
-                  then (0,0) 
-                  else if ((drop d2 valid) == $(vectorTH [High,Low,Low])) 
-                  then (1,0) 
-                  else if ((drop d1 valid) == $(vectorTH [High,Low,Low,Low])) 
-                  then (2,0) 
-                  else (2,2)
-    -- Determine if some values should be flushed from input FIFO
-    enable      = if (grant == (1,0)) 
-                  then 2 
-                  else if ((grant == (0,0)) || (grant == (2,0))) 
-                  then 1 
-                  else 0
-    -- Determine if the output value of the adder should be written to RAM
-    wr_enable'  = if (valid!(4 :: RangedWord D4) == High) 
-                  then Low 
-                  else if ((drop d3 valid) == $(vectorTH [High,Low])) 
-                  then Low 
-                  else if ((drop d2 valid) == $(vectorTH [High,Low,Low]))
-                  then High
-                  else if ((drop d1 valid) == $(vectorTH [High,Low,Low,Low])) 
-                  then High 
-                  else High
-    wr_enable   = if ((snd fp_out) /= Low) then wr_enable' else Low
-
-{-
-Reducer
-
-Combines all the earlier defined functions. Uses the second implementation
-of the input FIFO.
-
-Parameter: 
-'n': specifies the max discriminator value.
-
-State: all the states of the used functions
-
-Input: (value,index) combination
-
-Output: reduced row
--}
+    addr                          = discr pipe_out
+    -- Purge completely reduced results from the system
+    clean_mem   | new_discr       = replace valid_mem discrN NotValid
+                | otherwise       = valid_mem
+    -- If a partial is fed  back to the pipeline, make its location invalid   
+    valid_mem'  | valid new_cell  = replace clean_mem addr Valid
+                | otherwise       = replace clean_mem addr NotValid
+    -- Two parrallel memories with the same write addr, but diff rdaddr for partial res and other for complete res
+    (mem1', partial)              = blockRAM mem1 (value new_cell) addr   addr (valid new_cell)
+    (mem2', complete)             = blockRAM mem2 (value new_cell) discrN addr (valid new_cell)
+    -- Lut maps discriminators to array index
+    (lutm', lut_out)              = blockRAM lutm index discrN discrN new_discr
+    res_mem_out                   = (valid_mem!addr, (partial,addr))
+    -- Output value to the system once a discriminator is reused
+    output                        = ((complete,lut_out), new_discr && (valid_mem!discrN) == Valid)
+
+-- ================================================================
+-- = Controller guides correct inputs to the floating point adder =
+-- ================================================================
+controller :: (Cell, Cell, Cell, Cell) -> (Cell, Cell, Shift, Cell)
+controller (inp1, inp2, pipe_out, from_res_mem) = (arg1, arg2, shift, to_res_mem)
+  where
+    (arg1, arg2, shift, to_res_mem)
+      | valid pipe_out && valid from_res_mem                          = (pipe_out, from_res_mem            , 0, notValid)
+      | valid pipe_out && valid inp1 && discr pipe_out == discr inp1  = (pipe_out, inp1                    , 1, notValid)
+      | valid inp1     && valid inp2 && discr inp1 == discr inp2      = (inp1    , inp2                    , 2, pipe_out)
+      | valid inp1                                                    = (inp1    , (Valid, (0, discr inp1)), 1, pipe_out)
+      | otherwise                                                     = (notValid, notValid                , 0, pipe_out)
+
+-- =============================================
+-- = Reducer: Wrap up all the above components =
+-- =============================================
 {-# ANN reducer TopEntity #-}
-reducer ::  ReducerState -> 
-            (DataInt, ArrayIndex) -> 
-            (ReducerState, OutputSignal)
-reducer (State (discrstate,inputstate,fpadderstate,outputstate)) input = 
-  (State (discrstate',inputstate',fpadderstate',outputstate'),output)
+reducer ::  ReducerState -> (DataInt, ArrayIndex) -> (ReducerState, OutputSignal)
+reducer (State (Reducer {..})) (data_in, index)   = (reducerState',output)
   where
-    (discrstate', discr_out)              = discriminator discrstate input
-    (inputstate',fifo_out1, fifo_out2)    = inputBuffer inputstate (
-                                            (fst discr_out), enable)
-    (fpadderstate', fp_out)               = fpAdder fpadderstate (fifo_out1, 
-                                                fifo_out2, grant, mem_out)
-    discr                                 = snd (fst discr_out)
-    new_discr                             = fst (snd discr_out)
-    index                                 = snd (snd discr_out)
-    rdaddr                                = snd (fst fp_out)
-    wraddr                                = rdaddr
-    data_in                               = fst (fst fp_out)
-    (outputstate', mem_out, output)       = outputter outputstate (discr,
-                                            index, new_discr, data_in, rdaddr, 
-                                            wraddr, wr_enable)
-    (grant,enable,wr_enable)              = controller (fp_out, mem_out, 
-                                            fifo_out1, fifo_out2)
-
+    (discrState' , inpcell@(_,discrN), new_discr) = discriminator discrState (data_in,index)
+    (inputState' , inp1   , inp2)                 = circBuffer inputState (inpcell, shift)
+    (pipeState'  , pipe_out)                      = fpAdder pipeState (arg1, arg2)
+    (resultState', from_res_mem, output)          = resBuffO resultState (pipe_out, to_res_mem, index, (discrN, new_discr))
+    (arg1,arg2,shift,to_res_mem)                  = controller (inp1, inp2, pipe_out, from_res_mem)
+    reducerState'                                 = State ( Reducer { discrState  = discrState'
+                                                                    , inputState  = inputState'
+                                                                    , pipeState   = pipeState'
+                                                                    , resultState = resultState'
+                                                                    })
 
 -- -------------------------------------------------------
 -- -- Test Functions
@@ -372,89 +261,71 @@ run func state (i:input) = o:out
   where
     (state', o) = func state i
     out         = run func state' input
--- 
--- -- "Special" Run function, also outputs new state      
--- run' func state [] = ([],[])   
--- run' func state (i:input) = ((o:out), (state':ss))
---   where
---     (state',o)  = func state i
---     (out,ss)         = run' func state' input
--- 
--- Run reducer
+
+runReducerIO :: IO ()
+runReducerIO = do
+  let input = siminput
+  let istate = initstate
+  let output = run reducer istate input
+  mapM_ (\x -> putStr $ ("(" P.++ (show x) P.++ ")\n")) output
+  return ()
+
 runReducer =  ( reduceroutput
               , validoutput
               , equal
               )
   where
-    input = siminput
+    -- input = randominput 900 7
+    input  = siminput
     istate = initstate
     output = run reducer istate input
-    reduceroutput = P.map fst (filter (\x -> (snd x) /= Low) output)
+    reduceroutput = P.map fst (filter (\x -> (snd x)) output)
     validoutput   = [P.foldl (+) 0 
                       (P.map (\z -> toInteger (fst z)) 
-                        (filter (\x -> (snd x) == i) input)) | i <- [0..10]]
+                        (filter (\x -> (snd x) == i) input)) | i <- [0..30]]
     equal = [validoutput!!i == toInteger (fst (reduceroutput!!i)) | 
-              i <- [0..10]]
--- 
--- -- Generate infinite list of numbers between 1 and 'x'
--- randX :: Integer -> [Integer]   
--- randX x = randomRs (1,x) (unsafePerformIO newStdGen)
--- 
--- -- Generate random lists of indexes
--- randindex 15 i = randindex 1 i
--- randindex m i = (P.take n (repeat i)) P.++ (randindex (m+1) (i+1))
---   where
---     [n] = P.take 1 rnd
---     rnd = randomRs (1,m) (unsafePerformIO newStdGen)
--- 
--- -- Combine indexes and values to generate random input for the reducer    
--- randominput n x = P.zip data_in index_in 
---   where
---     data_in   = P.map (fromInteger :: Integer -> DataInt) (P.take n (randX x))
---     index_in  = P.map (fromInteger :: Integer -> ArrayIndex)
---                         (P.take n (randindex 7 0))
--- main = 
---   do
---     putStrLn (show runReducer)
-
--- simulate f input s = do
---   putStr "Input: "
---   putStr $ show input
---   putStr "\nInitial State: "
---   putStr $ show s
---   putStr "\n\n"
---   foldl1 (>>) (map (printOutput) output)
---   where
---     output = run f input s
+              i <- [0..30]]
+-- Generate infinite list of numbers between 1 and 'x'
+randX :: Integer -> [Integer]   
+randX x = randomRs (1,x) (unsafePerformIO newStdGen)
+
+-- Generate random lists of indexes
+randindex 15 i = randindex 1 i
+randindex m i = (P.take n (repeat i)) P.++ (randindex (m+1) (i+1))
+  where
+    [n] = P.take 1 rnd
+    rnd = randomRs (1,m) (unsafePerformIO newStdGen)
+
+-- Combine indexes and values to generate random input for the reducer    
+randominput n x = P.zip data_in index_in 
+  where
+    data_in   = P.map (fromInteger :: Integer -> DataInt) (P.take n (randX x))
+    index_in  = P.map (fromInteger :: Integer -> ArrayIndex)
+                        (P.take n (randindex 7 0))
+main = runReducerIO
 
 initstate :: ReducerState
-initstate = State
-  ( State ( (255 :: ArrayIndex)
-    , (7 :: SizedWord DiscrSize)
-    )
-  , State ( copy ((0::DataInt,0::Discr),Low)
-    , (2 :: RangedWord AdderDepth)
-    )
-  , State (copy ((0::DataInt,0::Discr),Low))
-  , State ( State (copy (0::DataInt))
-          , State (copy (0::DataInt))
-          , State (copy (0::ArrayIndex))
-          , (copy Low)
-          )
-  )
+initstate = State ( Reducer { discrState  = State ( DiscrR { prev_index = (255 :: ArrayIndex)
+                                                           , cur_discr  = (127 :: SizedWord DiscrSize)
+                                                           })
+                            , inputState  = State ( Circ { mem   = copy (0::DataInt,0::Discr)
+                                                         , rdptr = (14 :: RangedWord AdderDepth)
+                                                         , wrptr = (14 :: RangedWord AdderDepth)
+                                                         , count = (0 :: RangedWord (AdderDepth :+: D1))
+                                                         })
+                            , pipeState   = State ( copy notValid )
+                            -- , resultState = State ( Outp { res_mem = copy notValid
+                            --                              , lut     = State (copy (0::ArrayIndex))
+                            --                              })
+                            , resultState = State ( OutpO { valid_mem  = copy NotValid
+                                                         , mem1       = State (copy (0::DataInt))
+                                                         , mem2       = State (copy (0::DataInt))
+                                                         , lutm       = State (copy (0::ArrayIndex))
+                                                         })
+                            })
 
 {-# ANN siminput TestInput #-}
 siminput :: [(DataInt, ArrayIndex)]
-siminput =  [(13,0)::(DataInt, ArrayIndex),(7,0)::(DataInt, ArrayIndex),(14,0)::(DataInt, ArrayIndex),(14,0)::(DataInt, ArrayIndex),(12,0)::(DataInt, ArrayIndex),(10,0)::(DataInt, ArrayIndex),(19,1)::(DataInt, ArrayIndex),(20,1)::(DataInt, ArrayIndex),(13,1)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ,(5,1)::(DataInt, ArrayIndex),(9,1)::(DataInt, ArrayIndex),(16,1)::(DataInt, ArrayIndex),(15,1)::(DataInt, ArrayIndex),(10,2)::(DataInt, ArrayIndex),(13,2)::(DataInt, ArrayIndex),(3,2)::(DataInt, ArrayIndex),(9,2)::(DataInt, ArrayIndex),(19,2)::(DataInt, ArrayIndex),(5,3)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ,(5,3)::(DataInt, ArrayIndex),(10,3)::(DataInt, ArrayIndex),(17,3)::(DataInt, ArrayIndex),(14,3)::(DataInt, ArrayIndex),(5,3)::(DataInt, ArrayIndex),(15,3)::(DataInt, ArrayIndex),(11,3)::(DataInt, ArrayIndex),(5,3)::(DataInt, ArrayIndex),(1,3)::(DataInt, ArrayIndex),(8,4)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ,(20,4)::(DataInt, ArrayIndex),(8,4)::(DataInt, ArrayIndex),(1,4)::(DataInt, ArrayIndex),(11,4)::(DataInt, ArrayIndex),(10,4)::(DataInt, ArrayIndex),(13,5)::(DataInt, ArrayIndex),(18,5)::(DataInt, ArrayIndex),(5,5)::(DataInt, ArrayIndex),(6,5)::(DataInt, ArrayIndex),(6,5)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ,(4,6)::(DataInt, ArrayIndex),(4,6)::(DataInt, ArrayIndex),(11,6)::(DataInt, ArrayIndex),(11,6)::(DataInt, ArrayIndex),(11,6)::(DataInt, ArrayIndex),(1,6)::(DataInt, ArrayIndex),(11,6)::(DataInt, ArrayIndex),(3,6)::(DataInt, ArrayIndex),(12,6)::(DataInt, ArrayIndex),(12,6)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ,(2,6)::(DataInt, ArrayIndex),(14,6)::(DataInt, ArrayIndex),(11,7)::(DataInt, ArrayIndex),(13,7)::(DataInt, ArrayIndex),(17,7)::(DataInt, ArrayIndex),(9,7)::(DataInt, ArrayIndex),(19,8)::(DataInt, ArrayIndex),(4,9)::(DataInt, ArrayIndex),(18,10)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ,(6,10)::(DataInt, ArrayIndex),(18,11)::(DataInt, ArrayIndex),(1,12)::(DataInt, ArrayIndex),(3,12)::(DataInt, ArrayIndex),(14,12)::(DataInt, ArrayIndex),(18,12)::(DataInt, ArrayIndex),(14,12)::(DataInt, ArrayIndex),(6,13)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ,(9,13)::(DataInt, ArrayIndex),(11,14)::(DataInt, ArrayIndex),(4,14)::(DataInt, ArrayIndex),(1,14)::(DataInt, ArrayIndex),(14,14)::(DataInt, ArrayIndex),(14,14)::(DataInt, ArrayIndex),(6,14)::(DataInt, ArrayIndex),(11,15)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ,(13,15)::(DataInt, ArrayIndex),(7,15)::(DataInt, ArrayIndex),(2,16)::(DataInt, ArrayIndex),(16,16)::(DataInt, ArrayIndex),(17,16)::(DataInt, ArrayIndex),(5,16)::(DataInt, ArrayIndex),(20,16)::(DataInt, ArrayIndex),(17,16)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ,(14,16)::(DataInt, ArrayIndex),(18,17)::(DataInt, ArrayIndex),(13,17)::(DataInt, ArrayIndex),(1,17)::(DataInt, ArrayIndex),(19,18)::(DataInt, ArrayIndex),(1,18)::(DataInt, ArrayIndex),(20,18)::(DataInt, ArrayIndex),(4,18)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ,(5,19)::(DataInt, ArrayIndex),(4,19)::(DataInt, ArrayIndex),(6,19)::(DataInt, ArrayIndex),(19,19)::(DataInt, ArrayIndex),(4,19)::(DataInt, ArrayIndex),(3,19)::(DataInt, ArrayIndex),(7,19)::(DataInt, ArrayIndex),(13,19)::(DataInt, ArrayIndex),(19,19)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ,(8,19)::(DataInt, ArrayIndex)
-            ]
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