Merge branch 'master' of http://git.stderr.nl/matthijs/master-project/paper
authorChristiaan Baaij <baaijcpr@wlan228123.mobiel.utwente.nl>
Tue, 2 Mar 2010 15:50:46 +0000 (16:50 +0100)
committerChristiaan Baaij <baaijcpr@wlan228123.mobiel.utwente.nl>
Tue, 2 Mar 2010 15:50:46 +0000 (16:50 +0100)
Conflicts:
cλash.lhs

1  2 
cλash.lhs

diff --cc cλash.lhs
index 7eaf97fe9044bd019313539ddd8fd73588fa621d,9c0fb6b82f057fb8e305fefecd0f96accc6808b5..99d2b9a68f8e815ab703b616c22a26e31f345731
@@@ -950,12 -960,12 +960,12 @@@ circuit~\cite{reductioncircuit} for flo
      expression, that adds one to every element of a vector:
  
      \begin{code}
 -    map ((+) 1) xs
 +    map (+ 1) xs
      \end{code}
  
 -    Here, the expression \hs{(+) 1} is the partial application of the
 +    Here, the expression \hs{(+ 1)} is the partial application of the
      plus operator to the value \hs{1}, which is again a function that
-     adds one to its argument. A lambda expression allows one to introduce an 
+     adds one to its (next) argument. A lambda expression allows one to introduce an 
      anonymous function in any expression. Consider the following expression, 
      which again adds one to every element of a vector:
  
@@@ -1071,31 -1075,23 +1081,31 @@@ the front-end of the prototype compile
  \label{img:compilerpipeline}
  \end{figure}
  
 -The prototype heavily uses \GHC, the Glasgow Haskell Compiler. 
 -\Cref{img:compilerpipeline} shows the \CLaSH\ compiler pipeline. As you can 
 -see, the front-end is completely reused from \GHC, which allows the \CLaSH\ 
 -prototype to support most of the Haskell Language. The \GHC\ front-end 
 -produces the program in the \emph{Core} format, which is a very small, 
 -typed, functional language which is relatively easy to process.
 -
 -The second step in the compilation process is \emph{normalization}. This
 -step runs a number of \emph{meaning preserving} transformations on the
 -Core program, to bring it into a \emph{normal form}. This normal form
 -has a number of restrictions that make the program similar to hardware.
 -In particular, a program in normal form no longer has any polymorphism
 -or higher order functions.
 -
 -The final step is a simple translation to \VHDL.
 +The output of the \GHC\ front-end is the original Haskell description 
- translated to \emph{Core}~\cite{Sulzmann2007}, which is smaller, functional, 
- typed language that is relatively easier to process than the larger Haskell 
++translated to \emph{Core}~\cite{Sulzmann2007}, which is smaller, typed, 
++functional language that is relatively easier to process than the larger Haskell 
 +language. A description in \emph{Core} can still contain properties which have 
 +no direct translation to hardware, such as polymorphic types and 
 +function-valued arguments. Such a description needs to be transformed to a 
 +\emph{normal form}, which only contains properties that have a direct 
 +translation. The second stage of the compiler, the \emph{normalization} phase 
 +exhaustively applies a set of \emph{meaning-preserving} transformations on the 
 +\emph{Core} description until this description is in a \emph{normal form}. 
 +This set of transformations includes transformations typically found in 
 +reduction systems for lambda calculus~\cite{lambdacalculus}, such a 
 +$\beta$-reduction and $\eta$-expansion, but also includes self-defined 
 +transformations that are responsible for the reduction of higher-order 
 +functions to `regular' first-order functions.
 +
 +The final step in the compiler pipeline is the translation to a \VHDL\ 
 +\emph{netlist}, which is a straightforward process due to resemblance of a 
 +normalized description and a set of concurrent signal assignments. We call the 
 +end-product of the \CLaSH\ compiler a \VHDL\ \emph{netlist} as the resulting 
 +\VHDL\ resembles an actual netlist description and not idiomatic \VHDL.
  
  \section{Use cases}
 +
 +\subsection{FIR Filter}
  \label{sec:usecases}
  As an example of a common hardware design where the use of higher-order
  functions leads to a very natural description is a FIR filter, which is 
@@@ -1125,48 -1121,48 +1135,48 @@@ as *+* bs = foldl1 (+) (zipWith (*) as 
  The \hs{zipWith} function is very similar to the \hs{map} function seen 
  earlier: It takes a function, two vectors, and then applies the function to 
  each of the elements in the two vectors pairwise (\emph{e.g.}, \hs{zipWith (*) 
 -[1, 2] [3, 4]} becomes \hs{[1 * 3, 2 * 4]} $\equiv$ \hs{[3,8]}).
 +[1, 2] [3, 4]} becomes \hs{[1 * 3, 2 * 4]}).
  
 -The \hs{foldl1} function takes a function, a single vector, and applies 
 +The \hs{foldl1} function takes a binary function, a single vector, and applies 
  the function to the first two elements of the vector. It then applies the
 -function to the result of the first application and the next element from 
 -the vector. This continues until the end of the vector is reached. The 
 -result of the \hs{foldl1} function is the result of the last application.
 -As you can see, the \hs{zipWith (*)} function is pairwise 
 -multiplication and the \hs{foldl1 (+)} function is summation.
 -
 -Returning to the actual FIR filter, we will slightly change the
 -equation belong to it, so as to make the translation to code more obvious.
 -What we will do is change the definition of the vector of input samples.
 -So, instead of having the input sample received at time
 -$t$ stored in $x_t$, $x_0$ now always stores the current sample, and $x_i$
 -stores the $ith$ previous sample. This changes the equation to the
 -following (Note that this is completely equivalent to the original
 -equation, just with a different definition of $x$ that will better suit
 -the transformation to code):
 +function to the result of the first application and the next element in the 
 +vector. This continues until the end of the vector is reached. The result of 
 +the \hs{foldl1} function is the result of the last application. It is obvious 
- that the \hs{zipWith (*)} function is basically pairwise multiplication and 
- that the \hs{foldl1 (+)} function is just summation.
++that the \hs{zipWith (*)} function is pairwise multiplication and that the 
++\hs{foldl1 (+)} function is summation.
 +
 +Returning to the actual FIR filter, we will slightly change the equation 
 +describing it, so as to make the translation to code more obvious and concise. 
 +What we do is change the definition of the vector of input samples and delay 
 +the computation by one sample. Instead of having the input sample received at 
 +time $t$ stored in $x_t$, $x_0$ now always stores the newest sample, and $x_i$ 
 +stores the $ith$ previous sample. This changes the equation to the following 
 +(note that this is completely equivalent to the original equation, just with a 
 +different definition of $x$ that will better suit the transformation to code):
  
  \begin{equation}
  y_t  = \sum\nolimits_{i = 0}^{n - 1} {x_i  \cdot h_i } 
  \end{equation}
  
 -Consider that the vector \hs{hs} contains the FIR coefficients and the 
 -vector \hs{xs} contains the current input sample in front and older 
 -samples behind. The function that shifts the input samples is shown below:
 +The complete definition of the FIR filter in code then becomes:
  
  \begin{code}
 -x >> xs = x +> tail xs  
 +fir (State (xs,hs)) x = (State (x >> xs,hs), xs *+* hs)
  \end{code}
  
 -Where the \hs{tail} function returns all but the first element of a 
 -vector, and the concatenate operator ($\succ$) adds a new element to the 
 -front of a vector. The complete definition of the FIR filter then becomes:
 +Where the vector \hs{hs} contains the FIR coefficients and the vector \hs{xs} 
 +contains the latest input sample in front and older samples behind. The code 
 +for the shift (\hs{>>}) operator that adds the new input sample (\hs{x}) to 
 +the list of previous input samples (\hs{xs}) and removes the oldest sample is 
 +shown below:
  
  \begin{code}
 -fir (State (xs,hs)) x = (State (x >> xs,hs), xs *+* hs)
 +x >> xs = x +> init xs  
  \end{code}
  
 -The resulting netlist of a 4-taps FIR filter based on the above definition
 -is depicted in \Cref{img:4tapfir}.
 +The \hs{init} function returns all but the last element of a vector, and the 
- concatenate operator ($\succ$) adds a new element to the left of a vector. The 
++concatenate operator ($\succ$) adds a new element to the front of a vector. The 
 +resulting netlist of a 4-taps FIR filter, created by specializing the vectors of the above definition to a length of 4, is depicted in \Cref{img:4tapfir}.
  
  \begin{figure}
  \centerline{\includegraphics{4tapfir.svg}}