source: project/release/3/nemo/trunk/core.scm @ 11977

Last change on this file since 11977 was 11977, checked in by Ivan Raikov, 12 years ago

Bug fixes.

File size: 34.1 KB
Line 
1;;
2;; NeuroML substrate semantics.
3;;
4;; Copyright 2008 Ivan Raikov and the Okinawa Institute of Science and Technology
5;;
6;; This program is free software: you can redistribute it and/or
7;; modify it under the terms of the GNU General Public License as
8;; published by the Free Software Foundation, either version 3 of the
9;; License, or (at your option) any later version.
10;;
11;; This program is distributed in the hope that it will be useful, but
12;; WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13;; MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14;; General Public License for more details.
15;;
16;; A full copy of the GPL license can be found at
17;; <http://www.gnu.org/licenses/>.
18;;
19
20(require-extension srfi-1)
21(require-extension srfi-4)
22(require-extension srfi-13)
23(require-extension srfi-14)
24(require-extension datatype)
25(require-extension vector-lib)
26(require-extension environments)
27(require-extension digraph)
28(require-extension graph-bfs)
29(require-extension graph-cycles)
30(require-extension mathh)
31(require-extension lolevel)
32
33(include "mathh-constants")
34
35(define-extension nemo-core)
36
37(declare (export make-nemo-core nemo:error nemo:warning 
38                 nemo:env-copy nemo-intern nemo:quantity?
39                 eval-nemo-system-decls
40                 TSCOMP ASGN CONST PRIM))
41
42;--------------------
43;  Message routines
44;
45;
46
47(define (nemo:warning x . rest)
48  (let loop ((port (open-output-string)) (objs (cons x rest)))
49    (if (null? objs)
50        (begin
51          (newline port)
52          (print-error-message (get-output-string port) 
53                               (current-error-port) "nemo warning"))
54        (begin (display (car objs) port)
55               (display " " port)
56               (loop port (cdr objs))))))
57
58(define (nemo:error x . rest)
59  (let ((port (open-output-string)))
60    (if (port? x)
61        (begin
62          (display "[" port)
63          (display (port-name x) port)
64          (display "] " port)))
65    (let loop ((objs (if (port? x) rest (cons x rest))))
66      (if (null? objs)
67          (begin
68            (newline port)
69            (error 'nemo (get-output-string port)))
70          (let ((obj (car objs)))
71            (if (procedure? obj) 
72                (with-output-to-port port obj)
73                (begin
74                  (display obj port)
75                  (display " " port)))
76            (loop (cdr objs)))))))
77
78(define (rhs? x)  (or (symbol? x) (number? x) (and (list? x) (every rhs? x))))
79
80(define (transition? x)
81  (match x (('-> a b x) (and (symbol? a) (symbol? b) (rhs? x)))
82         (else #f)))
83
84(define-datatype nemo:quantity nemo:quantity?
85  (SYSNAME    (name symbol?))
86  (ASGN       (name symbol?) (value number?) (rhs rhs?) )
87  (CONST      (name symbol?) (value number?))
88  (TSCOMP     (name symbol?) (initial rhs?)
89              (open (lambda (x) (or (symbol? x) (and (list? x) (every symbol? x) ))))
90              (transitions (lambda (x) (and (list? x) (every transition? x)))) 
91              (power integer?))
92  (PRIM       (name symbol?) (value identity))
93  (EXTERNAL   (local-name symbol?) (name symbol?) (namespace (lambda (x) (or (not x) (symbol? x)))))
94  (DISPATCH   (value procedure?))
95  (EXPORTS    (lst (lambda (x) (and (list? x) (every symbol? x)))))
96  (COMPONENT  (type symbol?) (lst (lambda (x) (and (list? x) (every symbol? x)))))
97  )
98
99(define (nemo-intern sym)
100  (string->symbol (string-append "#" (symbol->string sym))))
101
102(define (lookup-def k lst . rest)
103  (let-optionals rest ((default #f))
104    (let ((v (alist-ref k lst)))
105      (if v (first v) default))))
106
107(define (make-nemo-core . alst)
108
109  ;; floating point precision (single or double; default is double)
110  (define  fptype (lookup-def 'fpprec alst 'double))
111  (define  fpvector-type
112    (lookup-def 'fpvector-type alst (if (equal? fptype 'single) 'f32vector 'f64vector)))
113  (define  fpvector? 
114    (lookup-def 'fpvector? alst (if (equal? fptype 'single) f32vector? f64vector?)))
115  (define  fpvector 
116    (lookup-def 'fpvector alst (if (equal? fptype 'single) f32vector f64vector)))
117  (define  fpvector-ref
118    (lookup-def 'fpvector-ref alst (if (equal? fptype 'single) f32vector-ref f64vector-ref)))
119  (define  fpvector-set!
120    (lookup-def 'fpvector-set! alst (if (equal? fptype 'single) f32vector-set! f64vector-set!)))
121
122
123  (define builtin-fns
124    `(+ - * / pow neg abs atan asin acos sin cos exp ln
125        sqrt tan cosh sinh tanh hypot gamma lgamma log10 log2 log1p ldexp cube
126        > < <= >= = and or round ceiling floor max min
127        fpvector-ref))
128
129  (define (add-primitives! env)
130    (for-each (lambda (n b fms rt) 
131                (let ((fb (extend-procedure b `((rt ,rt) (formals ,fms)))))
132                  (environment-extend! env n fb)))
133              builtin-fns
134              (list fp+ fp- fp* fp/ expt fpneg
135                    abs atan asin acos sin cos exp log sqrt tan 
136                    cosh sinh tanh hypot gamma lgamma log10 log2 log1p ldexp
137                    (lambda (x) (* x x x))
138                    fp> fp< fp<= fp>= fp=
139                    (lambda (x y) (and x y)) (lambda (x y) (or x y)) 
140                    round ceiling floor fpmax fpmin
141                    fpvector-ref)
142              `((,fptype ,fptype) (,fptype ,fptype) (,fptype ,fptype) (,fptype ,fptype) 
143                (,fptype ,fptype) (,fptype)
144                (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype)
145                (,fptype) (,fptype) (,fptype)
146                (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype)
147                (,fptype) (,fptype) (,fptype)
148                (,fptype) 
149                (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) 
150                (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype ,fptype) (,fptype ,fptype) 
151                (,fpvector-type integer) )
152              `(,fptype ,fptype ,fptype ,fptype 
153                ,fptype ,fptype
154                ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype
155                ,fptype ,fptype ,fptype
156                ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype
157                ,fptype ,fptype ,fptype
158                ,fptype 
159                bool bool bool bool bool bool bool 
160                ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype 
161                ,fptype )
162              ))
163
164  (define (add-constants! env)
165    (for-each (lambda (n b) (environment-extend! env n b))
166              `(E 1/E E^2 E^PI/4 LOG2E LOG10E LN2 LN3 LNPI LN10 1/LN2 1/LN10 PI PI/2
167                  PI/4 1/PI 2/PI 2/SQRTPI SQRTPI PI^2 DEGREE SQRT2 1/SQRT2 SQRT3 SQRT5
168                  SQRT10 CUBERT2 CUBERT3 4THRT2 GAMMA1/2 GAMMA1/3 GAMMA2/3 PHI LNPHI
169                  1/LNPHI EULER E^EULER SIN1 COS1 ZETA3)
170              (list E 1/E E^2 E^PI/4 LOG2E LOG10E LN2 LN3 LNPI LN10 1/LN2 1/LN10 PI PI/2
171                 PI/4 1/PI 2/PI 2/SQRTPI SQRTPI PI^2 DEGREE SQRT2 1/SQRT2 SQRT3 SQRT5
172                 SQRT10 CUBERT2 CUBERT3 4THRT2 GAMMA1/2 GAMMA1/3 GAMMA2/3 PHI LNPHI
173                 1/LNPHI EULER E^EULER SIN1 COS1 ZETA3)))
174
175
176  (define (enumdeps expr)
177    (let loop ((expr expr) (ax (list)) (lbs (list)))
178      (match expr 
179             (('let bs e)  (let let-loop ((bs bs) (ax ax) (lbs lbs))
180                             (if (null? bs) (loop e ax lbs)
181                                 (let ((x   (first  (car bs)))
182                                       (ex  (second (car bs))))
183                                   (let* ((lbs1  (cons x lbs))
184                                          (ax1   (loop ex ax lbs)))
185                                     (let-loop (cdr bs) ax1 lbs1))))))
186
187             ((s . es)     (if (symbol? s) (fold (lambda (e ax) (loop e ax lbs)) ax es) 
188                               (fold (lambda (e ax) (loop e ax lbs)) ax (cons s es))))
189             (id           (if (and (symbol? id) (not (member id lbs))) (cons id ax) ax)))))
190
191
192  (define (binop-fold op lst)
193    (if (null? lst) lst
194        (match lst
195               ((x)   x)
196               ((x y) `(,op ,x ,y))
197               ((x y . rest) `(,op (,op ,x ,y) ,(binop-fold op rest)))
198               ((x . rest) `(,op ,x ,(binop-fold op rest))))))
199
200
201  ;; if argument is constant, return the negative of that constant,
202  ;; otherwise return `(neg ,expr)
203  (define (negate expr)
204    (if (number? expr) (- expr)
205        `(neg ,expr)))
206
207  ;; 1. make sure all constants in an expression are flonums
208  ;; 2. fold expressions like (+ a b c d) into nested binops
209  (define (make-normalize-expr arity-check)
210    (lambda (expr)
211      (let recur ((expr expr))
212        (match expr 
213               (('let bs e)         (let ((normalize-bnd  (lambda (x) `(,(first x) ,(recur (second x))))))
214                                      `(let ,(map normalize-bnd bs) ,(recur e))))
215               (('if c t e)         `(if ,(recur c) ,(recur t) ,(recur e))) 
216               (('+ . es)           (binop-fold '+ (map recur es)))
217               (('- . es)           (let ((es1 (map recur es)))
218                                      (binop-fold '+ (cons (car es1) (map negate (cdr es1))))))
219               (('* . es)           (binop-fold '* (map recur es)))
220               (('/ . es)           (binop-fold '/ (map recur es)))
221               (('fix n)            n)
222               ((s . es)            (begin
223                                      (arity-check s es)
224                                      (cons s (map recur es))))
225               (x                   (if (number? x) (exact->inexact x) x))))))
226
227  (define (make-base-env)
228    (let ((env (make-environment #t)))
229      (add-primitives! env)
230      (add-constants! env)
231      env))
232   
233  (define (make-const-env nemo-env)
234    (let ((env (make-base-env)))
235      (environment-for-each nemo-env
236        (lambda (sym en)
237          (cond  ((nemo:quantity? en) 
238                  (cases nemo:quantity en
239                         (CONST (name value) 
240                                (environment-extend! env name value))
241                         (PRIM (name value) 
242                               (environment-extend! env name value))))
243                 ((procedure? en)
244                  (environment-extend! env sym en)))))
245        env))
246
247  (define (system name)
248    (let ((env  (make-base-env))
249          (name (if (symbol? name) name (string->symbol name))))
250      (environment-extend! env (nemo-intern 'dispatch)  (DISPATCH nemo-dispatch))
251      (environment-extend! env (nemo-intern 'name)      (SYSNAME name))
252      (environment-extend! env (nemo-intern 'exports)   (EXPORTS (list)))
253      (environment-extend! env (nemo-intern 'toplevel)  (COMPONENT 'toplevel (list)))
254      env))
255
256  (define (add-external! nemo-env)
257    (lambda (sym typ)
258      (match typ
259             ('output
260              (begin
261                (if (not (environment-has-binding? nemo-env sym))
262                    (nemo:error 'add-external! ": exported quantity " sym " is not defined"))
263                (let* ((exports-sym   (nemo-intern 'exports))
264                       (exports       (environment-ref nemo-env exports-sym)))
265                  (cases nemo:quantity exports
266                         (EXPORTS (lst) (environment-set! nemo-env exports-sym (EXPORTS (cons sym lst))))
267                         (else  (nemo:error 'add-external! ": invalid exports entry " exports))))))
268             
269             (('input sym lsym ns)
270              (let ((lsym (or lsym sym)))
271               
272                (if (environment-has-binding? nemo-env lsym)
273                    (nemo:error 'add-import! ": import symbol " lsym " is already defined"))
274               
275                ((env-extend! nemo-env) lsym '(external) 'none `(name ,sym) `(namespace ,ns))))
276             
277             )))
278
279
280  (define (make-arity-check nemo-env)
281    (lambda (s args)
282      (let ((op (environment-ref nemo-env s)))
283        (if (extended-procedure? op)
284            (let* ((fd   (procedure-data op))
285                   (fms   (lookup-def 'formals fd)))
286              (if (not (= (length fms) (length args)))
287                  (nemo:error 'eval-expr "procedure " s 
288                              " called with incorrect number of arguments: "
289                              args)))))))
290
291  (define (env-extend! nemo-env)
292    (lambda (name type initial . alst)
293       (let* ((sym (if (symbol? name) name (string->symbol name)))
294              (arity-check (make-arity-check nemo-env))
295              (normalize-expr (make-normalize-expr arity-check)))
296        (if (environment-has-binding? nemo-env sym)
297            (nemo:error 'env-extend! ": quantity " sym " already defined")
298            (match type
299              (('external)  (let ((ns  (lookup-def 'namespace alst))
300                                  (external-name  (lookup-def 'name alst)))
301                              (environment-extend! nemo-env sym (EXTERNAL name external-name ns ))))
302                             
303              (('prim)    (let* ((rhs (lookup-def 'rhs alst))
304                                 (val (if (and rhs (procedure? initial) )
305                                          (extend-procedure initial rhs)
306                                          initial)))
307                            (environment-extend! nemo-env sym (PRIM name val ))))
308
309              (('const)   (begin
310                            (if (not (number? initial)) 
311                                (nemo:error 'env-extend! ": constant definitions require numeric value"))
312                            (environment-extend! nemo-env sym (CONST name initial))))
313
314              (('tscomp)  (begin
315                            (let ((power         (or (lookup-def 'power alst) 1))
316                                (transitions   (map (lambda (t) 
317                                                      `(-> ,(second t) ,(third t) ,(normalize-expr (fourth t ))))
318                                                    (or (alist-ref 'transitions alst) (list))))
319                                (open         (lookup-def 'open alst)))
320                            (if (null? transitions)
321                                (nemo:error 'env-extend! 
322                                               ": transition state complex definitions require a transition scheme"))
323                            (if (not open) 
324                                (nemo:error 'env-extend! ": state complex definitions require open state"))
325                            (if (not (integer? power))
326                                (nemo:error 'env-extend!
327                                               ": definition for state " sym
328                                               " requires an integer power (" power  " was given)"))
329                            (let ((en (TSCOMP name initial open transitions power)))
330                              (environment-extend! nemo-env sym en)))))
331
332              (('asgn)    (let ((rhs (lookup-def 'rhs alst)))
333                            (if (not (eq? initial 'none))
334                                (nemo:error 'env-extend! 
335                                                    ": state function definitions must have initial value of '(none)"))
336                            (if (not rhs) 
337                                (nemo:error 'env-extend! ": state function definitions require an equation"))
338                            (environment-extend! nemo-env sym (ASGN  name 0.0 (normalize-expr rhs)))))
339
340              (else       (begin
341                            (environment-extend! nemo-env sym `(,type (name ,sym) . ,initial))))
342              )))))
343
344  (define (infer nemo-env ftenv body)
345    (let recur ((expr body) (lb (list)))
346      (match expr 
347             (('if c t e)
348              (let ((ct (recur c lb))
349                    (tt (recur t lb))
350                    (et (recur e lb)))
351                (and ct tt et 
352                     (begin
353                       (if (not (equal? ct 'bool)) 
354                           (nemo:error 'infer "if condition type must be boolean"))
355                       (if (equal? tt et) tt
356                           (nemo:error 'infer "type mismatch in if statement: then = " tt
357                                      " else = " et))))))
358             (('let bs e)
359              (let* ((rlb (lambda (x) (recur x lb)))
360                     (tbs (map rlb (map second bs)))
361                     (lb1 (append (zip (map first bs) tbs) lb)))
362                (recur e lb1)))
363             
364             ((s . es)   
365              (let* ((f    (environment-ref nemo-env s))
366                     (lst  (procedure-data f)))
367                (and lst 
368                     (let ((rt   (lookup-def 'rt   lst))
369                           (fms  (lookup-def 'formals lst)))
370                       (and rt fms
371                            (begin
372                              (for-each (lambda (x ft)
373                                          (if (and (symbol? x) (not (environment-includes? ftenv x)))
374                                              (environment-extend! ftenv x ft)))
375                                        es fms)
376                              (let* ((rlb (lambda (x) (recur x lb)))
377                                     (ets (map rlb es)))
378                                (and (every identity ets)
379                                     (every (lambda (xt ft) (equal? xt ft)) ets fms)
380                                     rt))))))))
381             
382             (id    (cond ((symbol? id)     (or (lookup-def id lb) (environment-ref ftenv id)))
383                          ((number? id)     fptype)
384                          ((boolean? id)    'bool)
385                          ((fpvector? id)   fpvector-type)
386                          (else #f))))))
387   
388
389  (define (defun! nemo-env)
390    (define arity-check (make-arity-check nemo-env))
391    (define normalize-expr (make-normalize-expr arity-check))
392
393    (lambda (name formals body)
394        (let ((base-env (make-base-env))
395              (sym (if (symbol? name) name (string->symbol name))))
396          (letrec ((enumconsts
397                    (lambda (lb)
398                      (lambda (expr ax)
399                        (match expr 
400                               (('let bs e)  (let ((ec (enumconsts (append (map first bs) lb))))
401                                               (ec e (fold ec ax (map second bs)))))
402                               (('if . es)   (fold (enumconsts lb) ax es))
403                               ((s . es)     (if (symbol? s)  (cons s (fold (enumconsts lb) ax es)) ax))
404                               (s            (begin
405                                              (print "lb = " lb)
406                                              (print "s = " s)
407                                              (print "(member s lb) = " (member s lb))
408                                              (cond
409                                               ((and (symbol? s) (not (member s lb)) (environment-includes? base-env s))
410                                                (cons s ax) )
411                                               ((and (symbol? s) (not (member s lb)))
412                                                (nemo:error 'defun ": quantity " s " not defined"))
413                                               (else ax)))))))))
414            (if (environment-has-binding? nemo-env sym)
415                (nemo:error 'defun! ": quantity " sym " already defined")
416                (let* ((body    (normalize-expr body))
417                       (consts  (delete-duplicates ((enumconsts formals) body (list))))
418                       (fc     `(lambda (base-env)
419                                  (let ,(map (lambda (v) `(,v (environment-ref base-env ',v))) consts)
420                                    (lambda ,formals ,body))))
421                       (f      ((eval fc) base-env)))
422                 
423                  (let* ((ftenv  (make-environment))
424                         (rt     (infer nemo-env ftenv body))
425                         (ftypes (filter-map (lambda (x) (and (environment-includes? ftenv x)
426                                                              (environment-ref ftenv x))) 
427                                             formals))
428                         (ef     (extend-procedure f `((rt ,rt) (formals ,ftypes) (vars ,formals)
429                                                       (body ,body) (consts ,consts)))))
430                  (environment-extend! nemo-env sym ef))))))))
431
432  (define (symbol-list? lst)
433    (and (list? lst) (every symbol? lst)))
434
435  (define (extended nemo-env)
436      (filter-map (lambda (sym) 
437                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
438                      (and (not (nemo:quantity? x)) (not (procedure? x)) 
439                           (match x 
440                                  (((? symbol-list?) ('name name) . rest)  `(,sym ,x))
441                                  (else #f)))))
442           (environment-symbols nemo-env)))
443                       
444
445  (define (extended-with-tag nemo-env tag)
446      (filter-map (lambda (sym) 
447                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
448                      (and (not (nemo:quantity? x)) (not (procedure? x)) 
449                           (match x 
450                                  (((? (lambda (x) (equal? x tag))) ('name name) . rest) 
451                                   `(,sym ,x))
452                                  (else #f)))))
453           (environment-symbols nemo-env)))
454                       
455
456  (define (components nemo-env)
457      (filter-map (lambda (sym) 
458                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
459                      (and (nemo:quantity? x)
460                           (cases nemo:quantity x
461                                  (COMPONENT (type lst)  `(,type ,sym))
462                                  (else #f)))))
463           (environment-symbols nemo-env)))
464
465
466  (define (component-symbols nemo-env sym)
467    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
468      (and (nemo:quantity? x)
469           (cases nemo:quantity x
470                  (COMPONENT (type lst)  lst)
471                  (else #f)))))
472
473
474  (define (component-exports nemo-env sym)
475    (let ((all-exports (cases nemo:quantity (environment-ref nemo-env (nemo-intern 'exports))
476                              (EXPORTS (lst)  lst))))
477      (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
478        (and (nemo:quantity? x)
479             (cases nemo:quantity x
480                    (COMPONENT (type lst) 
481                      (filter-map (lambda (x) ((lambda (x) (and x (car x))) (member x all-exports))) lst))
482                    (else #f))))))
483
484  (define (component-subcomps nemo-env sym)
485    (define (component-type x)
486      (cases nemo:quantity x
487             (COMPONENT (type lst) type)
488             (else #f)))
489    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
490      (and (nemo:quantity? x)
491           (cases nemo:quantity x
492                  (COMPONENT (type lst) 
493                             (filter-map (lambda (s) (let ((x (environment-ref nemo-env s)))
494                                                       (and (iscomp? x) `(,(component-type x) ,s)))) lst))
495                  (else #f)))))
496
497  (define (component-extend! nemo-env)
498    (lambda (comp sym)
499      (let ((x (environment-ref nemo-env comp)))
500        (if (nemo:quantity? x)
501            (cases nemo:quantity x
502                   (COMPONENT (type lst) 
503                              (let ((en1 (COMPONENT type (append lst (list sym)))))
504                                (environment-set! nemo-env comp en1)))
505                   (else (nemo:error 'component-extend! ": invalid component " comp)))
506            (nemo:error 'component-extend! ": invalid component " comp)))))
507
508
509  (define (exports nemo-env)
510    (cases nemo:quantity (environment-ref nemo-env (nemo-intern 'exports))
511           (EXPORTS (lst)  lst)))
512
513
514  (define (imports nemo-env)
515      (filter-map (lambda (sym) 
516                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
517                      (and (nemo:quantity? x)
518                           (cases nemo:quantity x
519                                  (EXTERNAL (local-name name namespace)  (list local-name name namespace))
520                                  (else #f)))))
521           (environment-symbols nemo-env)))
522
523
524  (define (consts nemo-env)
525      (filter-map (lambda (sym) 
526                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
527                      (and (nemo:quantity? x)
528                           (cases nemo:quantity x
529                                  (CONST (name value)  (list name value) )
530                                  (else #f)))))
531           (environment-symbols nemo-env)))
532
533
534
535  (define (states nemo-env)
536      (fold (lambda (sym ax) 
537                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
538                      (if (nemo:quantity? x)
539                           (cases nemo:quantity x
540                                  (TSCOMP (name initial open transitions power)
541                                          (let ((ss (delete-duplicates (append (map second transitions) 
542                                                                               (map third transitions)))))
543                                            (append ss ax)))
544                                  (else ax))
545                           ax)))
546           (list) (environment-symbols nemo-env)))
547
548
549  (define (stcomps nemo-env)
550      (fold (lambda (sym ax) 
551                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
552                      (if (nemo:quantity? x)
553                           (cases nemo:quantity x
554                                  (TSCOMP (name initial open transitions power)
555                                          (cons name ax))
556                                  (else ax))
557                           ax)))
558           (list) (environment-symbols nemo-env)))
559
560
561  (define (asgns nemo-env)
562      (filter-map (lambda (sym) 
563                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
564                      (and (nemo:quantity? x)
565                           (cases nemo:quantity x
566                                  (ASGN (name value rhs) name)
567                                  (else #f)))))
568           (environment-symbols nemo-env)))
569
570
571  (define (defuns nemo-env)
572      (filter-map (lambda (sym) 
573                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
574                      (and (procedure? x) (not (member sym builtin-fns)) (list sym x))))
575           (environment-symbols nemo-env)))
576
577  (define (toplevel nemo-env)
578    (cases nemo:quantity (environment-ref nemo-env (nemo-intern 'toplevel))
579           (COMPONENT (type lst) `(,type ,lst))))
580                                       
581  (define (exam nemo-env)
582    (lambda (name)
583      (let ((sym (if (symbol? name) name (string->symbol name)))
584            (out (current-output-port)))
585        (if (not (environment-has-binding? nemo-env sym))
586            (nemo:error 'exam ": quantity " sym " is not defined")
587            (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
588              (cases nemo:quantity x
589                     (PRIM  (name value)
590                            (begin
591                              (fprintf out "~a: compiled cnemo primitive\n" name)
592                              (fprintf out "    value: ~a\n" value)))
593
594                     (TSCOMP (name initial open transitions power)
595                             (begin
596                               (fprintf out "~a: transition state complex\n" name)
597                               (fprintf out "    initial value: ~a\n" initial)))
598                     
599                     (CONST    (name value)
600                               (begin
601                                 (fprintf out "~a: constant\n" name)
602                                 (fprintf out "    value: ~a\n" value)))
603                     
604                     (ASGN     (name value rhs)
605                               (begin
606                                 (fprintf out "~a: state function\n" name)
607                                 (fprintf out "    value: ~a\n" value)))
608
609                     (else (nemo:error 'exam name ": unknown type of quantity"))))))))
610 
611
612  (define (eval-const nemo-env expr)
613    (let* ((arity-check (make-arity-check nemo-env))
614           (normalize-expr (make-normalize-expr arity-check)))
615      (let ((expr1 (normalize-expr expr)))
616        (exact->inexact (eval expr1  (make-const-env nemo-env))))))
617
618
619  (define (iscomp? x)
620    (cond ((nemo:quantity? x)
621           (cases nemo:quantity x
622                  (COMPONENT  (type lst)  #t)
623                  (else #f)))
624          (else #f)))
625
626  (define (isdep? x)
627    (cond ((nemo:quantity? x)
628           (cases nemo:quantity x
629                  (ASGN  (name value rhs)  #t)
630                  (else #f)))
631          ((and (list? x) (every pair? (cdr x)))  (alist-ref 'dep?  (cdr x)))
632          (else #f)))
633
634
635  (define (isstate? x)
636    (and (nemo:quantity? x)
637         (cases nemo:quantity x
638                (TSCOMP (name initial open transitions)  #t)
639                (else #f))))
640
641
642  (define (qrhs x)
643    (and (nemo:quantity? x)
644         (cases nemo:quantity x
645                (TSCOMP (name initial open transitions) 
646                        (begin
647                          (map cadddr transitions)))
648                (ASGN  (name value rhs)  rhs)
649                (else #f))))
650
651           
652  (define (sysname nemo-env)
653    (cases nemo:quantity (environment-ref nemo-env (nemo-intern 'name))
654           (SYSNAME (name)  name)))
655
656
657  ;; create equation dependency graph
658  (define (make-eqng nemo-env)
659    (let* ((sysname    (sysname nemo-env))
660           (g          (make-digraph sysname (string-append (symbol->string sysname) 
661                                                            " equation dependency graph")))
662           (add-node!  (g 'add-node!))
663           (add-edge!  (g 'add-edge!))
664           (nemo-list  (filter (lambda (sym) (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
665                                               (or (isstate? x) (isdep? x))))
666                               (environment-symbols nemo-env)))
667           (nemo-ids      (list-tabulate (length nemo-list) identity))
668           (name->id-map  (zip nemo-list nemo-ids)))
669      (let-values (((state-list asgn-list) 
670                    (partition (lambda (sym) (isstate? (environment-ref nemo-env sym)))
671                               nemo-list)))
672                 
673         ;; insert equations in the dependency graph
674         (for-each (lambda (i n) (add-node! i n)) nemo-ids nemo-list)
675         ;; create dependency edges in the graph
676         (for-each (lambda (e) 
677                     (match e ((ni . nj) (begin
678                                           (let ((i (car (alist-ref ni name->id-map)))
679                                                 (j (car (alist-ref nj name->id-map))))
680                                             (add-edge! (list i j (format "~A=>~A" ni nj))))))
681                            (else (nemo:error 'make-eqng ": invalid edge " e))))
682                   (fold (lambda (qsym ax) 
683                           (let* ((q   (environment-ref nemo-env qsym))
684                                  (rhs (qrhs q)))
685                             (if rhs 
686                                 (let* ((deps (filter (if (isstate? q)
687                                                          (lambda (sym) 
688                                                            (and (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
689                                                                   (and (isdep? x) (not (eq? sym qsym))))))
690                                                          (lambda (sym) 
691                                                            (and (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
692                                                                   (isdep? x)))))
693                                                      (enumdeps rhs)))
694                                          (edges (map (lambda (d) (cons d qsym)) deps)))
695                                   (if edges (append edges ax) ax))
696                                 ax)))
697                         (list) nemo-list))
698         (let ((cycles (graph-cycles-fold g (lambda (cycle ax) (cons cycle ax)) (list))))
699           (if (null? cycles) (list state-list asgn-list g)
700               (nemo:error 'make-eqng ": equation cycle detected: " (car cycles)))))))
701
702
703  ;; given a graph, create a partial ordering based on BFS distance from root
704  (define (graph->bfs-dist-poset g)
705    (define node-info (g 'node-info))
706
707    (let-values (((dists dmax) (graph-bfs-dist g ((g 'roots)))))
708      (let loop ((poset  (make-vector (fx+ 1 dmax) (list)))
709                 (i      (fx- (s32vector-length dists) 1)))
710        (if (fx>= i 0)
711            (let* ((c     (s32vector-ref dists i))
712                   (info  (node-info i)))
713              (vector-set! poset c (cons (cons i info) (vector-ref poset c)))
714              (loop poset (fx- i 1)))
715            (begin
716              poset)))))
717
718
719  (define (make-eval-poset nemo-env eqposet)
720    (vector-map 
721       (lambda (i lst) 
722         (filter-map (lambda (id+sym)
723                       (let* ((sym  (cdr id+sym))
724                              (x    (environment-ref nemo-env sym)))
725                         (and (nemo:quantity? x)
726                              (cases nemo:quantity x
727                                     (TSCOMP (name initial open transitions) 
728                                             (let ((rs (map cadddr transitions)))
729                                               (list 'ts sym rs)))
730                                     (ASGN  (name value rhs)
731                                            (list 'a sym rhs))
732                                     (else nemo:error 'make-eval-poset
733                                           ": invalid quantity in equation poset: " sym)))))
734                     lst))
735       eqposet))
736
737  (define (eval-expr env)
738    (lambda (expr)
739      (let ((val (match expr
740                        (('if c t f) 
741                         (let ((ee (eval-expr env)))
742                           (condition-case
743                            (if (ee c) (ee t) (ee f))
744                            [var () 
745                               (nemo:error 'eval-expr " exception in " expr ": \n"
746                                          (lambda () (print-error-message var)))])))
747
748                        ((s . es)   
749                         (condition-case 
750                          (let ((op   (environment-ref env s))
751                                (args (map (eval-expr env) es)))
752                            (if (extended-procedure? op)
753                                (let* ((fd   (procedure-data op))
754                                       (vs  (lookup-def 'vars fd)))
755                                  (if (not (= (length vs) (length args)))
756                                      (nemo:error 'eval-expr "procedure " s 
757                                                  " called with incorrect number of arguments"))))
758                            (apply op args))
759                          [var () 
760                               (nemo:error 'eval-expr " exception in " expr ": \n"
761                                          (lambda () (print-error-message var)))]))
762                       
763                        (s                 
764                         (cond ((symbol? s) (environment-ref env s))
765                               ((number? s) s)
766                               (else (nemo:error 'eval-expr "unknown expression " s)))))))
767        val)))
768
769
770  (define (depgraph nemo-env)
771    (match-let (((state-list asgn-list g)  (make-eqng nemo-env))) g))
772
773  (define (depgraph* nemo-env)
774    (match-let (((state-list asgn-list g)  (make-eqng nemo-env))) 
775               (list state-list asgn-list g)))
776
777
778  ;; Dispatcher
779  (define (nemo-dispatch selector)
780    (case selector
781      ((add-external!)     add-external!)
782      ((defun!)            defun!)
783      ((depgraph)          depgraph)
784      ((depgraph*)         depgraph*)
785      ((depgraph->bfs-dist-poset)  graph->bfs-dist-poset)
786      ((eval-const)          eval-const)
787      ((env-extend!)         env-extend!)
788      ((exam)                exam)
789      ((make-const-env)      make-const-env)
790      ((system)              system)
791      ((sysname)             sysname)
792      ((asgns)               asgns)
793      ((states)              states)
794      ((stcomps)             stcomps)
795      ((defuns)              defuns)
796      ((consts)              consts)
797      ((exports)             exports)
798      ((imports)             imports)
799      ((toplevel)            toplevel)
800      ((components)          components)
801      ((component-symbols)   component-symbols)
802      ((component-exports)   component-exports)
803      ((component-subcomps)  component-subcomps)
804      ((component-extend!)   component-extend!)
805      ((extended)            extended)
806      ((extended-with-tag)   extended-with-tag)
807      (else
808       (nemo:error 'selector ": unknown message " selector " sent to an nemo-core object")))) 
809
810  nemo-dispatch)
811
812(define nemo:env-copy environment-copy)
813
814(define qcounter 0)
815
816(define (qname prefix)
817  (let ((v qcounter))
818    (set! qcounter (+ 1 qcounter))
819    (string->symbol (string-append (->string prefix) (number->string v)))))
820
821(define (eval-nemo-system-decls nemo-core name sys declarations)
822  (define (eval-const x) (and x ((nemo-core 'eval-const) sys x)))
823  (let loop ((ds declarations) (qs (list)) (top #t))
824    (if (null? ds)  (let ((qs (reverse qs)))
825                      (if top (let* ((top-syms   ((nemo-core 'component-symbols ) sys (nemo-intern 'toplevel)))
826                                     (top-syms1  (append qs top-syms)))
827                                (environment-set! sys (nemo-intern 'toplevel) (COMPONENT 'toplevel top-syms1))))
828                      qs)
829        (let ((decl (car ds)))
830          (let ((qs1  (match decl
831                             ;; imported quantities
832                             (('input . lst) 
833                              (cond ((every (lambda (x) (or (symbol? x) (list? x))) lst)
834                                     (fold (lambda (x ax) 
835                                             (match x
836                                                    ((? symbol?) 
837                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,x ,x #f))
838                                                     (cons x ax))
839                                                    ((id1 'as x1) 
840                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,id1 ,x1 #f))
841                                                     (cons x1 ax))
842                                                    ((id1 'from n1) 
843                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,id1 ,id1 ,n1))
844                                                     (cons id1 ax))
845                                                    ((id1 'as x1 'from n1) 
846                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,id1 ,x1 ,n1))
847                                                     (cons x1 ax))
848                                                    ))
849                                           qs lst))
850                                    (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
851                                                      "import statement must be of the form: "
852                                                      "input id1 [as x1] ... "))))
853
854                            ;; exported quantities
855                            (('output . lst) 
856                             (cond ((every symbol? lst) 
857                                    (for-each (lambda (x) (((nemo-core 'add-external!) sys) x 'output)) lst)
858                                    qs)
859                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
860                                                        "export statement must be of the form: "
861                                                        "output id1 ... "))))
862
863                            ;; constant during integration
864                            (('const id '= expr)
865                             (cond ((and (symbol? id) (or (number? expr) (list? expr)))
866                                    (let ((val (eval-const expr)))
867                                      (((nemo-core 'env-extend!) sys) id '(const) val)
868                                      (cons id qs)))
869                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
870                                                        "constant declarations must be of the form: "
871                                                        "const id = expr")))) 
872
873                            ;; state transition complex
874                            (('state-complex (id . alst) )
875                             (cond ((and (symbol? id) (list? alst))
876                                    (let ((initial (eval-const (lookup-def 'initial alst)))
877                                          (power   (eval-const (lookup-def 'power alst))))
878                                      (apply ((nemo-core 'env-extend!) sys) 
879                                             (cons* id '(tscomp) initial `(power ,power) alst)))
880                                    (cons id qs))
881                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
882                                                        "state complex declarations must be of the form: "
883                                                        "state-complex (id ...)"))))
884                           
885                            ;; algebraic assignment
886                            ((id '= expr) 
887                             (cond ((and (symbol? id) (or (symbol? expr) (number? expr) (list? expr)))
888                                    (((nemo-core 'env-extend!) sys) id '(asgn) 'none `(rhs ,expr))
889                                    (cons id qs))
890                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
891                                                        "algebraic declarations must be of the form: "
892                                                        "id = expr"))))
893                           
894                            ;; user-defined function
895                            (('defun id idlist expr) 
896                             (cond ((and (symbol? id) (list? idlist) (every symbol? idlist) (list? expr))
897                                    (((nemo-core 'defun!) sys) id idlist expr)
898                                    (cons id qs))
899                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls
900                                                        "function declarations must be of the form: "
901                                                        "defun id (arg1 arg2 ...) expr"))))
902                           
903                            ;; compiled primitives
904                            (('prim id value) 
905                             (cond ((symbol? id)  (((nemo-core 'env-extend!) sys) id '(prim) value))
906                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
907                                                        "prim declarations must be of the form: "
908                                                        "prim id value"))))
909                           
910                            (('component ('type typ) ('name name) . lst) 
911                             (let* ((cqs   (loop lst (list) #f))
912                                    (comp  (COMPONENT typ cqs))
913                                    (sym   (string->symbol (->string name))))
914                               (environment-set! sys sym comp)
915                               (cons sym qs)))
916
917                             
918                            (('component ('type typ)  . lst) 
919                             (let* ((cqs   (loop lst (list) #f))
920                                    (comp  (COMPONENT typ cqs))
921                                    (sym   (qname "comp")))
922                               (environment-set! sys sym comp)
923                               (cons sym qs)))
924                             
925                           
926                            (('sysname name)  (if (symbol? name)
927                                                  (environment-set! sys (nemo-intern 'name) (SYSNAME name))
928                                                  (nemo:error 'eval-nemo-system-decls
929                                                                 "system name must be a symbol")))
930                           
931                            (('const . _)
932                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "constant declarations must be of the form: "
933                                            "const id = expr"))
934                           
935                            ((id '= . _) 
936                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "algebraic equations must be of the form: "
937                                            "id = expr")) 
938                           
939                            (('state-complex . _)
940                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
941                                            "state complex declarations must be of the form: "
942                                            "state-complex (id ...)"))
943                           
944                            (('defun . _) 
945                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "function declarations must be of the form: "
946                                            "defun id (arg1 arg2 ...) expr"))
947                           
948                            (('prim . _) 
949                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "prim declarations must be of the form: "
950                                            "prim id value"))
951                           
952                            (('component . _) 
953                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "invalid component: " decl))
954                           
955                            (('sysname . _) 
956                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "system name must be of the form (sysname name)"))
957                           
958                            ;; anything that doesn't match is possibly
959                            ;; declarations recognized by the nemo extension
960                            ;; modules
961                            ((tag  . lst)
962                             (if (symbol? tag)
963                                 (match-let (((typ name alst) 
964                                              (let loop ((lst lst) (ax (list tag)))
965                                                (if (null? lst)
966                                                    (list (list (car (reverse ax))) #f (cdr (reverse ax)))
967                                                    (begin
968                                                      (match lst
969                                                             (((? symbol?) . rest) 
970                                                              (loop (cdr lst) (cons (car lst) ax)))
971                                                             (((x . rest)) 
972                                                              (if (and (symbol? x) (every list? rest))
973                                                                  (list (reverse ax) x rest)
974                                                                  (list (reverse ax) #f lst)))
975                                                             (else  (list (reverse ax) #f lst))))))))
976
977                                             (let ((name (or name (qname tag))))
978                                               (((nemo-core 'env-extend!) sys) name  typ alst)
979                                               (cons name qs)))
980                                 (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "extended declarations must be of the form: "
981                                                "declaration (name (properties ...)")))
982                            )))
983                           
984                           
985                     (loop (cdr ds) qs1 top)))
986        ))
987  sys)
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.