source: project/release/3/nemo/trunk/nemo-core.scm @ 12079

Last change on this file since 12079 was 12079, checked in by Ivan Raikov, 13 years ago

Switched to using matchable.

File size: 34.3 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 syntax-case)
25(require-extension matchable)
26(require-extension datatype)
27(require-extension vector-lib)
28(require-extension environments)
29(require-extension digraph)
30(require-extension graph-bfs)
31(require-extension graph-cycles)
32(require-extension mathh)
33(require-extension lolevel)
34
35(include "mathh-constants")
36
37(define-extension nemo-core)
38
39(declare (export make-nemo-core nemo:error nemo:warning 
40                 nemo:env-copy nemo-intern nemo:quantity?
41                 eval-nemo-system-decls
42                 TSCOMP ASGN CONST PRIM))
43
44;--------------------
45;  Message routines
46;
47;
48
49(define (nemo:warning x . rest)
50  (let loop ((port (open-output-string)) (objs (cons x rest)))
51    (if (null? objs)
52        (begin
53          (newline port)
54          (print-error-message (get-output-string port) 
55                               (current-error-port) "nemo warning"))
56        (begin (display (car objs) port)
57               (display " " port)
58               (loop port (cdr objs))))))
59
60(define (nemo:error x . rest)
61  (let ((port (open-output-string)))
62    (if (port? x)
63        (begin
64          (display "[" port)
65          (display (port-name x) port)
66          (display "] " port)))
67    (let loop ((objs (if (port? x) rest (cons x rest))))
68      (if (null? objs)
69          (begin
70            (newline port)
71            (error 'nemo (get-output-string port)))
72          (let ((obj (car objs)))
73            (if (procedure? obj) 
74                (with-output-to-port port obj)
75                (begin
76                  (display obj port)
77                  (display " " port)))
78            (loop (cdr objs)))))))
79
80(define (rhs? x)  (or (symbol? x) (number? x) (and (list? x) (every rhs? x))))
81
82(define (transition? x)
83  (match x (('-> a b x) (and (symbol? a) (symbol? b) (rhs? x)))
84         (else #f)))
85
86(define-datatype nemo:quantity nemo:quantity?
87  (SYSNAME    (name symbol?))
88  (ASGN       (name symbol?) (value number?) (rhs rhs?) )
89  (CONST      (name symbol?) (value number?))
90  (TSCOMP     (name symbol?) (initial rhs?)
91              (open (lambda (x) (or (symbol? x) (and (list? x) (every symbol? x) ))))
92              (transitions (lambda (x) (and (list? x) (every transition? x)))) 
93              (power integer?))
94  (PRIM       (name symbol?) (value identity))
95  (EXTERNAL   (local-name symbol?) (name symbol?) (namespace (lambda (x) (or (not x) (symbol? x)))))
96  (DISPATCH   (value procedure?))
97  (EXPORTS    (lst (lambda (x) (and (list? x) (every symbol? x)))))
98  (COMPONENT  (name symbol?) (type symbol?) (lst (lambda (x) (and (list? x) (every symbol? x)))))
99  )
100
101(define (nemo-intern sym)
102  (string->symbol (string-append "#" (symbol->string sym))))
103
104(define (lookup-def k lst . rest)
105  (let-optionals rest ((default #f))
106    (let ((v (alist-ref k lst)))
107      (if v (first v) default))))
108
109(define (make-nemo-core . alst)
110
111  ;; floating point precision (single or double; default is double)
112  (define  fptype (lookup-def 'fpprec alst 'double))
113  (define  fpvector-type
114    (lookup-def 'fpvector-type alst (if (equal? fptype 'single) 'f32vector 'f64vector)))
115  (define  fpvector? 
116    (lookup-def 'fpvector? alst (if (equal? fptype 'single) f32vector? f64vector?)))
117  (define  fpvector 
118    (lookup-def 'fpvector alst (if (equal? fptype 'single) f32vector f64vector)))
119  (define  fpvector-ref
120    (lookup-def 'fpvector-ref alst (if (equal? fptype 'single) f32vector-ref f64vector-ref)))
121  (define  fpvector-set!
122    (lookup-def 'fpvector-set! alst (if (equal? fptype 'single) f32vector-set! f64vector-set!)))
123
124
125  (define builtin-fns
126    `(+ - * / pow neg abs atan asin acos sin cos exp ln
127        sqrt tan cosh sinh tanh hypot gamma lgamma log10 log2 log1p ldexp cube
128        > < <= >= = and or round ceiling floor max min
129        fpvector-ref))
130
131  (define (add-primitives! env)
132    (for-each (lambda (n b fms rt) 
133                (let ((fb (extend-procedure b `((rt ,rt) (formals ,fms)))))
134                  (environment-extend! env n fb)))
135              builtin-fns
136              (list fp+ fp- fp* fp/ expt fpneg
137                    abs atan asin acos sin cos exp log sqrt tan 
138                    cosh sinh tanh hypot gamma lgamma log10 log2 log1p ldexp
139                    (lambda (x) (* x x x))
140                    fp> fp< fp<= fp>= fp=
141                    (lambda (x y) (and x y)) (lambda (x y) (or x y)) 
142                    round ceiling floor fpmax fpmin
143                    fpvector-ref)
144              `((,fptype ,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) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype)
149                (,fptype) (,fptype) (,fptype)
150                (,fptype) 
151                (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) (bool bool) 
152                (,fptype) (,fptype) (,fptype) (,fptype ,fptype) (,fptype ,fptype) 
153                (,fpvector-type integer) )
154              `(,fptype ,fptype ,fptype ,fptype 
155                ,fptype ,fptype
156                ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype
157                ,fptype ,fptype ,fptype
158                ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype
159                ,fptype ,fptype ,fptype
160                ,fptype 
161                bool bool bool bool bool bool bool 
162                ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype ,fptype 
163                ,fptype )
164              ))
165
166  (define (add-constants! env)
167    (for-each (lambda (n b) (environment-extend! env n b))
168              `(E 1/E E^2 E^PI/4 LOG2E LOG10E LN2 LN3 LNPI LN10 1/LN2 1/LN10 PI PI/2
169                  PI/4 1/PI 2/PI 2/SQRTPI SQRTPI PI^2 DEGREE SQRT2 1/SQRT2 SQRT3 SQRT5
170                  SQRT10 CUBERT2 CUBERT3 4THRT2 GAMMA1/2 GAMMA1/3 GAMMA2/3 PHI LNPHI
171                  1/LNPHI EULER E^EULER SIN1 COS1 ZETA3)
172              (list E 1/E E^2 E^PI/4 LOG2E LOG10E LN2 LN3 LNPI LN10 1/LN2 1/LN10 PI PI/2
173                 PI/4 1/PI 2/PI 2/SQRTPI SQRTPI PI^2 DEGREE SQRT2 1/SQRT2 SQRT3 SQRT5
174                 SQRT10 CUBERT2 CUBERT3 4THRT2 GAMMA1/2 GAMMA1/3 GAMMA2/3 PHI LNPHI
175                 1/LNPHI EULER E^EULER SIN1 COS1 ZETA3)))
176
177
178  (define (enumdeps expr)
179    (let loop ((expr expr) (ax (list)) (lbs (list)))
180      (match expr 
181             (('let bs e)  (let let-loop ((bs bs) (ax ax) (lbs lbs))
182                             (if (null? bs) (loop e ax lbs)
183                                 (let ((x   (first  (car bs)))
184                                       (ex  (second (car bs))))
185                                   (let* ((lbs1  (cons x lbs))
186                                          (ax1   (loop ex ax lbs)))
187                                     (let-loop (cdr bs) ax1 lbs1))))))
188
189             ((s . es)     (if (symbol? s) (fold (lambda (e ax) (loop e ax lbs)) ax es) 
190                               (fold (lambda (e ax) (loop e ax lbs)) ax (cons s es))))
191             (id           (if (and (symbol? id) (not (member id lbs))) (cons id ax) ax)))))
192
193
194  (define (binop-fold op lst)
195    (if (null? lst) lst
196        (match lst
197               ((x)   x)
198               ((x y) `(,op ,x ,y))
199               ((x y . rest) `(,op (,op ,x ,y) ,(binop-fold op rest)))
200               ((x . rest) `(,op ,x ,(binop-fold op rest))))))
201
202
203  ;; if argument is constant, return the negative of that constant,
204  ;; otherwise return `(neg ,expr)
205  (define (negate expr)
206    (if (number? expr) (- expr)
207        `(neg ,expr)))
208
209  ;; 1. make sure all constants in an expression are flonums
210  ;; 2. fold expressions like (+ a b c d) into nested binops
211  (define (make-normalize-expr arity-check)
212    (lambda (expr)
213      (let recur ((expr expr))
214        (match expr 
215               (('let bs e)         (let ((normalize-bnd  (lambda (x) `(,(first x) ,(recur (second x))))))
216                                      `(let ,(map normalize-bnd bs) ,(recur e))))
217               (('if c t e)         `(if ,(recur c) ,(recur t) ,(recur e))) 
218               (('+ . es)           (binop-fold '+ (map recur es)))
219               (('- . es)           (let ((es1 (map recur es)))
220                                      (binop-fold '+ (cons (car es1) (map negate (cdr es1))))))
221               (('* . es)           (binop-fold '* (map recur es)))
222               (('/ . es)           (binop-fold '/ (map recur es)))
223               (('fix n)            n)
224               ((s . es)            (begin
225                                      (arity-check s es)
226                                      (cons s (map recur es))))
227               (x                   (if (number? x) (exact->inexact x) x))))))
228
229  (define (make-base-env)
230    (let ((env (make-environment #t)))
231      (add-primitives! env)
232      (add-constants! env)
233      env))
234   
235  (define (make-const-env nemo-env)
236    (let ((env (make-base-env)))
237      (environment-for-each nemo-env
238        (lambda (sym en)
239          (cond  ((nemo:quantity? en) 
240                  (cases nemo:quantity en
241                         (CONST (name value) 
242                                (environment-extend! env name value))
243                         (PRIM (name value) 
244                               (environment-extend! env name value))))
245                 ((procedure? en)
246                  (environment-extend! env sym en)))))
247        env))
248
249  (define (system name)
250    (let ((env  (make-base-env))
251          (name (if (symbol? name) name (string->symbol name))))
252      (environment-extend! env (nemo-intern 'dispatch)  (DISPATCH nemo-dispatch))
253      (environment-extend! env (nemo-intern 'name)      (SYSNAME name))
254      (environment-extend! env (nemo-intern 'exports)   (EXPORTS (list)))
255      (environment-extend! env (nemo-intern 'toplevel)  (COMPONENT 'toplevel 'toplevel (list)))
256      env))
257
258  (define (add-external! nemo-env)
259    (lambda (sym typ)
260      (match typ
261             ('output
262              (begin
263                (if (not (environment-has-binding? nemo-env sym))
264                    (nemo:error 'add-external! ": exported quantity " sym " is not defined"))
265                (let* ((exports-sym   (nemo-intern 'exports))
266                       (exports       (environment-ref nemo-env exports-sym)))
267                  (cases nemo:quantity exports
268                         (EXPORTS (lst) (environment-set! nemo-env exports-sym (EXPORTS (cons sym lst))))
269                         (else  (nemo:error 'add-external! ": invalid exports entry " exports))))))
270             
271             (('input sym lsym ns)
272              (let ((lsym (or lsym sym)))
273               
274                (if (environment-has-binding? nemo-env lsym)
275                    (nemo:error 'add-import! ": import symbol " lsym " is already defined"))
276               
277                ((env-extend! nemo-env) lsym '(external) 'none `(name ,sym) `(namespace ,ns))))
278             
279             )))
280
281
282  (define (make-arity-check nemo-env)
283    (lambda (s args)
284      (let ((op (environment-ref nemo-env s)))
285        (if (extended-procedure? op)
286            (let* ((fd   (procedure-data op))
287                   (fms   (lookup-def 'formals fd)))
288              (if (not (= (length fms) (length args)))
289                  (nemo:error 'eval-expr "procedure " s 
290                              " called with incorrect number of arguments: "
291                              args)))))))
292
293  (define (env-extend! nemo-env)
294    (lambda (name type initial . alst)
295       (let* ((sym (if (symbol? name) name (string->symbol name)))
296              (arity-check (make-arity-check nemo-env))
297              (normalize-expr (make-normalize-expr arity-check)))
298        (if (environment-has-binding? nemo-env sym)
299            (nemo:error 'env-extend! ": quantity " sym " already defined")
300            (match type
301              (('external)  (let ((ns  (lookup-def 'namespace alst))
302                                  (external-name  (lookup-def 'name alst)))
303                              (environment-extend! nemo-env sym (EXTERNAL name external-name ns ))))
304                             
305              (('prim)    (let* ((rhs (lookup-def 'rhs alst))
306                                 (val (if (and rhs (procedure? initial) )
307                                          (extend-procedure initial rhs)
308                                          initial)))
309                            (environment-extend! nemo-env sym (PRIM name val ))))
310
311              (('const)   (begin
312                            (if (not (number? initial)) 
313                                (nemo:error 'env-extend! ": constant definitions require numeric value"))
314                            (environment-extend! nemo-env sym (CONST name initial))))
315
316              (('tscomp)  (begin
317                            (let ((power         (or (lookup-def 'power alst) 1))
318                                (transitions   (map (lambda (t) 
319                                                      `(-> ,(second t) ,(third t) ,(normalize-expr (fourth t ))))
320                                                    (or (alist-ref 'transitions alst) (list))))
321                                (open         (lookup-def 'open alst)))
322                            (if (null? transitions)
323                                (nemo:error 'env-extend! 
324                                               ": transition state complex definitions require a transition scheme"))
325                            (if (not open) 
326                                (nemo:error 'env-extend! ": state complex definitions require open state"))
327                            (if (not (integer? power))
328                                (nemo:error 'env-extend!
329                                               ": definition for state " sym
330                                               " requires an integer power (" power  " was given)"))
331                            (let ((en (TSCOMP name initial open transitions power)))
332                              (environment-extend! nemo-env sym en)))))
333
334              (('asgn)    (let ((rhs (lookup-def 'rhs alst)))
335                            (if (not (eq? initial 'none))
336                                (nemo:error 'env-extend! 
337                                                    ": state function definitions must have initial value of '(none)"))
338                            (if (not rhs) 
339                                (nemo:error 'env-extend! ": state function definitions require an equation"))
340                            (environment-extend! nemo-env sym (ASGN  name 0.0 (normalize-expr rhs)))))
341
342              (else       (begin
343                            (environment-extend! nemo-env sym `(,type (name ,sym) . ,initial))))
344              )))))
345
346  (define (infer nemo-env ftenv body)
347    (let recur ((expr body) (lb (list)))
348      (match expr 
349             (('if c t e)
350              (let ((ct (recur c lb))
351                    (tt (recur t lb))
352                    (et (recur e lb)))
353                (and ct tt et 
354                     (begin
355                       (if (not (equal? ct 'bool)) 
356                           (nemo:error 'infer "if condition type must be boolean"))
357                       (if (equal? tt et) tt
358                           (nemo:error 'infer "type mismatch in if statement: then = " tt
359                                      " else = " et))))))
360             (('let bs e)
361              (let* ((rlb (lambda (x) (recur x lb)))
362                     (tbs (map rlb (map second bs)))
363                     (lb1 (append (zip (map first bs) tbs) lb)))
364                (recur e lb1)))
365             
366             ((s . es)   
367              (let* ((f    (environment-ref nemo-env s))
368                     (lst  (procedure-data f)))
369                (and lst 
370                     (let ((rt   (lookup-def 'rt   lst))
371                           (fms  (lookup-def 'formals lst)))
372                       (and rt fms
373                            (begin
374                              (for-each (lambda (x ft)
375                                          (if (and (symbol? x) (not (environment-includes? ftenv x)))
376                                              (environment-extend! ftenv x ft)))
377                                        es fms)
378                              (let* ((rlb (lambda (x) (recur x lb)))
379                                     (ets (map rlb es)))
380                                (and (every identity ets)
381                                     (every (lambda (xt ft) (equal? xt ft)) ets fms)
382                                     rt))))))))
383             
384             (id    (cond ((symbol? id)     (or (lookup-def id lb) (environment-ref ftenv id)))
385                          ((number? id)     fptype)
386                          ((boolean? id)    'bool)
387                          ((fpvector? id)   fpvector-type)
388                          (else #f))))))
389   
390
391  (define (defun! nemo-env)
392    (define arity-check (make-arity-check nemo-env))
393    (define normalize-expr (make-normalize-expr arity-check))
394
395    (lambda (name formals body)
396        (let ((base-env (make-base-env))
397              (sym (if (symbol? name) name (string->symbol name))))
398          (letrec ((enumconsts
399                    (lambda (lb)
400                      (lambda (expr ax)
401                        (match expr 
402                               (('let bs e)  (let ((ec (enumconsts (append (map first bs) lb))))
403                                               (ec e (fold ec ax (map second bs)))))
404                               (('if . es)   (fold (enumconsts lb) ax es))
405                               ((s . es)     (if (symbol? s)  (cons s (fold (enumconsts lb) ax es)) ax))
406                               (s            (cond
407                                               ((and (symbol? s) (not (member s lb)) (environment-includes? base-env s))
408                                                (cons s ax) )
409                                               ((and (symbol? s) (not (member s lb)))
410                                                (nemo:error 'defun ": quantity " s " not defined"))
411                                               (else ax))))))))
412            (if (environment-has-binding? nemo-env sym)
413                (nemo:error 'defun! ": quantity " sym " already defined")
414                (let* ((body    (normalize-expr body))
415                       (consts  (delete-duplicates ((enumconsts formals) body (list))))
416                       (fc     `(lambda (base-env)
417                                  (let ,(map (lambda (v) `(,v (environment-ref base-env ',v))) consts)
418                                    (lambda ,formals ,body))))
419                       (f      ((eval fc) base-env)))
420                 
421                  (let* ((ftenv  (make-environment))
422                         (rt     (infer nemo-env ftenv body))
423                         (ftypes (filter-map (lambda (x) (and (environment-includes? ftenv x)
424                                                              (environment-ref ftenv x))) 
425                                             formals))
426                         (ef     (extend-procedure f `((rt ,rt) (formals ,ftypes) (vars ,formals)
427                                                       (body ,body) (consts ,consts)))))
428                  (environment-extend! nemo-env sym ef))))))))
429
430  (define (symbol-list? lst)
431    (and (list? lst) (every symbol? lst)))
432
433  (define (extended nemo-env)
434      (filter-map (lambda (sym) 
435                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
436                      (and (not (nemo:quantity? x)) (not (procedure? x)) 
437                           (match x 
438                                  (((? symbol-list?) ('name name) . rest)  `(,sym ,x))
439                                  (else #f)))))
440           (environment-symbols nemo-env)))
441                       
442
443  (define (extended-with-tag nemo-env tag)
444      (filter-map (lambda (sym) 
445                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
446                      (and (not (nemo:quantity? x)) (not (procedure? x)) 
447                           (match x 
448                                  (((? (lambda (x) (equal? x tag))) ('name name) . rest) 
449                                   `(,sym ,x))
450                                  (else #f)))))
451           (environment-symbols nemo-env)))
452                       
453
454  (define (components nemo-env)
455      (filter-map (lambda (sym) 
456                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
457                      (and (nemo:quantity? x)
458                           (cases nemo:quantity x
459                                  (COMPONENT (name type lst)  `(,name ,type ,sym))
460                                  (else #f)))))
461           (environment-symbols nemo-env)))
462
463
464  (define (component-symbols nemo-env sym)
465    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
466      (and (nemo:quantity? x)
467           (cases nemo:quantity x
468                  (COMPONENT (name type lst)  lst)
469                  (else #f)))))
470
471
472  (define (component-exports nemo-env sym)
473    (let ((all-exports (cases nemo:quantity (environment-ref nemo-env (nemo-intern 'exports))
474                              (EXPORTS (lst)  lst))))
475      (let ((x  (environment-ref nemo-env sym)))
476        (and (nemo:quantity? x)
477             (cases nemo:quantity x
478                    (COMPONENT (name type lst) 
479                      (filter-map (lambda (x) ((lambda (x) (and x (car x))) (member x all-exports))) lst))
480                    (else #f))))))
481
482  (define (component-subcomps nemo-env sym)
483    (define (component-type x)
484      (cases nemo:quantity x
485             (COMPONENT (name type lst) type)
486             (else #f)))
487    (define (component-name x)
488      (cases nemo:quantity x
489             (COMPONENT (name type lst) name)
490             (else #f)))
491    (let ((en (environment-ref nemo-env sym)))
492      (and (nemo:quantity? en)
493           (cases nemo:quantity en
494                  (COMPONENT (name type lst) 
495                             (filter-map 
496                              (lambda (s) 
497                                (let ((x (environment-ref nemo-env s)))
498                                  (and (iscomp? x) `(,(component-type x) ,(component-name x) ,s)))) lst))
499                  (else #f)))))
500
501  (define (component-extend! nemo-env)
502    (lambda (comp-name sym)
503      (let ((x (environment-ref nemo-env comp-name)))
504        (if (nemo:quantity? x)
505            (cases nemo:quantity x
506                   (COMPONENT (name type lst) 
507                              (let ((en1 (COMPONENT name type (delete-duplicates (append lst (list sym))))))
508                                (environment-set! nemo-env comp-name en1)))
509                   (else (nemo:error 'component-extend! ": invalid component " comp-name)))
510            (nemo:error 'component-extend! ": invalid component " comp-name)))))
511
512
513  (define (exports nemo-env)
514    (cases nemo:quantity (environment-ref nemo-env (nemo-intern 'exports))
515           (EXPORTS (lst)  lst)))
516
517
518  (define (imports nemo-env)
519      (filter-map (lambda (sym) 
520                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
521                      (and (nemo:quantity? x)
522                           (cases nemo:quantity x
523                                  (EXTERNAL (local-name name namespace)  (list local-name name namespace))
524                                  (else #f)))))
525           (environment-symbols nemo-env)))
526
527
528  (define (consts nemo-env)
529      (filter-map (lambda (sym) 
530                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
531                      (and (nemo:quantity? x)
532                           (cases nemo:quantity x
533                                  (CONST (name value)  (list name value) )
534                                  (else #f)))))
535           (environment-symbols nemo-env)))
536
537
538
539  (define (states nemo-env)
540      (fold (lambda (sym ax) 
541                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
542                      (if (nemo:quantity? x)
543                           (cases nemo:quantity x
544                                  (TSCOMP (name initial open transitions power)
545                                          (let ((ss (delete-duplicates (append (map second transitions) 
546                                                                               (map third transitions)))))
547                                            (append ss ax)))
548                                  (else ax))
549                           ax)))
550           (list) (environment-symbols nemo-env)))
551
552
553  (define (stcomps nemo-env)
554      (fold (lambda (sym ax) 
555                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
556                      (if (nemo:quantity? x)
557                           (cases nemo:quantity x
558                                  (TSCOMP (name initial open transitions power)
559                                          (cons name ax))
560                                  (else ax))
561                           ax)))
562           (list) (environment-symbols nemo-env)))
563
564
565  (define (asgns nemo-env)
566      (filter-map (lambda (sym) 
567                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
568                      (and (nemo:quantity? x)
569                           (cases nemo:quantity x
570                                  (ASGN (name value rhs) name)
571                                  (else #f)))))
572           (environment-symbols nemo-env)))
573
574
575  (define (defuns nemo-env)
576      (filter-map (lambda (sym) 
577                    (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
578                      (and (procedure? x) (not (member sym builtin-fns)) (list sym x))))
579           (environment-symbols nemo-env)))
580
581  (define (toplevel nemo-env)
582    (cases nemo:quantity (environment-ref nemo-env (nemo-intern 'toplevel))
583           (COMPONENT (name type lst) `(,type ,lst))))
584                                       
585  (define (exam nemo-env)
586    (lambda (name)
587      (let ((sym (if (symbol? name) name (string->symbol name)))
588            (out (current-output-port)))
589        (if (not (environment-has-binding? nemo-env sym))
590            (nemo:error 'exam ": quantity " sym " is not defined")
591            (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
592              (cases nemo:quantity x
593                     (PRIM  (name value)
594                            (begin
595                              (fprintf out "~a: compiled cnemo primitive\n" name)
596                              (fprintf out "    value: ~a\n" value)))
597
598                     (TSCOMP (name initial open transitions power)
599                             (begin
600                               (fprintf out "~a: transition state complex\n" name)
601                               (fprintf out "    initial value: ~a\n" initial)))
602                     
603                     (CONST    (name value)
604                               (begin
605                                 (fprintf out "~a: constant\n" name)
606                                 (fprintf out "    value: ~a\n" value)))
607                     
608                     (ASGN     (name value rhs)
609                               (begin
610                                 (fprintf out "~a: state function\n" name)
611                                 (fprintf out "    value: ~a\n" value)))
612
613                     (else (nemo:error 'exam name ": unknown type of quantity"))))))))
614 
615
616  (define (eval-const nemo-env expr)
617    (let* ((arity-check (make-arity-check nemo-env))
618           (normalize-expr (make-normalize-expr arity-check)))
619      (let ((expr1 (normalize-expr expr)))
620        (exact->inexact (eval expr1  (make-const-env nemo-env))))))
621
622
623  (define (iscomp? x)
624    (cond ((nemo:quantity? x)
625           (cases nemo:quantity x
626                  (COMPONENT  (name type lst)  #t)
627                  (else #f)))
628          (else #f)))
629
630  (define (isdep? x)
631    (cond ((nemo:quantity? x)
632           (cases nemo:quantity x
633                  (ASGN  (name value rhs)  #t)
634                  (else #f)))
635          ((and (list? x) (every pair? (cdr x)))  (alist-ref 'dep?  (cdr x)))
636          (else #f)))
637
638
639  (define (isstate? x)
640    (and (nemo:quantity? x)
641         (cases nemo:quantity x
642                (TSCOMP (name initial open transitions)  #t)
643                (else #f))))
644
645
646  (define (qrhs x)
647    (and (nemo:quantity? x)
648         (cases nemo:quantity x
649                (TSCOMP (name initial open transitions) 
650                        (begin
651                          (map cadddr transitions)))
652                (ASGN  (name value rhs)  rhs)
653                (else #f))))
654
655           
656  (define (sysname nemo-env)
657    (cases nemo:quantity (environment-ref nemo-env (nemo-intern 'name))
658           (SYSNAME (name)  name)))
659
660
661  ;; create equation dependency graph
662  (define (make-eqng nemo-env)
663    (let* ((sysname    (sysname nemo-env))
664           (g          (make-digraph sysname (string-append (symbol->string sysname) 
665                                                            " equation dependency graph")))
666           (add-node!  (g 'add-node!))
667           (add-edge!  (g 'add-edge!))
668           (nemo-list  (filter (lambda (sym) (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
669                                               (or (isstate? x) (isdep? x))))
670                               (environment-symbols nemo-env)))
671           (nemo-ids      (list-tabulate (length nemo-list) identity))
672           (name->id-map  (zip nemo-list nemo-ids)))
673      (let-values (((state-list asgn-list) 
674                    (partition (lambda (sym) (isstate? (environment-ref nemo-env sym)))
675                               nemo-list)))
676                 
677         ;; insert equations in the dependency graph
678         (for-each (lambda (i n) (add-node! i n)) nemo-ids nemo-list)
679         ;; create dependency edges in the graph
680         (for-each (lambda (e) 
681                     (match e ((ni . nj) (begin
682                                           (let ((i (car (alist-ref ni name->id-map)))
683                                                 (j (car (alist-ref nj name->id-map))))
684                                             (add-edge! (list i j (format "~A=>~A" ni nj))))))
685                            (else (nemo:error 'make-eqng ": invalid edge " e))))
686                   (fold (lambda (qsym ax) 
687                           (let* ((q   (environment-ref nemo-env qsym))
688                                  (rhs (qrhs q)))
689                             (if rhs 
690                                 (let* ((deps (filter (if (isstate? q)
691                                                          (lambda (sym) 
692                                                            (and (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
693                                                                   (and (isdep? x) (not (eq? sym qsym))))))
694                                                          (lambda (sym) 
695                                                            (and (let ((x (environment-ref nemo-env sym)))
696                                                                   (isdep? x)))))
697                                                      (enumdeps rhs)))
698                                          (edges (map (lambda (d) (cons d qsym)) deps)))
699                                   (if edges (append edges ax) ax))
700                                 ax)))
701                         (list) nemo-list))
702         (let ((cycles (graph-cycles-fold g (lambda (cycle ax) (cons cycle ax)) (list))))
703           (if (null? cycles) (list state-list asgn-list g)
704               (nemo:error 'make-eqng ": equation cycle detected: " (car cycles)))))))
705
706
707  ;; given a graph, create a partial ordering based on BFS distance from root
708  (define (graph->bfs-dist-poset g)
709    (define node-info (g 'node-info))
710
711    (let-values (((dists dmax) (graph-bfs-dist g ((g 'roots)))))
712      (let loop ((poset  (make-vector (fx+ 1 dmax) (list)))
713                 (i      (fx- (s32vector-length dists) 1)))
714        (if (fx>= i 0)
715            (let* ((c     (s32vector-ref dists i))
716                   (info  (node-info i)))
717              (vector-set! poset c (cons (cons i info) (vector-ref poset c)))
718              (loop poset (fx- i 1)))
719            (begin
720              poset)))))
721
722
723  (define (make-eval-poset nemo-env eqposet)
724    (vector-map 
725       (lambda (i lst) 
726         (filter-map (lambda (id+sym)
727                       (let* ((sym  (cdr id+sym))
728                              (x    (environment-ref nemo-env sym)))
729                         (and (nemo:quantity? x)
730                              (cases nemo:quantity x
731                                     (TSCOMP (name initial open transitions) 
732                                             (let ((rs (map cadddr transitions)))
733                                               (list 'ts sym rs)))
734                                     (ASGN  (name value rhs)
735                                            (list 'a sym rhs))
736                                     (else nemo:error 'make-eval-poset
737                                           ": invalid quantity in equation poset: " sym)))))
738                     lst))
739       eqposet))
740
741  (define (eval-expr env)
742    (lambda (expr)
743      (let ((val (match expr
744                        (('if c t f) 
745                         (let ((ee (eval-expr env)))
746                           (condition-case
747                            (if (ee c) (ee t) (ee f))
748                            [var () 
749                               (nemo:error 'eval-expr " exception in " expr ": \n"
750                                          (lambda () (print-error-message var)))])))
751
752                        ((s . es)   
753                         (condition-case 
754                          (let ((op   (environment-ref env s))
755                                (args (map (eval-expr env) es)))
756                            (if (extended-procedure? op)
757                                (let* ((fd   (procedure-data op))
758                                       (vs  (lookup-def 'vars fd)))
759                                  (if (not (= (length vs) (length args)))
760                                      (nemo:error 'eval-expr "procedure " s 
761                                                  " called with incorrect number of arguments"))))
762                            (apply op args))
763                          [var () 
764                               (nemo:error 'eval-expr " exception in " expr ": \n"
765                                          (lambda () (print-error-message var)))]))
766                       
767                        (s                 
768                         (cond ((symbol? s) (environment-ref env s))
769                               ((number? s) s)
770                               (else (nemo:error 'eval-expr "unknown expression " s)))))))
771        val)))
772
773
774  (define (depgraph nemo-env)
775    (match-let (((state-list asgn-list g)  (make-eqng nemo-env))) g))
776
777  (define (depgraph* nemo-env)
778    (match-let (((state-list asgn-list g)  (make-eqng nemo-env))) 
779               (list state-list asgn-list g)))
780
781
782  ;; Dispatcher
783  (define (nemo-dispatch selector)
784    (case selector
785      ((add-external!)     add-external!)
786      ((defun!)            defun!)
787      ((depgraph)          depgraph)
788      ((depgraph*)         depgraph*)
789      ((depgraph->bfs-dist-poset)  graph->bfs-dist-poset)
790      ((eval-const)          eval-const)
791      ((env-extend!)         env-extend!)
792      ((exam)                exam)
793      ((make-const-env)      make-const-env)
794      ((system)              system)
795      ((sysname)             sysname)
796      ((asgns)               asgns)
797      ((states)              states)
798      ((stcomps)             stcomps)
799      ((defuns)              defuns)
800      ((consts)              consts)
801      ((exports)             exports)
802      ((imports)             imports)
803      ((toplevel)            toplevel)
804      ((components)          components)
805      ((component-symbols)   component-symbols)
806      ((component-exports)   component-exports)
807      ((component-subcomps)  component-subcomps)
808      ((component-extend!)   component-extend!)
809      ((extended)            extended)
810      ((extended-with-tag)   extended-with-tag)
811      (else
812       (nemo:error 'selector ": unknown message " selector " sent to an nemo-core object")))) 
813
814  nemo-dispatch)
815
816(define nemo:env-copy environment-copy)
817
818(define qcounter 0)
819
820(define (qname prefix)
821  (let ((v qcounter))
822    (set! qcounter (+ 1 qcounter))
823    (string->symbol (string-append (->string prefix) (number->string v)))))
824
825(define (eval-nemo-system-decls nemo-core name sys declarations)
826  (define (eval-const x) (and x ((nemo-core 'eval-const) sys x)))
827  (let loop ((ds declarations) (qs (list)) (top #t))
828    (if (null? ds) 
829        (let ((qs (reverse qs)))
830          (if top (let* ((top-syms   ((nemo-core 'component-symbols ) sys (nemo-intern 'toplevel)))
831                         (top-syms1  (append qs top-syms)))
832                    (environment-set! sys (nemo-intern 'toplevel) (COMPONENT 'toplevel 'toplevel top-syms1))))
833          qs)
834        (let ((decl (car ds)))
835          (let ((qs1  (match decl
836                             ;; imported quantities
837                             (('input . lst) 
838                              (cond ((every (lambda (x) (or (symbol? x) (list? x))) lst)
839                                     (fold (lambda (x ax) 
840                                             (match x
841                                                    ((? symbol?) 
842                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,x ,x #f))
843                                                     (cons x ax))
844                                                    ((id1 'as x1) 
845                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,id1 ,x1 #f))
846                                                     (cons x1 ax))
847                                                    ((id1 'from n1) 
848                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,id1 ,id1 ,n1))
849                                                     (cons id1 ax))
850                                                    ((id1 'as x1 'from n1) 
851                                                     (((nemo-core 'add-external!) sys) x `(input ,id1 ,x1 ,n1))
852                                                     (cons x1 ax))
853                                                    ))
854                                           qs lst))
855                                    (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
856                                                      "import statement must be of the form: "
857                                                      "input id1 [as x1] ... "))))
858
859                            ;; exported quantities
860                            (('output . lst) 
861                             (cond ((every symbol? lst) 
862                                    (for-each (lambda (x) (((nemo-core 'add-external!) sys) x 'output)) lst)
863                                    qs)
864                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
865                                                        "export statement must be of the form: "
866                                                        "output id1 ... "))))
867
868                            ;; constant during integration
869                            (('const id '= expr)
870                             (cond ((and (symbol? id) (or (number? expr) (list? expr)))
871                                    (let ((val (eval-const expr)))
872                                      (((nemo-core 'env-extend!) sys) id '(const) val)
873                                      (cons id qs)))
874                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
875                                                        "constant declarations must be of the form: "
876                                                        "const id = expr")))) 
877
878                            ;; state transition complex
879                            (('state-complex (id . alst) )
880                             (cond ((and (symbol? id) (list? alst))
881                                    (let ((initial (eval-const (lookup-def 'initial alst)))
882                                          (power   (eval-const (lookup-def 'power alst))))
883                                      (apply ((nemo-core 'env-extend!) sys) 
884                                             (cons* id '(tscomp) initial `(power ,power) alst)))
885                                    (cons id qs))
886                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
887                                                        "state complex declarations must be of the form: "
888                                                        "state-complex (id ...)"))))
889                           
890                            ;; algebraic assignment
891                            ((id '= expr) 
892                             (cond ((and (symbol? id) (or (symbol? expr) (number? expr) (list? expr)))
893                                    (((nemo-core 'env-extend!) sys) id '(asgn) 'none `(rhs ,expr))
894                                    (cons id qs))
895                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
896                                                        "algebraic declarations must be of the form: "
897                                                        "id = expr"))))
898                           
899                            ;; user-defined function
900                            (('defun id idlist expr) 
901                             (cond ((and (symbol? id) (list? idlist) (every symbol? idlist) (list? expr))
902                                    (((nemo-core 'defun!) sys) id idlist expr)
903                                    (cons id qs))
904                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls
905                                                        "function declarations must be of the form: "
906                                                        "defun id (arg1 arg2 ...) expr"))))
907                           
908                            ;; compiled primitives
909                            (('prim id value) 
910                             (cond ((symbol? id)  (((nemo-core 'env-extend!) sys) id '(prim) value))
911                                   (else (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
912                                                        "prim declarations must be of the form: "
913                                                        "prim id value"))))
914                           
915                            (('component ('type typ) ('name name) . lst) 
916                             (let* ((cqs   (loop lst (list) #f))
917                                    (sym   (qname "comp"))
918                                    (comp  (COMPONENT name typ cqs)))
919                               (environment-set! sys sym comp)
920                               (cons sym qs)))
921
922                             
923                            (('component ('type typ)  . lst) 
924                             (let* ((sym   (qname "comp"))
925                                    (cqs   (loop lst (list) #f))
926                                    (comp  (COMPONENT sym typ cqs)))
927                               (environment-set! sys sym comp)
928                               (cons sym qs)))
929                             
930                           
931                            (('sysname name)  (if (symbol? name)
932                                                  (environment-set! sys (nemo-intern 'name) (SYSNAME name))
933                                                  (nemo:error 'eval-nemo-system-decls
934                                                                 "system name must be a symbol")))
935                           
936                            (('const . _)
937                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "constant declarations must be of the form: "
938                                            "const id = expr"))
939                           
940                            ((id '= . _) 
941                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "algebraic equations must be of the form: "
942                                            "id = expr")) 
943                           
944                            (('state-complex . _)
945                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls 
946                                            "state complex declarations must be of the form: "
947                                            "state-complex (id ...)"))
948                           
949                            (('defun . _) 
950                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "function declarations must be of the form: "
951                                            "defun id (arg1 arg2 ...) expr"))
952                           
953                            (('prim . _) 
954                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "prim declarations must be of the form: "
955                                            "prim id value"))
956                           
957                            (('component . _) 
958                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "invalid component: " decl))
959                           
960                            (('sysname . _) 
961                             (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "system name must be of the form (sysname name)"))
962                           
963                            ;; anything that doesn't match is possibly
964                            ;; declarations recognized by the nemo extension
965                            ;; modules
966                            ((tag  . lst)
967                             (if (symbol? tag)
968                                 (match-let (((typ name alst) 
969                                              (let loop ((lst lst) (ax (list tag)))
970                                                (if (null? lst)
971                                                    (list (list (car (reverse ax))) #f (cdr (reverse ax)))
972                                                    (begin
973                                                      (match lst
974                                                             (((? symbol?) . rest) 
975                                                              (loop (cdr lst) (cons (car lst) ax)))
976                                                             (((x . rest)) 
977                                                              (if (and (symbol? x) (every list? rest))
978                                                                  (list (reverse ax) x rest)
979                                                                  (list (reverse ax) #f lst)))
980                                                             (else  (list (reverse ax) #f lst))))))))
981
982                                             (let ((name (or name (qname tag))))
983                                               (((nemo-core 'env-extend!) sys) name  typ alst)
984                                               (cons name qs)))
985                                 (nemo:error 'eval-nemo-system-decls "extended declarations must be of the form: "
986                                                "declaration (name (properties ...)")))
987                            )))
988                           
989                           
990                     (loop (cdr ds) qs1 top)))
991        ))
992  sys)
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.