main.c

   1 /*
   2  * morpheus - main.c
   3  *
   4  * this program tries helping to understand the amorphous depuration
   5  * and recrystallization of SiCx while ion implanation. hopefully the program
   6  * will simulate the stabilization of the selforganizing structure in the
   7  * observed behaviour.
   8  *
   9  * refs:
  10  *  - J. K. N. Lindner. Habilationsschrift, Universitaet Augsburg.
  11  *  - Maik Haeberlen. Diplomarbeit, Universitaet Augsburg.
  12  */
  13
  14 #include <stdio.h>
  15 #include <stdlib.h>
  16 #include <string.h>
  17 #include <sys/types.h>
  18 #include <sys/stat.h>
  19 #include <fcntl.h>
  20
  21 /* important defines */
  22 #include "defines.h"
  23
  24 /* function prototypes */
  25 #include "random.h"
  26 #include "display.h"
  27
  28 /* global variables */
  29 u32 *rand_buf,*rand_current;
  30 char random_file[MAX_CHARS_RANDOM_FILE];
  31 u32 gr;
  32 int random_fd; /* /dev/urandom file descriptor */
  33
  34 int usage()
  35 {
  36  puts("usage:");
  37  puts("-h: help");
  38  printf("-a <value> \t slope of nuclear energy loss (default %d)\n",DEFAULT_SLOPE_NEL);
  39  printf("-c <value> \t nuclear enery loss at depths 0 (default %d)\n",DEFAULT_START_NEL);
  40  printf("-x <value> \t # x cells (default %d)\n",DEFAULT_X_SEG);
  41  printf("-y <value> \t # y cells (default %d)\n",DEFAULT_Y_SEG);
  42  printf("-z <value> \t # z cells (default %d)\n",DEFAULT_Z_SEG);
  43  printf("-s <value> \t # steps to calculate (default %d)\n",DEFAULT_STEPS);
  44  puts("-X <value> \t display area intercept point x (default # x celss / 2)");
  45  puts("-Y <value> \t display area intercept point y (default # y cells / 2)");
  46  puts("-Z <value> \t display area intercept point z (default # z cells / 2)");
  47  printf("-d <value> \t refresh every <value> loops (default %d)\n",DEFAULT_DISPLAY_REF_RATE);
  48  printf("-r <value> \t pressure range from amorphous SiCx (default %d)\n",DEFAULT_A_P_RANGE);
  49  printf("-f <value> \t faktor for pressure from amorphous SiCx (default %f)\n",DEFAULT_A_P_FAKTOR);
  50  printf("-p <value> \t p0 for probability of cell getting amorph (default %f)\n",DEFAULT_A_P_P0);
  51  printf("-C <value> \t C start concentration (default %d)\n",DEFAULT_C_DIST_START_CONC);
  52  printf("-S <value> \t slope of linear C distribution (default %d)\n",DEFAULT_C_DIST_SLOPE);
  53  puts("-R <file> \t read random datat from file (default not used)");
  54  return -23;
  55 }
  56
  57 int make_amorph(cell *cell)
  58 {
  59  cell->status|=AMORPH;
  60  return 23;
  61 }
  62
  63 int make_cryst(cell *cell)
  64 {
  65  cell->status&=~AMORPH;
  66  return 23;
  67 }
  68
  69 int distrib_c_conc(cell *cell_p,int c_c0,int c_slope,u32 c_conc,u32 x_max,u32 y_max,u32 z_max)
  70 {
  71  int i,j;
  72  u32 area,c_area,total,count;
  73  u32 x,y,z,sum_c_z;
  74
  75  total=0;
  76  area=x_max*y_max;
  77  sum_c_z=c_c0*z_max+c_slope*gr;
  78
  79  for(i=0;i<z_max;i++)
  80  {
  81   count=0;
  82   c_area=(c_conc*(c_c0+(i+1)*c_slope))/sum_c_z;
  83   for(j=0;j<area;j++)
  84   {
  85    if(!(cell_p+j+i*area)->status&AMORPH) count++;
  86   }
  87   for(j=0;j<area;j++)
  88   {
  89    if(!(cell_p+j+i*area)->status&AMORPH)
  90    {
  91     (cell_p+j+i*area)->conc=c_area/count;
  92     total+=c_area/count;
  93    }
  94   }
  95   j=0;
  96   while(j<c_area%count)
  97   {
  98    x=rand_get(x_max);
  99    y=rand_get(y_max);
 100    if(!(cell_p+x+y*x_max+i*area)->status&AMORPH)
 101    {
 102     (cell_p+x+y*x_max+i*area)->conc+=1;
 103     total++;
 104     j++;
 105    }
 106   }
 107  }
 108  i=0;
 109  while(i<c_conc-total)
 110  {
 111   x=rand_get(x_max);
 112   y=rand_get(y_max);
 113   z=rand_get_lgp(c_slope,c_c0,z_max);
 114   if(!(cell_p+x+y*x_max+z*area)->status&AMORPH)
 115   {
 116    (cell_p+x+y*x_max+z*area)->conc+=1;
 117    i++;
 118   }
 119  }
 120  return 23;
 121 }
 122
 123 /* look at cell ... */
 124 int process_cell(cell *cell_p,u32 x,u32 y,u32 z,u32 x_max,u32 y_max,u32 z_max,int range,double faktor,double p0,u32 *c_conc)
 125 {
 126  cell *this_cell;
 127  int i,j,k;
 128  double pressure;
 129
 130  this_cell=cell_p+x+y*x_max+z*x_max*y_max;
 131  pressure=p0*URAND_2BYTE_MAX;
 132
 133  for(i=-range;i<=range;i++)
 134  {
 135   for(j=-range;j<=range;j++)
 136   {
 137    // z relaxation, no pressure in z direction
 138    // for(k=-range;k<=range;k++)
 139    // {
 140     if(!(i==0 && j==0)) //  && k==0))
 141     {
 142      // if((cell_p+((x+x_max+i)%x_max)+((y+j+y_max)%y_max)*x_max+((z+k+z_max)%z_max)*x_max*y_max)->status&AMORPH) pressure+=faktor*URAND_2BYTE_MAX/(i*i+j*j+k*k);
 143      if((cell_p+((x+x_max+i)%x_max)+((y+j+y_max)%y_max)*x_max+z*x_max*y_max)->status&AMORPH) pressure+=faktor*URAND_2BYTE_MAX/(i*i+j*j);
 144     }
 145    // }
 146   }
 147  }
 148  pressure*=this_cell->conc;
 149  if(this_cell->status&AMORPH)
 150  {
 151   /* wrong probability! just test by now ...*/
 152   if(rand_get(URAND_2BYTE_MAX)>pressure)
 153   {
 154     make_cryst(this_cell);
 155     *c_conc=*c_conc+1+this_cell->conc;
 156   } else *c_conc+=1;
 157  } else
 158  {
 159   if(rand_get(URAND_2BYTE_MAX)<=pressure)
 160   {
 161    make_amorph(this_cell);
 162    *c_conc=*c_conc+1-this_cell->conc;
 163   } else *c_conc+=1;
 164  }
 165  return 23;
 166 }
 167
 168 int main(int argc,char **argv)
 169 {
 170  u32 x_cell,y_cell,z_cell; /* amount of segments */
 171  u32 x,y,z; /* cells */
 172  int i; /* for counting */
 173  int slope_nel,start_nel; /* nuclear energy loss: slope, constant */
 174  int a_p_range; /* p. range of amorphous sic */
 175  double a_p_faktor,a_p_p0; /* p0 and faktor of amorphous sic */
 176  int c_dist_c0,c_dist_slope; /* c start concentration and linear slope of c distribution */
 177  u32 c_conc;
 178  int steps; /* # steps */
 179  cell *cell_p;
 180  struct __display display;
 181  u32 display_x,display_y,display_z; /* intercept point of diplayed areas */
 182  u32 display_refresh_rate; /* refresh rate for display */
 183  int quit=0; /* continue/quit status */
 184
 185  printfd("debug: sizeof my u32 variable: %d\n",sizeof(u32));
 186  printfd("debug: sizeof my cell struct: %d\n",sizeof(cell));
 187
 188  /* default values */
 189  x_cell=DEFAULT_X_SEG;
 190  y_cell=DEFAULT_Y_SEG;
 191  z_cell=DEFAULT_Z_SEG;
 192  slope_nel=DEFAULT_SLOPE_NEL;
 193  start_nel=DEFAULT_START_NEL;
 194  a_p_range=DEFAULT_A_P_RANGE;
 195  a_p_faktor=DEFAULT_A_P_FAKTOR;
 196  a_p_p0=DEFAULT_A_P_P0;
 197  c_dist_c0=DEFAULT_C_DIST_START_CONC;
 198  c_dist_slope=DEFAULT_C_DIST_SLOPE;
 199  c_conc=DEFAULT_C_C0;
 200  steps=DEFAULT_STEPS;
 201  display_x=x_cell/2;
 202  display_y=y_cell/2;
 203  display_z=z_cell/2;
 204  display_refresh_rate=DEFAULT_DISPLAY_REF_RATE;
 205  strcpy(random_file,"");
 206
 207  /* parse command args */
 208  for(i=1;i<argc;i++)
 209  {
 210   if(argv[i][0]=='-')
 211   {
 212    switch(argv[i][1])
 213    {
 214     case 'h':
 215      usage();
 216      return 23;
 217      break;
 218     case 'a':
 219      slope_nel=atoi(argv[++i]);
 220      break;
 221     case 'c':
 222      start_nel=atoi(argv[++i]);
 223      break;
 224     case 'x':
 225      x_cell=atoi(argv[++i]);
 226      break;
 227     case 'y':
 228      y_cell=atoi(argv[++i]);
 229      break;
 230     case 'z':
 231      z_cell=atoi(argv[++i]);
 232      break;
 233     case 's':
 234      steps=atoi(argv[++i]);
 235      break;
 236     case 'X':
 237      display_x=atoi(argv[++i]);
 238      break;
 239     case 'Y':
 240      display_y=atoi(argv[++i]);
 241      break;
 242     case 'Z':
 243      display_z=atoi(argv[++i]);
 244      break;
 245     case 'd':
 246      display_refresh_rate=atoi(argv[++i]);
 247      break;
 248     case 'r':
 249      a_p_range=atoi(argv[++i]);
 250      break;
 251     case 'f':
 252      a_p_faktor=atof(argv[++i]);
 253      break;
 254     case 'p':
 255      a_p_p0=atof(argv[++i]);
 256      break;
 257     case 'b':
 258      c_conc=atoi(argv[++i]);
 259      break;
 260     case 'C':
 261      c_dist_c0=atoi(argv[++i]);
 262      break;
 263     case 'S':
 264      c_dist_slope=atoi(argv[++i]);
 265      break;
 266     case 'R':
 267      strcpy(random_file,argv[++i]);
 268      break;
 269     default:
 270      usage();
 271      return -23;
 272    }
 273   } else usage();
 274  }
 275
 276  /* open random fd */
 277  if(!strcmp(random_file,""))
 278  {
 279   if((random_fd=open("/dev/urandom",O_RDONLY))<0)
 280   {
 281    puts("cannot open /dev/urandom");
 282    return -23;
 283   }
 284  } else
 285  {
 286   if((random_fd=open(random_file,O_RDONLY))<0)
 287   {
 288    puts("cannot open random file");
 289    return -23;
 290   }
 291  }
 292  /* allocate random number buffer */
 293  printf("malloc will free %d bytes now ...\n",RAND_BUF_SIZE);
 294  if((rand_buf=(u32 *)malloc(RAND_BUF_SIZE))==NULL)
 295  {
 296   puts("failed allocating memory for random numbers");
 297   return -23;
 298  }
 299  rand_current=rand_buf+RAND_BUF_SIZE;
 300
 301  /* calculate gr one time! */
 302  gr=0;
 303  for(i=1;i<=z_cell;i++) gr+=i;
 304  printfd("debug: gr = %d\n",gr);
 305
 306  /* allocate cells */
 307  printf("malloc will free %d bytes now ...\n",x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell));
 308  if((cell_p=(cell *)malloc(x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell)))==NULL)
 309  {
 310   puts("failed allocating memory for cells");
 311   return -23;
 312  }
 313  memset(cell_p,0,x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell));
 314
 315  /* init display */
 316  printfd("debug: init display now ...\n");
 317  display_init(x_cell,y_cell,z_cell,&display,cell_p,&argc,argv);
 318
 319  /* main routine */
 320  printfd("debug: starting main routine ...\n");
 321  for(display.step=0;display.step<steps;display.step++)
 322  {
 323   x=rand_get(x_cell);
 324   y=rand_get(y_cell);
 325   z=rand_get_lgp(slope_nel,start_nel,z_cell);
 326
 327   /* todo */
 328   distrib_c_conc(cell_p,c_dist_c0,c_dist_slope,c_conc,x_cell,y_cell,z_cell);
 329
 330   process_cell(cell_p,x,y,z,x_cell,y_cell,z_cell,a_p_range,a_p_faktor,a_p_p0,&c_conc);
 331
 332   /* display stuff */
 333   if((display.step%display_refresh_rate)==0)
 334    display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 335  }
 336  printfd("debug: main routine finished!\n");
 337
 338  /* display again and listen for events */
 339  display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 340  display_event_init(&display);
 341
 342  while(!quit)
 343  {
 344   display_scan_event(&display,&display_x,&display_y,&display_z,&quit);
 345   display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 346  }
 347
 348  display_release(&display);
 349
 350  return 23;
 351 }