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 gr;
  30 int random_fd; /* /dev/urandom file descriptor */
  31
  32 int usage()
  33 {
  34  puts("usage:");
  35  puts("-h: help");
  36  printf("-a <value> \t slope of nuclear energy loss (default %d)\n",DEFAULT_SLOPE_NEL);
  37  printf("-c <value> \t nuclear enery loss at depths 0 (default %d)\n",DEFAULT_START_NEL);
  38  printf("-x <value> \t # x cells (default %d)\n",DEFAULT_X_SEG);
  39  printf("-y <value> \t # y cells (default %d)\n",DEFAULT_Y_SEG);
  40  printf("-z <value> \t # z cells (default %d)\n",DEFAULT_Z_SEG);
  41  printf("-s <value> \t # steps to calculate (default %d)\n",DEFAULT_STEPS);
  42  puts("-X <value> \t display area intercept point x (default # x celss / 2)");
  43  puts("-Y <value> \t display area intercept point y (default # y cells / 2)");
  44  puts("-Z <value> \t display area intercept point z (default # z cells / 2)");
  45  printf("-d <value> \t refresh every <value> loops (default %d)\n",DEFAULT_DISPLAY_REF_RATE);
  46  printf("-r <value> \t pressure range from amorphous SiCx (default %d)\n",DEFAULT_A_P_RANGE);
  47  printf("-f <value> \t faktor for pressure from amorphous SiCx (default %f)\n",DEFAULT_A_P_FAKTOR);
  48  printf("-p <value> \t p0 for probability of cell getting amorph (default %f)\n",DEFAULT_A_P_P0);
  49  printf("-C <value> \t C start concentration (default %d)\n",DEFAULT_C_DIST_START_CONC);
  50  printf("-S <value> \t slope of linear C distribution (default %d)\n",DEFAULT_C_DIST_SLOPE);
  51  return -23;
  52 }
  53
  54 int make_amorph(cell *cell)
  55 {
  56  cell->status|=AMORPH;
  57  return 23;
  58 }
  59
  60 int make_cryst(cell *cell)
  61 {
  62  cell->status&=~AMORPH;
  63  return 23;
  64 }
  65
  66 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)
  67 {
  68  /* cryst. c to distribute */
  69
  70  int i,j;
  71  u32 area,c_area,total;
  72  u32 x,y,z,sum_c_z;
  73
  74  total=0;
  75  area=x_max*y_max;
  76  sum_c_z=c_c0*z_max+c_slope*gr;
  77
  78  for(i=0;i<z_max;i++)
  79  {
  80   c_area=(c_conc*(c_c0+(i+1)*c_slope))/sum_c_z;
  81   for(j=0;j<area;j++)
  82   {
  83    if(!(cell_p+j+i*area)->status&AMORPH)
  84    {
  85     (cell_p+j+i*area)->conc=c_area/area;
  86     total+=c_area/area;
  87    }
  88   }
  89   j=0;
  90   while(j<c_area%area)
  91   {
  92    x=rand_get(x_max);
  93    y=rand_get(y_max);
  94    if(!(cell_p+x+y*x_max+i*area)->status&AMORPH)
  95    {
  96     (cell_p+x+y*x_max+i*area)->conc+=1;
  97     total++;
  98     j++;
  99    }
 100   }
 101  }
 102  i=0;
 103  while(i<c_conc-total)
 104  {
 105   x=rand_get(x_max);
 106   y=rand_get(y_max);
 107   z=rand_get_lgp(c_slope,c_c0,z_max);
 108   if(!(cell_p+x+y*x_max+z*area)->status&AMORPH)
 109   {
 110    (cell_p+x+y*x_max+z*area)->conc+=1;
 111    i++;
 112   }
 113  }
 114  return 23;
 115 }
 116
 117 /* look at cell ... */
 118 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)
 119 {
 120  cell *this_cell;
 121  int i,j,k;
 122  double pressure;
 123  this_cell=cell_p+x+y*x_max+z*x_max*y_max;
 124  pressure=p0*URAND_2BYTE_MAX;
 125  for(i=-range;i<=range;i++)
 126  {
 127   for(j=-range;j<=range;j++)
 128   {
 129    for(k=-range;k<=range;k++)
 130    {
 131     if(!(i==0 && j==0 && k==0))
 132     {
 133      // 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+=(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)->conc*faktor*URAND_2BYTE_MAX/(i*i+j*j+k*k);
 134      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);
 135     }
 136    }
 137   }
 138  }
 139  if(this_cell->status&AMORPH)
 140  {
 141   /* wrong probability! just test by now ...*/
 142   if(rand_get(URAND_2BYTE_MAX)>pressure)
 143   {
 144     make_cryst(this_cell);
 145     *c_conc=*c_conc+1+this_cell->conc;
 146   } else *c_conc+=1;
 147  } else
 148  {
 149   if(rand_get(URAND_2BYTE_MAX)<=pressure)
 150   {
 151    make_amorph(this_cell);
 152    *c_conc=*c_conc+1-this_cell->conc;
 153   } else *c_conc+=1;
 154  }
 155  return 23;
 156 }
 157
 158 int main(int argc,char **argv)
 159 {
 160  u32 x_cell,y_cell,z_cell; /* amount of segments */
 161  u32 x,y,z; /* cells */
 162  int i; /* for counting */
 163  int slope_nel,start_nel; /* nuclear energy loss: slope, constant */
 164  int a_p_range; /* p. range of amorphous sic */
 165  double a_p_faktor,a_p_p0; /* p0 and faktor of amorphous sic */
 166  int c_dist_c0,c_dist_slope; /* c start concentration and linear slope of c distribution */
 167  u32 c_conc;
 168  int steps; /* # steps */
 169  cell *cell_p;
 170  struct __display display;
 171  u32 display_x,display_y,display_z; /* intercept point of diplayed areas */
 172  u32 display_refresh_rate; /* refresh rate for display */
 173  int quit=0; /* continue/quit status */
 174
 175  printfd("debug: sizeof my u32 variable: %d\n",sizeof(u32));
 176  printfd("debug: sizeof my cell struct: %d\n",sizeof(cell));
 177
 178  /* default values */
 179  x_cell=DEFAULT_X_SEG;
 180  y_cell=DEFAULT_Y_SEG;
 181  z_cell=DEFAULT_Z_SEG;
 182  slope_nel=DEFAULT_SLOPE_NEL;
 183  start_nel=DEFAULT_START_NEL;
 184  a_p_range=DEFAULT_A_P_RANGE;
 185  a_p_faktor=DEFAULT_A_P_FAKTOR;
 186  a_p_p0=DEFAULT_A_P_P0;
 187  c_dist_c0=DEFAULT_C_DIST_START_CONC;
 188  c_dist_slope=DEFAULT_C_DIST_SLOPE;
 189  c_conc=DEFAULT_C_C0;
 190  steps=DEFAULT_STEPS;
 191  display_x=x_cell/2;
 192  display_y=y_cell/2;
 193  display_z=z_cell/2;
 194  display_refresh_rate=DEFAULT_DISPLAY_REF_RATE;
 195
 196  /* parse command args */
 197  for(i=1;i<argc;i++)
 198  {
 199   if(argv[i][0]=='-')
 200   {
 201    switch(argv[i][1])
 202    {
 203     case 'h':
 204      usage();
 205      return 23;
 206      break;
 207     case 'a':
 208      slope_nel=atoi(argv[++i]);
 209      break;
 210     case 'c':
 211      start_nel=atoi(argv[++i]);
 212      break;
 213     case 'x':
 214      x_cell=atoi(argv[++i]);
 215      break;
 216     case 'y':
 217      y_cell=atoi(argv[++i]);
 218      break;
 219     case 'z':
 220      z_cell=atoi(argv[++i]);
 221      break;
 222     case 's':
 223      steps=atoi(argv[++i]);
 224      break;
 225     case 'X':
 226      display_x=atoi(argv[++i]);
 227      break;
 228     case 'Y':
 229      display_y=atoi(argv[++i]);
 230      break;
 231     case 'Z':
 232      display_z=atoi(argv[++i]);
 233      break;
 234     case 'd':
 235      display_refresh_rate=atoi(argv[++i]);
 236      break;
 237     case 'r':
 238      a_p_range=atoi(argv[++i]);
 239      break;
 240     case 'f':
 241      a_p_faktor=atof(argv[++i]);
 242      break;
 243     case 'p':
 244      a_p_p0=atof(argv[++i]);
 245      break;
 246     case 'b':
 247      c_conc=atoi(argv[++i]);
 248      break;
 249     case 'C':
 250      c_dist_c0=atoi(argv[++i]);
 251      break;
 252     case 'S':
 253      c_dist_slope=atoi(argv[++i]);
 254      break;
 255     default:
 256      usage();
 257      return -23;
 258    }
 259   } else usage();
 260  }
 261
 262  /* open random fd */
 263  if((random_fd=open("/dev/urandom",O_RDONLY))<0)
 264  {
 265   puts("cannot open /dev/urandom\n");
 266   return -23;
 267  }
 268
 269  /* calculate gr one time! */
 270  gr=0;
 271  for(i=1;i<=z_cell;i++) gr+=i;
 272  printfd("debug: gr = %d\n",gr);
 273
 274  /* allocate cells */
 275  printf("malloc will free %d bytes now ...\n",x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell));
 276  if((cell_p=(cell *)malloc(x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell)))==NULL)
 277  {
 278   puts("failed allocating memory for cells\n");
 279   return -23;
 280  }
 281  memset(cell_p,0,x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell));
 282
 283  /* init display */
 284  printfd("debug: init display now ...\n");
 285  display_init(x_cell,y_cell,z_cell,&display,cell_p,&argc,argv);
 286
 287  /* main routine */
 288  printfd("debug: starting main routine ...\n");
 289  for(i=0;i<steps;i++)
 290  {
 291   x=rand_get(x_cell);
 292   y=rand_get(y_cell);
 293   z=rand_get_lgp(slope_nel,start_nel,z_cell);
 294
 295   /* todo */
 296   // distrib_c_conc(cell_p,c_dist_c0,c_dist_slope,c_conc,x_cell,y_cell,z_cell);
 297
 298   // process_cell(cell_p+x+y*x_cell+z*x_cell*y_cell);
 299   process_cell(cell_p,x,y,z,x_cell,y_cell,z_cell,a_p_range,a_p_faktor,a_p_p0,&c_conc);
 300
 301   /* display stuff */
 302   if((i%display_refresh_rate)==0)
 303    display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 304  }
 305  printfd("debug: main routine finished!\n");
 306
 307  /* display again and listen for events */
 308  display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 309  display_event_init(&display);
 310
 311  while(!quit)
 312  {
 313   display_scan_event(&display,&display_x,&display_y,&display_z,&quit);
 314   display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 315  }
 316
 317  display_release(&display);
 318
 319  return 23;
 320 }