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 u32 gr;
  31 int random_fd; /* /dev/urandom file descriptor */
  32
  33 int usage()
  34 {
  35  puts("usage:");
  36  puts("-h: help");
  37  printf("-a <value> \t slope of nuclear energy loss (default %d)\n",DEFAULT_SLOPE_NEL);
  38  printf("-c <value> \t nuclear enery loss at depths 0 (default %d)\n",DEFAULT_START_NEL);
  39  printf("-x <value> \t # x cells (default %d)\n",DEFAULT_X_SEG);
  40  printf("-y <value> \t # y cells (default %d)\n",DEFAULT_Y_SEG);
  41  printf("-z <value> \t # z cells (default %d)\n",DEFAULT_Z_SEG);
  42  printf("-s <value> \t # steps to calculate (default %d)\n",DEFAULT_STEPS);
  43  puts("-X <value> \t display area intercept point x (default # x celss / 2)");
  44  puts("-Y <value> \t display area intercept point y (default # y cells / 2)");
  45  puts("-Z <value> \t display area intercept point z (default # z cells / 2)");
  46  printf("-d <value> \t refresh every <value> loops (default %d)\n",DEFAULT_DISPLAY_REF_RATE);
  47  printf("-r <value> \t pressure range from amorphous SiCx (default %d)\n",DEFAULT_A_P_RANGE);
  48  printf("-f <value> \t faktor for pressure from amorphous SiCx (default %f)\n",DEFAULT_A_P_FAKTOR);
  49  printf("-p <value> \t p0 for probability of cell getting amorph (default %f)\n",DEFAULT_A_P_P0);
  50  printf("-C <value> \t C start concentration (default %d)\n",DEFAULT_C_DIST_START_CONC);
  51  printf("-S <value> \t slope of linear C distribution (default %d)\n",DEFAULT_C_DIST_SLOPE);
  52  return -23;
  53 }
  54
  55 int make_amorph(cell *cell)
  56 {
  57  cell->status|=AMORPH;
  58  return 23;
  59 }
  60
  61 int make_cryst(cell *cell)
  62 {
  63  cell->status&=~AMORPH;
  64  return 23;
  65 }
  66
  67 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)
  68 {
  69  int i,j;
  70  u32 area,c_area,total,count;
  71  u32 x,y,z,sum_c_z;
  72
  73  total=0;
  74  area=x_max*y_max;
  75  sum_c_z=c_c0*z_max+c_slope*gr;
  76
  77  for(i=0;i<z_max;i++)
  78  {
  79   count=0;
  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) count++;
  84   }
  85   for(j=0;j<area;j++)
  86   {
  87    if(!(cell_p+j+i*area)->status&AMORPH)
  88    {
  89     (cell_p+j+i*area)->conc=c_area/count;
  90     total+=c_area/count;
  91    }
  92   }
  93   j=0;
  94   while(j<c_area%count)
  95   {
  96    x=rand_get(x_max);
  97    y=rand_get(y_max);
  98    if(!(cell_p+x+y*x_max+i*area)->status&AMORPH)
  99    {
 100     (cell_p+x+y*x_max+i*area)->conc+=1;
 101     total++;
 102     j++;
 103    }
 104   }
 105  }
 106  i=0;
 107  while(i<c_conc-total)
 108  {
 109   x=rand_get(x_max);
 110   y=rand_get(y_max);
 111   z=rand_get_lgp(c_slope,c_c0,z_max);
 112   if(!(cell_p+x+y*x_max+z*area)->status&AMORPH)
 113   {
 114    (cell_p+x+y*x_max+z*area)->conc+=1;
 115    i++;
 116   }
 117  }
 118  return 23;
 119 }
 120
 121 /* look at cell ... */
 122 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)
 123 {
 124  cell *this_cell;
 125  int i,j,k;
 126  double pressure;
 127
 128  this_cell=cell_p+x+y*x_max+z*x_max*y_max;
 129  pressure=p0*URAND_2BYTE_MAX;
 130
 131  for(i=-range;i<=range;i++)
 132  {
 133   for(j=-range;j<=range;j++)
 134   {
 135    for(k=-range;k<=range;k++)
 136    {
 137     if(!(i==0 && j==0 && k==0))
 138     {
 139      // 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);
 140      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);
 141     }
 142    }
 143   }
 144  }
 145  pressure*=this_cell->conc;
 146  if(this_cell->status&AMORPH)
 147  {
 148   /* wrong probability! just test by now ...*/
 149   if(rand_get(URAND_2BYTE_MAX)>pressure)
 150   {
 151     make_cryst(this_cell);
 152     *c_conc=*c_conc+1+this_cell->conc;
 153   } else *c_conc+=1;
 154  } else
 155  {
 156   if(rand_get(URAND_2BYTE_MAX)<=pressure)
 157   {
 158    make_amorph(this_cell);
 159    *c_conc=*c_conc+1-this_cell->conc;
 160   } else *c_conc+=1;
 161  }
 162  return 23;
 163 }
 164
 165 int main(int argc,char **argv)
 166 {
 167  u32 x_cell,y_cell,z_cell; /* amount of segments */
 168  u32 x,y,z; /* cells */
 169  int i; /* for counting */
 170  int slope_nel,start_nel; /* nuclear energy loss: slope, constant */
 171  int a_p_range; /* p. range of amorphous sic */
 172  double a_p_faktor,a_p_p0; /* p0 and faktor of amorphous sic */
 173  int c_dist_c0,c_dist_slope; /* c start concentration and linear slope of c distribution */
 174  u32 c_conc;
 175  int steps; /* # steps */
 176  cell *cell_p;
 177  struct __display display;
 178  u32 display_x,display_y,display_z; /* intercept point of diplayed areas */
 179  u32 display_refresh_rate; /* refresh rate for display */
 180  int quit=0; /* continue/quit status */
 181
 182  printfd("debug: sizeof my u32 variable: %d\n",sizeof(u32));
 183  printfd("debug: sizeof my cell struct: %d\n",sizeof(cell));
 184
 185  /* default values */
 186  x_cell=DEFAULT_X_SEG;
 187  y_cell=DEFAULT_Y_SEG;
 188  z_cell=DEFAULT_Z_SEG;
 189  slope_nel=DEFAULT_SLOPE_NEL;
 190  start_nel=DEFAULT_START_NEL;
 191  a_p_range=DEFAULT_A_P_RANGE;
 192  a_p_faktor=DEFAULT_A_P_FAKTOR;
 193  a_p_p0=DEFAULT_A_P_P0;
 194  c_dist_c0=DEFAULT_C_DIST_START_CONC;
 195  c_dist_slope=DEFAULT_C_DIST_SLOPE;
 196  c_conc=DEFAULT_C_C0;
 197  steps=DEFAULT_STEPS;
 198  display_x=x_cell/2;
 199  display_y=y_cell/2;
 200  display_z=z_cell/2;
 201  display_refresh_rate=DEFAULT_DISPLAY_REF_RATE;
 202
 203  /* parse command args */
 204  for(i=1;i<argc;i++)
 205  {
 206   if(argv[i][0]=='-')
 207   {
 208    switch(argv[i][1])
 209    {
 210     case 'h':
 211      usage();
 212      return 23;
 213      break;
 214     case 'a':
 215      slope_nel=atoi(argv[++i]);
 216      break;
 217     case 'c':
 218      start_nel=atoi(argv[++i]);
 219      break;
 220     case 'x':
 221      x_cell=atoi(argv[++i]);
 222      break;
 223     case 'y':
 224      y_cell=atoi(argv[++i]);
 225      break;
 226     case 'z':
 227      z_cell=atoi(argv[++i]);
 228      break;
 229     case 's':
 230      steps=atoi(argv[++i]);
 231      break;
 232     case 'X':
 233      display_x=atoi(argv[++i]);
 234      break;
 235     case 'Y':
 236      display_y=atoi(argv[++i]);
 237      break;
 238     case 'Z':
 239      display_z=atoi(argv[++i]);
 240      break;
 241     case 'd':
 242      display_refresh_rate=atoi(argv[++i]);
 243      break;
 244     case 'r':
 245      a_p_range=atoi(argv[++i]);
 246      break;
 247     case 'f':
 248      a_p_faktor=atof(argv[++i]);
 249      break;
 250     case 'p':
 251      a_p_p0=atof(argv[++i]);
 252      break;
 253     case 'b':
 254      c_conc=atoi(argv[++i]);
 255      break;
 256     case 'C':
 257      c_dist_c0=atoi(argv[++i]);
 258      break;
 259     case 'S':
 260      c_dist_slope=atoi(argv[++i]);
 261      break;
 262     default:
 263      usage();
 264      return -23;
 265    }
 266   } else usage();
 267  }
 268
 269  /* open random fd */
 270  if((random_fd=open("/dev/urandom",O_RDONLY))<0)
 271  {
 272   puts("cannot open /dev/urandom\n");
 273   return -23;
 274  }
 275
 276  /* calculate gr one time! */
 277  gr=0;
 278  for(i=1;i<=z_cell;i++) gr+=i;
 279  printfd("debug: gr = %d\n",gr);
 280
 281  /* allocate random number buffer */
 282  printf("malloc will free %d bytes now ...\n",RAND_BUF_SIZE);
 283  if((rand_buf=(u32 *)malloc(RAND_BUF_SIZE))==NULL)
 284  {
 285   puts("failed allocating memory for random numbers");
 286   return -23;
 287  }
 288  rand_current=rand_buf+RAND_BUF_SIZE;
 289
 290  /* allocate cells */
 291  printf("malloc will free %d bytes now ...\n",x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell));
 292  if((cell_p=(cell *)malloc(x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell)))==NULL)
 293  {
 294   puts("failed allocating memory for cells");
 295   return -23;
 296  }
 297  memset(cell_p,0,x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell));
 298
 299  /* init display */
 300  printfd("debug: init display now ...\n");
 301  display_init(x_cell,y_cell,z_cell,&display,cell_p,&argc,argv);
 302
 303  /* main routine */
 304  printfd("debug: starting main routine ...\n");
 305  for(i=0;i<steps;i++)
 306  {
 307   x=rand_get(x_cell);
 308   y=rand_get(y_cell);
 309   z=rand_get_lgp(slope_nel,start_nel,z_cell);
 310   printfd("x = %u, y = %u, z = %u\n",x,y,z);
 311
 312   /* todo */
 313   distrib_c_conc(cell_p,c_dist_c0,c_dist_slope,c_conc,x_cell,y_cell,z_cell);
 314
 315   // process_cell(cell_p+x+y*x_cell+z*x_cell*y_cell);
 316   process_cell(cell_p,x,y,z,x_cell,y_cell,z_cell,a_p_range,a_p_faktor,a_p_p0,&c_conc);
 317
 318   /* display stuff */
 319   if((i%display_refresh_rate)==0)
 320    display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 321  }
 322  printfd("debug: main routine finished!\n");
 323
 324  /* display again and listen for events */
 325  display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 326  display_event_init(&display);
 327
 328  while(!quit)
 329  {
 330   display_scan_event(&display,&display_x,&display_y,&display_z,&quit);
 331   display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 332  }
 333
 334  display_release(&display);
 335
 336  return 23;
 337 }