nlsop.c

   1 /*
   2  * nlsop.c
   3  *
   4  * author: frank zirkelbach (frank.zirkelbach@physik.uni-augsburg.de)
   5  *
   6  * this program tries helping to understand the amorphous depuration
   7  * and recrystallization of SiCx while ion implantation at temperatures
   8  * below 400 degree celsius.
   9  * hopefully the program will simulate the stabilization of the
  10  * selforganizing lamella structure in the observed behaviour.
  11  *
  12  * refs:
  13  *  - J. K. N. Lindner. Habilationsschrift, Universitaet Augsburg.
  14  *  - Maik Haeberlen. Diplomarbeit, Universitaet Augsburg.
  15  *
  16  * Copyright (C) 2004 Frank Zirkelbach
  17  *
  18  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  19  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  20  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  21  * (at your option) any later version.
  22  *
  23  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  24  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  25  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  26  * GNU General Public License for more details.
  27  *
  28  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  29  * along with this program; if not, write to the Free Software
  30  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  31  *
  32  */
  33
  34 #define _GNU_SOURCE
  35 #include <stdio.h>
  36 #include <stdlib.h>
  37 #include <string.h>
  38 #include <sys/types.h>
  39 #include <sys/stat.h>
  40 #include <fcntl.h>
  41 #include <unistd.h>
  42
  43 #include "nlsop.h"
  44
  45 #include "dfbapi.h"
  46 #include "random.h"
  47
  48 #define MAKE_AMORPH(N) *(N)|=AMORPH
  49 #define MAKE_CRYST(N) *(N)&=~AMORPH
  50
  51 int usage(void)
  52 {
  53  puts("usage:");
  54  puts("-h \t\t help");
  55  puts("-n \t\t no user interaction");
  56  puts("-Z \t\t cryst -> amorph c diffusion in z direction");
  57  puts("-i \t\t no cryst to cryst diffusion");
  58  printf("-a <value> \t slope of nuclear energy loss (default %f)\n",A_EL);
  59  printf("-b <value> \t nuclear energy loss offset (default %f)\n",B_EL);
  60  printf("-x <value> \t # x cells (default %d)\n",X);
  61  printf("-y <value> \t # y cells (default %d)\n",Y);
  62  printf("-z <value> \t # z cells (default %d)\n",Z);
  63  printf("-s <value> \t steps (default %d)\n",STEPS);
  64  printf("-d <value> \t refresh display (default %d)\n",REFRESH);
  65  printf("-r <value> \t amorphous influence range (default %d)\n",RANGE);
  66  printf("-f <value> \t pressure = <value> * 1/distance^2 (default %f)\n",A_AP);
  67  printf("-p <value> \t pressure offset (default %f)\n",B_AP);
  68  printf("-F <value> \t proportionality constant between c conc and ability to get amorphous (default %f)\n",A_CP);
  69  printf("-A <value> \t slope of linear c distribution (default %f)\n",A_CD);
  70  printf("-B <value> \t linear c distribution offset (default %f)\n",B_CD);
  71  printf("-D <value> \t diffusion rate from cryst to amorph cells (default %f)\n",DR_AC);
  72  printf("-c <value> \t diffusion rate in cryst cells (default %f)\n",DR_CC);
  73  printf("-e <value> \t do diffusion every <value> steps (default %d)\n",DIFF_RATE);
  74  puts("-g <file> <step> continue simulation from file and step (step > 0)!");
  75  printf("-W <value> \t write every <value> steps to save file (default %d)\n",RESAVE);
  76  puts("-C <file> \t convert file to gnuplot format");
  77  puts("-L <file> \t load from file");
  78  puts("-S <file> \t save to file");
  79  puts("-R <file> \t read from random file");
  80  puts("-P <file> \t specify implantation profile file");
  81  puts("-N <file> \t specify nuclear energy loss profile file");
  82  printf("-H <value> \t collisions per ion in simulation window (default %d)\n",CPI);
  83  puts("-m <value> \t specify c->a carbon saturation");
  84
  85  return 1;
  86 }
  87
  88 int process_cell(d3_lattice *d3_l,u32 x,u32 y,u32 z,info *my_info)
  89 {
  90  unsigned char *thiz;
  91  int *conc;
  92  int i,j;
  93  int off;
  94  double p;
  95
  96  thiz=d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  97  conc=d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  98  p=my_info->b_ap*URAND_MAX;
  99  for(i=-(my_info->range);i<=my_info->range;i++)
 100  {
 101   for(j=-(my_info->range);j<=my_info->range;j++)
 102   {
 103    if(!(i==0 && j==0))
 104    {
 105     off=((x+d3_l->max_x+i)%d3_l->max_x)+((y+d3_l->max_y+j)%d3_l->max_x)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 106     if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) p+=my_info->a_ap*(*(d3_l->extra+off))*URAND_MAX/(i*i+j*j);
 107    }
 108   }
 109  }
 110  p+=*conc*my_info->a_cp*URAND_MAX;
 111  if(!(*thiz&AMORPH))
 112  {
 113   if(get_rand(URAND_MAX)<=p) MAKE_AMORPH(thiz);
 114  } else
 115  {
 116   /* assume 1-p probability */
 117   if(get_rand(URAND_MAX)>p) MAKE_CRYST(thiz);
 118  }
 119
 120  return 1;
 121 }
 122
 123 int distrib_c(d3_lattice *d3_l,info *my_info,int step,double c_ratio,u32 rj_m,u32 *rj_g)
 124 {
 125  u32 x,y,z;
 126  int i,j,k,c;
 127  int offset,off;
 128  int carry;
 129
 130  /* put one c ion somewhere in the lattice */
 131  if(my_info->cc<c_ratio*step)
 132  {
 133   x=get_rand(d3_l->max_x);
 134   y=get_rand(d3_l->max_y);
 135   // printf("nd: %d %d\n",x,y);
 136   // z=get_rand_lgp(d3_l->max_z,my_info->a_cd,my_info->b_cd);
 137   z=get_rand_reject(d3_l->max_z,rj_m,rj_g);
 138   // printf("%d\n",z);
 139   *(d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)+=1;
 140   (my_info->cc)++;
 141  }
 142
 143  if(step%my_info->diff_rate==0)
 144  {
 145
 146  for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 147  {
 148   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 149   {
 150    for(k=0;k<d3_l->max_z;k++)
 151    {
 152     offset=i+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 153     /* case amorph: amorph <- cryst diffusion */
 154     if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH && *(d3_l->extra+offset)<my_info->c_sat)
 155     {
 156      for(c=-1;c<=1;c++)
 157      {
 158       if(c!=0)
 159       {
 160        off=((i+d3_l->max_x+c)%d3_l->max_x)+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 161        carry=0;
 162        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 163        if(carry!=0)
 164        {
 165         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 166         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 167        }
 168       }
 169      }
 170      for(c=-1;c<=1;c++)
 171      {
 172       if(c!=0)
 173       {
 174        off=i+((j+c+d3_l->max_y)%d3_l->max_y)*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 175        carry=0;
 176        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 177        if(carry!=0)
 178        {
 179         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 180         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 181        }
 182       }
 183      }
 184      if(my_info->z_diff)
 185      {
 186       if(k!=0)
 187       {
 188        off=i+j*d3_l->max_x+(k-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 189        carry=0;
 190        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 191        if(carry!=0)
 192        {
 193         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 194         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 195        }
 196       }
 197       if(k!=d3_l->max_z-1)
 198       {
 199        off=i+j*d3_l->max_x+(k+1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 200        carry=0;
 201        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 202        if(carry!=0)
 203        {
 204         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 205         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 206        }
 207       }
 208      }
 209     } else
 210     /* case not amorph: cryst <-> cryst diffusion */
 211     if(my_info->c_diff) {
 212     /* if there is c diff, no diff in z-direction */
 213     {
 214      for(c=-1;c<=1;c++)
 215      {
 216       if(c!=0)
 217       {
 218        off=i+((j+c+d3_l->max_y)%d3_l->max_y)*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 219        carry=0;
 220        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 221        {
 222         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 223         if(carry!=0)
 224         {
 225          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 226          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 227         }
 228        }
 229       }
 230      }
 231      for(c=-1;c<=1;c++)
 232      {
 233       if(c!=0)
 234       {
 235        off=((i+c+d3_l->max_x)%d3_l->max_x)+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 236        carry=0;
 237        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 238        {
 239         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 240         if(carry!=0)
 241         {
 242          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 243          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 244         }
 245        }
 246       }
 247      }
 248     }
 249     /* end test */
 250     }
 251     /* */
 252    } /* for z */
 253   } /* for y */
 254  } /* for x */
 255
 256  } /* if step modulo diff_rate == 0 */
 257
 258  return 1;
 259 }
 260
 261 int calc_pressure(d3_lattice *d3_l,int range)
 262 {
 263  int i,j,off;
 264  double count,max=0;
 265  int x,y,z;
 266
 267  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 268  {
 269   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 270   {
 271    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 272    {
 273     count=0;
 274     for(i=-range;i<=range;i++)
 275     {
 276      for(j=-range;j<=range;j++)
 277      {
 278       if(i!=0 && j!=0)
 279       {
 280        off=((x+d3_l->max_x+i)%d3_l->max_x)+((y+d3_l->max_y+j)%d3_l->max_x)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 281        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 282       }
 283      }
 284     }
 285     if(count>max) max=count;
 286    }
 287   }
 288  }
 289
 290  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 291  {
 292   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 293   {
 294    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 295    {
 296     count=0;
 297     for(i=-range;i<=range;i++)
 298     {
 299      for(j=-range;j<=range;j++)
 300      {
 301       if(i!=0 && j!=0)
 302       {
 303        off=((x+d3_l->max_x+i)%d3_l->max_x)+((y+d3_l->max_y+j)%d3_l->max_x)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 304        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 305       }
 306      }
 307     }
 308     *(unsigned char *)(d3_l->v_ptr+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)=(unsigned char)(count*255/max);
 309    }
 310   }
 311  }
 312
 313  return 1;
 314 }
 315
 316 int calc_max_extra(d3_lattice *d3_l)
 317 {
 318  int x,y,z;
 319  int off,max=0;
 320
 321  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 322  {
 323   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 324   {
 325    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 326    {
 327     off=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 328     if(*(d3_l->extra+off)>max) max=*(d3_l->extra+off);
 329    }
 330   }
 331  }
 332
 333  return max;
 334 }
 335
 336 int write_ac_distr(d3_lattice *d3_l,int ac_distr)
 337 {
 338  int fd,x,y,z;
 339  int count,offset;
 340  char file[16];
 341
 342  if(ac_distr==1) strcpy(file,"a.plot");
 343  if(ac_distr==2) strcpy(file,"c.plot");
 344  if(ac_distr==3) strcpy(file,"b.plot");
 345
 346  if((fd=open(file,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 347  {
 348   puts("cannot open plot file");
 349   return -1;
 350  }
 351
 352  for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 353  {
 354   count=0;
 355   for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 356   {
 357    for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 358    {
 359     offset=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 360     if(ac_distr==1)
 361      if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH) count+=*(d3_l->extra+offset);
 362     if(ac_distr==2)
 363      if(!(*(d3_l->status+offset)&AMORPH)) count+=*(d3_l->extra+offset);
 364     if(ac_distr==3) count+=*(d3_l->extra+offset);
 365    }
 366   }
 367   dprintf(fd,"%d %d\n",z,count);
 368  }
 369  close(fd);
 370
 371  return 1;
 372 }
 373
 374 int write_bmp(d3_lattice *d3_l,int window,u32 x,u32 y,u32 z)
 375 {
 376  int fd,i,j,size=0,foo=0,end=0;
 377  int width=0,height=0;
 378  char bmpfile[MAX_CHARS];
 379  char buf[128];
 380
 381  if(((window==4)||(window==5))&&(d3_l->max_z<FFT_HEIGHT) )
 382  {
 383   puts("error: z < FFT_HEIGHT!");
 384   puts("not writing bmp file ...");
 385   return -1;
 386  }
 387
 388  if(window%3==1)
 389  {
 390   sprintf(bmpfile,"x-z_%d.bmp",y);
 391   foo=3*d3_l->max_x;
 392   if(window==1)
 393   {
 394    size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 395    height=d3_l->max_z;
 396   }
 397   else
 398   {
 399    size=(foo+(4-foo%4))*FFT_HEIGHT;
 400    end=d3_l->max_z-FFT_HEIGHT;
 401    height=FFT_HEIGHT;
 402   }
 403   width=d3_l->max_x;
 404  }
 405  if(window%3==2)
 406  {
 407   sprintf(bmpfile,"y-z_%d.bmp",x);
 408   foo=3*d3_l->max_y;
 409   if(window==2)
 410   {
 411    size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 412    height=d3_l->max_z;
 413   }
 414   else
 415   {
 416    size=(foo+(4-foo%4))*FFT_HEIGHT;
 417    end=d3_l->max_z-FFT_HEIGHT;
 418    height=FFT_HEIGHT;
 419   }
 420   width=d3_l->max_y;
 421  }
 422  if(window==3)
 423  {
 424   sprintf(bmpfile,"x-y_%d.bmp",z);
 425   foo=3*d3_l->max_x;
 426   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_y;
 427   width=d3_l->max_x;
 428   height=d3_l->max_y;
 429  }
 430
 431  if((fd=open(bmpfile,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 432  {
 433   puts("cannot open bmp file");
 434   return -1;
 435  }
 436
 437  /* bmpheader */
 438  buf[0]='B'; /* std header start */
 439  buf[1]='M';
 440  buf[2]=(size+0x36)&0xff; /* file size */
 441  buf[3]=(size+0x36)>>8;
 442  memset(buf+4,0,6);
 443  buf[10]=0x36; /* offset to data */
 444  memset(buf+11,0,3);
 445  buf[14]=0x28; /* length of bmp info header */
 446  memset(buf+15,0,3);
 447  buf[18]=width&0xff; /* width and height */
 448  buf[19]=width>>8;
 449  memset(buf+20,0,2);
 450  buf[22]=height&0xff;
 451  buf[23]=height>>8;
 452  memset(buf+24,0,2);
 453  buf[26]=1; /* # planes -> 1 */
 454  buf[27]=0;
 455  buf[28]=24; /* bits per pixel -> 2^24 (true color) */
 456  buf[29]=0;
 457  memset(buf+30,0,4); /* compression -> none */
 458  buf[34]=size&0xff; /* data size */
 459  buf[35]=size>>8;
 460  memset(buf+36,0,2);
 461  buf[38]=0x12; /* res: pixel/meter */
 462  buf[39]=0x0b;
 463  memset(buf+40,0,2);
 464  buf[42]=0x12;
 465  buf[43]=0x0b;
 466  memset(buf+44,0,2);
 467  memset(buf+46,0,8); /* no colors, no important colors */
 468
 469  if(write(fd,buf,54)<54)
 470  {
 471   puts("failed writing bmp header");
 472   return -1;
 473  }
 474  if(window%3==1)
 475  {
 476   for(j=0;j<d3_l->max_z-end;j++)
 477   {
 478    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 479    {
 480     if(*(d3_l->status+i+y*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&RED) memset(buf,0xff,3);
 481     else memset(buf,0,3);
 482     if(write(fd,buf,3)<3)
 483     {
 484      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 485      return-1;
 486     }
 487    }
 488    if(foo%4)
 489    {
 490     memset(buf,0,4-foo%4);
 491     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 492     {
 493      puts("failed writing 4 byte ending");
 494      return -1;
 495     }
 496    }
 497   }
 498  }
 499  if(window%3==2)
 500  {
 501   for(j=0;j<d3_l->max_z-end;j++)
 502   {
 503    for(i=0;i<d3_l->max_y;i++)
 504    {
 505     if(*(d3_l->status+x+i*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&RED) memset(buf,0xff,3);
 506     else memset(buf,0,3);
 507     if(write(fd,buf,3)<3)
 508     {
 509      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 510      return-1;
 511     }
 512    }
 513    if(foo%4)
 514    {
 515     memset(buf,0,4-foo%4);
 516     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 517     {
 518      puts("failed writing 4 byte ending");
 519      return -1;
 520     }
 521    }
 522   }
 523  }
 524  if(window==3)
 525  {
 526   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 527   {
 528    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 529    {
 530     if(*(d3_l->status+i+(d3_l->max_y-j-1)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&RED) memset(buf,0xff,3);
 531     else memset(buf,0,3);
 532     if(write(fd,buf,3)<3)
 533     {
 534      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 535      return -1;
 536     }
 537    }
 538    if(foo%4)
 539    {
 540     memset(buf,0,4-foo%4);
 541     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 542     {
 543      puts("failed writing 4 byte ending");
 544      return -1;
 545     }
 546    }
 547   }
 548  }
 549  close(fd);
 550
 551  return 1;
 552 }
 553
 554 int save_to_file(char *sf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 555 {
 556  int sf_fd,c;
 557
 558  if((sf_fd=open(sf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 559  {
 560   puts("cannot open save file");
 561   return -1;
 562  }
 563  if(write(sf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 564  {
 565   puts("failed saving d3 lattice struct");
 566   return -1;
 567  }
 568  if(write(sf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 569  {
 570   puts("failed saving info struct");
 571   return-1;
 572  }
 573  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 574  if(write(sf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 575  {
 576   puts("failed saving status of d3 lattice sites");
 577   return -1;
 578  }
 579  if(write(sf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 580  {
 581   puts("failed saving sites concentration");
 582   return -1;
 583  }
 584  close(sf_fd);
 585
 586  return 1;
 587 }
 588
 589 int load_from_file(char *lf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 590 {
 591  int lf_fd,c;
 592
 593  if((lf_fd=open(lf,O_RDONLY))<0)
 594  {
 595   puts("cannot open load file");
 596   return -1;
 597  }
 598  if(read(lf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 599  {
 600   puts("failed reading d3 lattice struct");
 601   return -1;
 602  }
 603  if(read(lf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 604  {
 605   puts("failed reading info struct");
 606   return-1;
 607  }
 608  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 609  if((d3_l->status=(unsigned char*)malloc(c*sizeof(unsigned char)))==NULL)
 610  {
 611   puts("cannot allocate status buffer");
 612   return -1;
 613  }
 614  if((d3_l->extra=(int *)malloc(c*sizeof(int)))==NULL)
 615  {
 616   puts("cannot allocate concentration buffer");
 617   return -1;
 618  }
 619  if(read(lf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 620  {
 621   puts("failed reading status of d3 lattice sites");
 622   return -1;
 623  }
 624  if(read(lf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 625  {
 626   puts("failed reading sites concentration");
 627   return -1;
 628  }
 629  close(lf_fd);
 630
 631  return 1;
 632 }
 633
 634 int convert_file(char *cf,d3_lattice *d3_l)
 635 {
 636  int x,y,z;
 637  int c_fd;
 638
 639  if((c_fd=open(cf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 640  {
 641   puts("cannot open convert file");
 642   return -1;
 643  }
 644  dprintf(c_fd,"# created by nlsop (gnuplot format)\n");
 645  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 646  {
 647   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 648   {
 649    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 650    {
 651     if(*(d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH) dprintf(c_fd,"%d %d %d\n",x,y,z);
 652    }
 653   }
 654  }
 655  close(c_fd);
 656
 657  return 1;
 658 }
 659
 660 int get_c_ratio(double *c_ratio,char *pfile,info *my_info,d3_lattice *d3_l)
 661 {
 662  double all,a,b,d;
 663  int i,k;
 664  int p_fd;
 665  unsigned char buf[32];
 666  char *p;
 667  unsigned char c;
 668
 669  if((p_fd=open(pfile,O_RDONLY))<0)
 670  {
 671   puts("cannot open profile file");
 672   return -1;
 673  }
 674  k=1;
 675  d=0;
 676  all=0;
 677  while(k)
 678  {
 679   for(i=0;i<32;i++)
 680   {
 681    k=read(p_fd,&c,1);
 682    buf[i]=c;
 683    if(c=='\n') break;
 684   }
 685   if(k)
 686   {
 687    p=strtok(buf," ");
 688    a=atof(p)/10; /* nm */
 689    p=strtok(NULL," ");
 690    b=atof(p);
 691    if(a>my_info->b_cd*CELL_LENGTH && a<(my_info->b_cd+d3_l->max_z)*CELL_LENGTH) d+=b;
 692    all+=b;
 693   }
 694  }
 695  *c_ratio=d/all;
 696  close(p_fd);
 697
 698  return 1;
 699 }
 700
 701 u32 get_reject_graph(info *my_info,d3_lattice *d3_l,char *file,u32 *graph) {
 702  double a,b;
 703  int i,j,k;
 704  int fd;
 705  char buf[32],*p;
 706  unsigned char *flag;
 707  u32 max;
 708
 709  max=0;
 710  if((fd=open(file,O_RDONLY))<0)
 711  {
 712   puts("cannot open file to calculate rejection graph");
 713   return -1;
 714  }
 715  if((flag=(unsigned char *)malloc(d3_l->max_z))==NULL)
 716  {
 717   puts("cannot malloc flag memory for rejection graph");
 718   return -1;
 719  }
 720  memset(flag,0,d3_l->max_z);
 721  memset(graph,0,d3_l->max_z*sizeof(u32));
 722  /* get fixpoints */
 723  k=1;
 724  while(k)
 725  {
 726   for(i=0;i<32;i++)
 727   {
 728    k=read(fd,&buf[i],1);
 729    if((buf[i]=='\n')||(k==0)) break;
 730   }
 731   if(k)
 732   {
 733    p=strtok(buf," ");
 734    a=atof(p)/10; /* nm */
 735    p=strtok(NULL," ");
 736    b=atof(p);
 737    if(a>d3_l->max_z*CELL_LENGTH) k=0;
 738    else
 739    {
 740     graph[(int)(a/CELL_LENGTH)]=(int)(URAND_MAX*b);
 741     flag[(int)(a/CELL_LENGTH)]=1;
 742    }
 743   }
 744  }
 745  /* do (linear) interpolation here! */
 746  i=0;
 747  a=0;
 748  while(i<d3_l->max_z)
 749  {
 750   /* graph[0] is 0! */
 751   j=i;
 752   i++;
 753   while(flag[i]==0&&i<d3_l->max_z) i++;
 754   for(k=j+1;k<i;k++) graph[k]=(int)((k-j)*((int)graph[i]-(int)graph[j])/(i-j))+graph[j];
 755   if(graph[i]>max) max=graph[i];
 756  }
 757
 758  free(flag);
 759
 760  // printf("debug: (interpolated c profile)\n");
 761  // for(i=0;i<d3_l->max_z;i++) printf("%d %d\n",i,graph[i]);
 762
 763  return max;
 764 }
 765
 766 int main(int argc,char **argv)
 767 {
 768  u32 x,y,z,x_c,y_c,z_c;
 769  int i,j,quit,escape,switchmode,nowait,bmp,ac_distr;
 770  int refresh,resave;
 771  int c_step;
 772  char s_file[MAX_CHARS];
 773  char s_file_tmp[MAX_CHARS];
 774  char l_file[MAX_CHARS];
 775  char c_file[MAX_CHARS];
 776  char p_file[MAX_CHARS];
 777  char n_e_file[MAX_CHARS];
 778  char convert;
 779  char r_file[MAX_CHARS];
 780 #ifdef USE_DFB_API
 781  char xyz_txt[MAX_TXT];
 782  char status_txt[MAX_TXT];
 783  char conc_txt[MAX_TXT];
 784  char steps_txt[MAX_TXT];
 785  char cc_txt[MAX_TXT];
 786  char a_txt[MAX_TXT];
 787  char s_txt[MAX_TXT];
 788  char ap_txt[MAX_TXT];
 789  char el_txt[MAX_TXT];
 790  char cd_txt[MAX_TXT];
 791  char r_txt[MAX_TXT];
 792  char cp_txt[MAX_TXT];
 793  char zdiff_txt[MAX_TXT];
 794  char diff_txt[MAX_TXT];
 795  char dr_ac_txt[MAX_TXT];
 796  char dr_cc_txt[MAX_TXT];
 797  char dose_txt[MAX_TXT];
 798  char mode_txt[MAX_TXT];
 799  char *arg_v[MAX_ARGV];
 800 #endif
 801  d3_lattice d3_l;
 802  info my_info;
 803  unsigned char mode;
 804  double c_ratio;
 805 #ifdef USE_DFB_API
 806  int max_extra;
 807 #endif
 808  u32 *c_profile;
 809  u32 *n_e_loss;
 810  u32 ne_max,ip_max;
 811
 812  d3_l.max_x=X;
 813  d3_l.max_y=Y;
 814  d3_l.max_z=Z;
 815  my_info.steps=STEPS;
 816  my_info.range=RANGE;
 817  refresh=REFRESH;
 818  resave=RESAVE;
 819  my_info.z_diff=0;
 820  my_info.c_diff=1;
 821  my_info.a_el=A_EL;
 822  my_info.b_el=B_EL;
 823  my_info.a_cd=A_CD;
 824  my_info.b_cd=B_CD;
 825  my_info.a_ap=A_AP;
 826  my_info.b_ap=B_AP;
 827  my_info.a_cp=A_CP;
 828  my_info.cc=CC;
 829  my_info.dr_ac=DR_AC;
 830  my_info.dr_cc=DR_CC;
 831  my_info.diff_rate=DIFF_RATE;
 832  my_info.cpi=CPI;
 833  my_info.c_sat=C_SAT;
 834  nowait=0;
 835  quit=0;
 836  escape=0;
 837  switchmode=0;
 838  c_step=0;
 839  strcpy(s_file,"");
 840  strcpy(l_file,"");
 841  strcpy(c_file,"");
 842  strcpy(p_file,IMP_PROFILE);
 843  strcpy(n_e_file,NEL_PROFILE);
 844  convert=0;
 845  strcpy(r_file,"");
 846  mode=0;
 847  ne_max=0;
 848  ip_max=0;
 849
 850  for(i=1;i<argc;i++)
 851  {
 852   if(argv[i][0]=='-')
 853   {
 854    switch(argv[i][1])
 855    {
 856     case 'h':
 857      usage();
 858      return -1;
 859     case 'n':
 860      nowait=1;
 861      break;
 862     case 'a':
 863      my_info.a_el=atof(argv[++i]);
 864      break;
 865     case 'b':
 866      my_info.b_el=atof(argv[++i]);
 867      break;
 868     case 'x':
 869      d3_l.max_x=atoi(argv[++i]);
 870      break;
 871     case 'y':
 872      d3_l.max_y=atoi(argv[++i]);
 873      break;
 874     case 'z':
 875      d3_l.max_z=atoi(argv[++i]);
 876      break;
 877     case 'Z':
 878      my_info.z_diff=1;
 879      break;
 880     case 'i':
 881      my_info.c_diff=0;
 882      my_info.dr_cc=0;
 883      break;
 884     case 's':
 885      my_info.steps=atoi(argv[++i]);
 886      break;
 887     case 'd':
 888      refresh=atoi(argv[++i]);
 889      break;
 890     case 'r':
 891      my_info.range=atoi(argv[++i]);
 892      break;
 893     case 'f':
 894      my_info.a_ap=atof(argv[++i]);
 895      break;
 896     case 'p':
 897      my_info.b_ap=atof(argv[++i]);
 898      break;
 899     case 'F':
 900      my_info.a_cp=atof(argv[++i]);
 901      break;
 902     case 'A':
 903      my_info.a_cd=atof(argv[++i]);
 904      break;
 905     case 'B':
 906      my_info.b_cd=atof(argv[++i]);
 907      break;
 908     case 'W':
 909      resave=atoi(argv[++i]);
 910      break;
 911     case 'C':
 912      strcpy(l_file,argv[++i]);
 913      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') strcpy(c_file,argv[++i]);
 914      convert=1;
 915      break;
 916     case 'D':
 917      my_info.dr_ac=atof(argv[++i]);
 918      break;
 919     case 'c':
 920      my_info.dr_cc=atof(argv[++i]);
 921      break;
 922     case 'e':
 923      my_info.diff_rate=atoi(argv[++i]);
 924      break;
 925     case 'L':
 926      strcpy(l_file,argv[++i]);
 927      break;
 928     case 'S':
 929      strcpy(s_file,argv[++i]);
 930      break;
 931     case 'R':
 932      strcpy(r_file,argv[++i]);
 933      break;
 934     case 'P':
 935      strcpy(p_file,argv[++i]);
 936      break;
 937     case 'N':
 938      strcpy(n_e_file,argv[++i]);
 939      break;
 940     case 'g':
 941      strcpy(l_file,argv[++i]);
 942      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') c_step=atoi(argv[++i]);
 943      break;
 944     case 'H':
 945      my_info.cpi=atoi(argv[++i]);
 946      break;
 947     case 'm':
 948      my_info.c_sat=atoi(argv[++i]);
 949      break;
 950     default:
 951      usage();
 952      return -1;
 953    }
 954   } else usage();
 955  }
 956
 957  x=d3_l.max_x/2-1;
 958  y=d3_l.max_y/2-1;
 959  z=d3_l.max_z/2-1;
 960
 961 #ifdef NODFB
 962  if(!strcmp(s_file,""))
 963  {
 964   puts("NODFB defined, run with -S option");
 965   return -1;
 966  }
 967 #endif
 968
 969  if(!strcmp(r_file,"")) rand_init(NULL);
 970  else rand_init(r_file);
 971
 972  if(!strcmp(l_file,""))
 973  {
 974   i=d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z;
 975 #ifdef USE_DFB_API
 976   d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
 977 #endif
 978   if((d3_l.status=(unsigned char *)malloc(i*sizeof(unsigned char)))==NULL)
 979   {
 980    puts("failed allocating status buffer");
 981    return -1;
 982   }
 983   memset(d3_l.status,0,i*sizeof(unsigned char));
 984   if((d3_l.extra=(int *)malloc(i*sizeof(int)))==NULL)
 985   {
 986    puts("failed allocating concentration buffer");
 987    return -1;
 988   }
 989   memset(d3_l.extra,0,i*sizeof(int));
 990  } else
 991  {
 992   load_from_file(l_file,&d3_l,&my_info);
 993   if(convert)
 994   {
 995    if(!strcmp(c_file,"")) sprintf(c_file,"%s_gnuplot",l_file);
 996    printf("converting file %s to %s\n",l_file,c_file);
 997    convert_file(c_file,&d3_l);
 998    puts("done");
 999    return 1;
1000   }
1001 #ifdef USE_DFB_API
1002   else d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
1003 #endif
1004  }
1005
1006 #ifdef USE_DFB_API
1007  d3_event_init(&d3_l);
1008 #endif
1009
1010 #ifdef USE_DFB_API
1011  strcpy(a_txt,"args:");
1012  sprintf(s_txt,"steps: %d",my_info.steps);
1013  sprintf(dose_txt,"dose: %.2fe+17 C/cm²",my_info.steps*1.0/(d3_l.max_x*d3_l.max_y*CELL_LENGTH*CELL_LENGTH*1000));
1014  sprintf(r_txt,"pressure range: %d",my_info.range);
1015  sprintf(ap_txt,"a_ap: %f  b_ap: %f",my_info.a_ap,my_info.b_ap);
1016  sprintf(el_txt,"a_el: %f  b_el: %f",my_info.a_el,my_info.b_el);
1017  sprintf(cd_txt,"a_cd: %f  b_cd: %f",my_info.a_cd,my_info.b_cd);
1018  sprintf(cp_txt,"a_cp: %f",my_info.a_cp);
1019  sprintf(dr_ac_txt,"a/c diffusion rate: %f",my_info.dr_ac);
1020  if(my_info.c_diff!=0) sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: %f",my_info.dr_cc);
1021  else sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: none");
1022  sprintf(zdiff_txt,"diffusion in z direction: %c",my_info.z_diff?'y':'n');
1023  sprintf(diff_txt,"diffusion every %d steps",my_info.diff_rate);
1024  strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1025  arg_v[1]=xyz_txt;
1026  arg_v[2]=NULL;
1027  arg_v[3]=status_txt;
1028  arg_v[4]=conc_txt;
1029  arg_v[5]=NULL;
1030  arg_v[6]=mode_txt;
1031  arg_v[7]=NULL;
1032  arg_v[8]=steps_txt;
1033  arg_v[9]=cc_txt;
1034  arg_v[10]=NULL;
1035  arg_v[11]=diff_txt;
1036  arg_v[12]=zdiff_txt;
1037  arg_v[13]=NULL;
1038  arg_v[14]=a_txt;
1039  arg_v[15]=s_txt;
1040  arg_v[16]=dose_txt;
1041  arg_v[17]=NULL;
1042  arg_v[18]=r_txt;
1043  arg_v[19]=ap_txt;
1044  arg_v[20]=el_txt;
1045  arg_v[21]=cd_txt;
1046  arg_v[22]=cp_txt;
1047  arg_v[23]=NULL;
1048  arg_v[24]=dr_ac_txt;
1049  arg_v[25]=dr_cc_txt;
1050 #endif
1051
1052  if((!strcmp(l_file,""))||(c_step))
1053  {
1054   /* calculate ratio of c_simwindow / c_total */
1055   if(get_c_ratio(&c_ratio,p_file,&my_info,&d3_l)!=1)
1056   {
1057    puts("failed calculating ratio");
1058    return -1;
1059   }
1060   /* compute graphs for random number rejection method */
1061   if((c_profile=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1062   {
1063    puts("failed allocating memory for carbon profile graph");
1064    return -1;
1065   }
1066   if((n_e_loss=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1067   {
1068    puts("failed allocating memory for nuclear energy loss graph");
1069    return -1;
1070   }
1071   ip_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,p_file,c_profile);
1072   ne_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,n_e_file,n_e_loss);
1073
1074 #ifdef DEBUG_RAND
1075  while(1)
1076  {
1077 #ifdef DEBUG_CP
1078   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ip_max,c_profile));
1079 #endif
1080 #ifdef DEBUG_NEL
1081   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss));
1082 #endif
1083  }
1084 #endif
1085
1086   i=(c_step?c_step:0);
1087   while((i<my_info.steps) && (quit==0) && (escape==0))
1088   {
1089    for(j=0;j<my_info.cpi;j++)
1090    {
1091     x_c=get_rand(d3_l.max_x);
1092     y_c=get_rand(d3_l.max_y);
1093     // z_c=get_rand_lgp(d3_l.max_z,my_info.a_el,my_info.b_el);
1094     z_c=get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss);
1095     process_cell(&d3_l,x_c,y_c,z_c,&my_info);
1096    }
1097    distrib_c(&d3_l,&my_info,i,c_ratio,ip_max,c_profile);
1098 #ifdef USE_DFB_API
1099    if(i%refresh==0)
1100    {
1101     sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1102     sprintf(status_txt,"status: %c",(*(d3_l.status+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y)&AMORPH)?'a':'c');
1103     sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1104     sprintf(steps_txt,"step: %d",i);
1105     sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1106     d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,0);
1107    }
1108 #endif
1109    if(i%resave==0 && strcmp(s_file,"") && resave!=0 && i!=0)
1110    {
1111     sprintf(s_file_tmp,"%s_%d_of_%d",s_file,i,my_info.steps);
1112     save_to_file(s_file_tmp,&d3_l,&my_info);
1113 #ifdef NODFB
1114     printf("saved %s\n",s_file_tmp);
1115 #endif
1116    }
1117    i++;
1118   }
1119  }
1120
1121  if(strcmp(s_file,""))
1122  {
1123    printf("saved %s\n",s_file);
1124    save_to_file(s_file,&d3_l,&my_info);
1125  }
1126
1127 #ifdef USE_DFB_API
1128  /* allocating buffer for pressure values */
1129  if((d3_l.v_ptr=malloc(d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1130  {
1131   puts("cannot allocate buffer for pressure values");
1132   return -1;
1133  }
1134  /* calc values */
1135  calc_pressure(&d3_l,my_info.range);
1136  max_extra=calc_max_extra(&d3_l);
1137
1138  while((quit==0) && (escape==0) && (nowait==0))
1139  {
1140   /* bahh! */
1141   if(switchmode==0) mode=0;
1142   if(switchmode==1) mode=1;
1143   if(switchmode==2) mode=2;
1144   /* end of bahh! */
1145   sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1146   sprintf(status_txt,"status: %c",(*(d3_l.status+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y)&AMORPH)?'a':'c');
1147   sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1148   sprintf(steps_txt,"step: end");
1149   sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1150   if(switchmode==0) strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1151   if(switchmode==1) strcpy(mode_txt,"view: c conc mode");
1152   if(switchmode==2) strcpy(mode_txt,"view: a pressure mode");
1153   d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,max_extra);
1154   bmp=0;
1155   ac_distr=0;
1156   scan_event(&d3_l,&x,&y,&z,&quit,&escape,&switchmode,&bmp,&ac_distr);
1157   if(bmp) write_bmp(&d3_l,bmp,x,y,z);
1158   if(ac_distr) write_ac_distr(&d3_l,ac_distr);
1159  }
1160
1161  d3_lattice_release(&d3_l);
1162 #endif
1163
1164  return 1;
1165 }