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