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("-x <value> \t # x cells (default %d)\n",X);
  59  printf("-y <value> \t # y cells (default %d)\n",Y);
  60  printf("-z <value> \t # z cells (default %d)\n",Z);
  61  printf("-s <value> \t steps (default %d)\n",STEPS);
  62  printf("-d <value> \t refresh display (default %d)\n",REFRESH);
  63  printf("-r <value> \t amorphous influence range (default %d)\n",RANGE);
  64  printf("-f <value> \t pressure = <value> * 1/distance^2 (default %f)\n",A_AP);
  65  printf("-p <value> \t pressure offset (default %f)\n",B_AP);
  66  printf("-F <value> \t proportionality constant between c conc and ability to get amorphous (default %f)\n",A_CP);
  67  printf("-D <value> \t diffusion rate from cryst to amorph cells (default %f)\n",DR_AC);
  68  printf("-c <value> \t diffusion rate in cryst cells (default %f)\n",DR_CC);
  69  printf("-e <value> \t do diffusion every <value> steps (default %d)\n",DIFF_RATE);
  70  puts("-g <file> <step> continue simulation from file and step (step > 0)!");
  71  printf("-W <value> \t write every <value> steps to save file (default %d)\n",RESAVE);
  72  puts("-C <file> \t convert file to gnuplot format");
  73  puts("-L <file> \t load from file");
  74  puts("-S <file> \t save to file");
  75  puts("-R <file> \t read from random file");
  76  puts("-P <file> \t specify implantation profile file");
  77  puts("-N <file> \t specify nuclear energy loss profile file");
  78  printf("-H <value> \t collisions per ion in simulation window (default %d)\n",CPI);
  79  puts("-m <value> \t specify c->a carbon saturation");
  80
  81  return 1;
  82 }
  83
  84 int process_cell(d3_lattice *d3_l,u32 x,u32 y,u32 z,info *my_info,u32 nel_z)
  85 {
  86  unsigned char *thiz;
  87  int *conc;
  88  int i,j;
  89  int off;
  90  double p;
  91
  92  thiz=d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  93  conc=d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  94  p=my_info->b_ap*URAND_MAX*nel_z;
  95  for(i=-(my_info->range);i<=my_info->range;i++)
  96  {
  97   for(j=-(my_info->range);j<=my_info->range;j++)
  98   {
  99    if(!(i==0 && j==0))
 100    {
 101     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;
 102     if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) p+=my_info->a_ap*(*(d3_l->extra+off))*URAND_MAX/(i*i+j*j);
 103    }
 104   }
 105  }
 106  p+=*conc*my_info->a_cp*URAND_MAX;
 107  if(!(*thiz&AMORPH))
 108  {
 109   if(get_rand(URAND_MAX)<=p) MAKE_AMORPH(thiz);
 110  } else
 111  {
 112   /* assume 1-p probability */
 113   if(get_rand(URAND_MAX)>p) MAKE_CRYST(thiz);
 114  }
 115
 116  return 1;
 117 }
 118
 119 int distrib_c(d3_lattice *d3_l,info *my_info,int step,double c_ratio,u32 rj_m,u32 *rj_g)
 120 {
 121  u32 x,y,z;
 122  int i,j,k,c;
 123  int offset,off;
 124  int carry;
 125
 126  /* put one c ion somewhere in the lattice */
 127  if(my_info->cc<c_ratio*step)
 128  {
 129   x=get_rand(d3_l->max_x);
 130   y=get_rand(d3_l->max_y);
 131   z=get_rand_reject(d3_l->max_z,rj_m,rj_g);
 132   *(d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)+=1;
 133   (my_info->cc)++;
 134  }
 135
 136  if(step%my_info->diff_rate==0)
 137  {
 138
 139  for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 140  {
 141   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 142   {
 143    for(k=0;k<d3_l->max_z;k++)
 144    {
 145     offset=i+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 146     /* case amorph: amorph <- cryst diffusion */
 147     if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH && *(d3_l->extra+offset)<my_info->c_sat)
 148     {
 149      for(c=-1;c<=1;c++)
 150      {
 151       if(c!=0)
 152       {
 153        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;
 154        carry=0;
 155        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 156        if(carry!=0)
 157        {
 158         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 159         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 160        }
 161       }
 162      }
 163      for(c=-1;c<=1;c++)
 164      {
 165       if(c!=0)
 166       {
 167        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;
 168        carry=0;
 169        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 170        if(carry!=0)
 171        {
 172         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 173         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 174        }
 175       }
 176      }
 177      if(my_info->z_diff)
 178      {
 179       if(k!=0)
 180       {
 181        off=i+j*d3_l->max_x+(k-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 182        carry=0;
 183        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 184        if(carry!=0)
 185        {
 186         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 187         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 188        }
 189       }
 190       if(k!=d3_l->max_z-1)
 191       {
 192        off=i+j*d3_l->max_x+(k+1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 193        carry=0;
 194        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 195        if(carry!=0)
 196        {
 197         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 198         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 199        }
 200       }
 201      }
 202     } else
 203     /* case not amorph: cryst <-> cryst diffusion */
 204     if(my_info->c_diff) {
 205     /* if there is c diff, no diff in z-direction */
 206     {
 207      for(c=-1;c<=1;c++)
 208      {
 209       if(c!=0)
 210       {
 211        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;
 212        carry=0;
 213        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 214        {
 215         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 216         if(carry!=0)
 217         {
 218          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 219          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 220         }
 221        }
 222       }
 223      }
 224      for(c=-1;c<=1;c++)
 225      {
 226       if(c!=0)
 227       {
 228        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;
 229        carry=0;
 230        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 231        {
 232         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 233         if(carry!=0)
 234         {
 235          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 236          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 237         }
 238        }
 239       }
 240      }
 241     }
 242     /* end test */
 243     }
 244     /* */
 245    } /* for z */
 246   } /* for y */
 247  } /* for x */
 248
 249  } /* if step modulo diff_rate == 0 */
 250
 251  return 1;
 252 }
 253
 254 int calc_pressure(d3_lattice *d3_l,int range)
 255 {
 256  int i,j,off;
 257  double count,max=0;
 258  int x,y,z;
 259
 260  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 261  {
 262   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 263   {
 264    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 265    {
 266     count=0;
 267     for(i=-range;i<=range;i++)
 268     {
 269      for(j=-range;j<=range;j++)
 270      {
 271       if(i!=0 && j!=0)
 272       {
 273        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;
 274        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 275       }
 276      }
 277     }
 278     if(count>max) max=count;
 279    }
 280   }
 281  }
 282
 283  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 284  {
 285   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 286   {
 287    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 288    {
 289     count=0;
 290     for(i=-range;i<=range;i++)
 291     {
 292      for(j=-range;j<=range;j++)
 293      {
 294       if(i!=0 && j!=0)
 295       {
 296        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;
 297        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 298       }
 299      }
 300     }
 301     *(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);
 302    }
 303   }
 304  }
 305
 306  return 1;
 307 }
 308
 309 int calc_max_extra(d3_lattice *d3_l)
 310 {
 311  int x,y,z;
 312  int off,max=0;
 313
 314  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 315  {
 316   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 317   {
 318    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 319    {
 320     off=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 321     if(*(d3_l->extra+off)>max) max=*(d3_l->extra+off);
 322    }
 323   }
 324  }
 325
 326  return max;
 327 }
 328
 329 int write_ac_distr(d3_lattice *d3_l,int ac_distr)
 330 {
 331  int fd,x,y,z;
 332  int count,offset;
 333  char file[16];
 334
 335  if(ac_distr==1) strcpy(file,"a.plot");
 336  if(ac_distr==2) strcpy(file,"c.plot");
 337  if(ac_distr==3) strcpy(file,"b.plot");
 338
 339  if((fd=open(file,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 340  {
 341   puts("cannot open plot file");
 342   return -1;
 343  }
 344
 345  for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 346  {
 347   count=0;
 348   for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 349   {
 350    for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 351    {
 352     offset=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 353     if(ac_distr==1)
 354      if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH) count+=*(d3_l->extra+offset);
 355     if(ac_distr==2)
 356      if(!(*(d3_l->status+offset)&AMORPH)) count+=*(d3_l->extra+offset);
 357     if(ac_distr==3) count+=*(d3_l->extra+offset);
 358    }
 359   }
 360   dprintf(fd,"%d %d\n",z,count);
 361  }
 362  close(fd);
 363
 364  return 1;
 365 }
 366
 367 int write_bmp(d3_lattice *d3_l,int window,u32 x,u32 y,u32 z,int max)
 368 {
 369  int fd,i,j,size=0,foo=0,k,sum;
 370  int width=0,height=0;
 371  char bmpfile[MAX_CHARS];
 372  char buf[128];
 373
 374  if(window==1)
 375  {
 376   sprintf(bmpfile,"x-z_%d.bmp",y);
 377   foo=3*d3_l->max_x;
 378   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 379   height=d3_l->max_z;
 380   width=d3_l->max_x;
 381  }
 382  if(window==2)
 383  {
 384   sprintf(bmpfile,"y-z_%d.bmp",x);
 385   foo=3*d3_l->max_y;
 386   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 387   height=d3_l->max_z;
 388   width=d3_l->max_y;
 389  }
 390  if(window==3)
 391  {
 392   sprintf(bmpfile,"x-y_%d.bmp",z);
 393   foo=3*d3_l->max_x;
 394   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_y;
 395   width=d3_l->max_x;
 396   height=d3_l->max_y;
 397  }
 398  if(window==4)
 399  {
 400   sprintf(bmpfile,"x-z_cdistr_%d.bmp",y);
 401   foo=3*d3_l->max_x;
 402   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 403   height=d3_l->max_z;
 404   width=d3_l->max_x;
 405  }
 406  if(window==5)
 407  {
 408   sprintf(bmpfile,"y-z_cdistr_%d.bmp",x);
 409   foo=3*d3_l->max_y;
 410   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 411   height=d3_l->max_z;
 412   width=d3_l->max_y;
 413  }
 414  if(window==6)
 415  {
 416   sprintf(bmpfile,"x-y_cdistr_%d.bmp",z);
 417   foo=3*d3_l->max_x;
 418   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_y;
 419   width=d3_l->max_x;
 420   height=d3_l->max_y;
 421  }
 422
 423  if((fd=open(bmpfile,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 424  {
 425   puts("cannot open bmp file");
 426   return -1;
 427  }
 428
 429  /* bmpheader */
 430  buf[0]='B'; /* std header start */
 431  buf[1]='M';
 432  buf[2]=(size+0x36)&0xff; /* file size */
 433  buf[3]=(size+0x36)>>8;
 434  memset(buf+4,0,6);
 435  buf[10]=0x36; /* offset to data */
 436  memset(buf+11,0,3);
 437  buf[14]=0x28; /* length of bmp info header */
 438  memset(buf+15,0,3);
 439  buf[18]=width&0xff; /* width and height */
 440  buf[19]=width>>8;
 441  memset(buf+20,0,2);
 442  buf[22]=height&0xff;
 443  buf[23]=height>>8;
 444  memset(buf+24,0,2);
 445  buf[26]=1; /* # planes -> 1 */
 446  buf[27]=0;
 447  buf[28]=24; /* bits per pixel -> 2^24 (true color) */
 448  buf[29]=0;
 449  memset(buf+30,0,4); /* compression -> none */
 450  buf[34]=size&0xff; /* data size */
 451  buf[35]=size>>8;
 452  memset(buf+36,0,2);
 453  buf[38]=0x12; /* res: pixel/meter */
 454  buf[39]=0x0b;
 455  memset(buf+40,0,2);
 456  buf[42]=0x12;
 457  buf[43]=0x0b;
 458  memset(buf+44,0,2);
 459  memset(buf+46,0,8); /* no colors, no important colors */
 460
 461  if(write(fd,buf,54)<54)
 462  {
 463   puts("failed writing bmp header");
 464   return -1;
 465  }
 466  if(window==1)
 467  {
 468   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 469   {
 470    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 471    {
 472     sum=0;
 473     for(k=-2;k<=2;k++)
 474      if(*(d3_l->status+i+(((y+k+d3_l->max_y)%d3_l->max_y)*d3_l->max_x)+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&RED) sum+=0xff;
 475     sum/=5;
 476     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 477     if(write(fd,buf,3)<3)
 478     {
 479      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 480      return-1;
 481     }
 482    }
 483    if(foo%4)
 484    {
 485     memset(buf,0,4-foo%4);
 486     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 487     {
 488      puts("failed writing 4 byte ending");
 489      return -1;
 490     }
 491    }
 492   }
 493  }
 494  if(window==2)
 495  {
 496   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 497   {
 498    for(i=0;i<d3_l->max_y;i++)
 499    {
 500     sum=0;
 501     for(k=-2;k<=2;k++)
 502      if(*(d3_l->status+((x+k+d3_l->max_x)%d3_l->max_x)+i*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&RED) sum+=0xff;
 503     sum/=5;
 504     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 505     if(write(fd,buf,3)<3)
 506     {
 507      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 508      return-1;
 509     }
 510    }
 511    if(foo%4)
 512    {
 513     memset(buf,0,4-foo%4);
 514     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 515     {
 516      puts("failed writing 4 byte ending");
 517      return -1;
 518     }
 519    }
 520   }
 521  }
 522  if(window==3)
 523  {
 524   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 525   {
 526    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 527    {
 528     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);
 529     else memset(buf,0,3);
 530     if(write(fd,buf,3)<3)
 531     {
 532      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 533      return -1;
 534     }
 535    }
 536    if(foo%4)
 537    {
 538     memset(buf,0,4-foo%4);
 539     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 540     {
 541      puts("failed writing 4 byte ending");
 542      return -1;
 543     }
 544    }
 545   }
 546  }
 547  if(window==4)
 548  {
 549   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 550   {
 551    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 552    {
 553     sum=*(d3_l->extra+i+y*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 554     sum=sum*255/max;
 555     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 556     if(write(fd,buf,3)<3)
 557     {
 558      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 559      return-1;
 560     }
 561    }
 562    if(foo%4)
 563    {
 564     memset(buf,0,4-foo%4);
 565     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 566     {
 567      puts("failed writing 4 byte ending");
 568      return -1;
 569     }
 570    }
 571   }
 572  }
 573  if(window==5)
 574  {
 575   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 576   {
 577    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 578    {
 579     sum=*(d3_l->extra+x+i*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 580     sum=sum*255/max;
 581     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 582     if(write(fd,buf,3)<3)
 583     {
 584      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 585      return-1;
 586     }
 587    }
 588    if(foo%4)
 589    {
 590     memset(buf,0,4-foo%4);
 591     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 592     {
 593      puts("failed writing 4 byte ending");
 594      return -1;
 595     }
 596    }
 597   }
 598  }
 599  if(window==6)
 600  {
 601   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 602   {
 603    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 604    {
 605     sum=*(d3_l->extra+i+(d3_l->max_y-j-1)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 606     sum=sum*255/max;
 607     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 608     if(write(fd,buf,3)<3)
 609     {
 610      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 611      return-1;
 612     }
 613    }
 614    if(foo%4)
 615    {
 616     memset(buf,0,4-foo%4);
 617     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 618     {
 619      puts("failed writing 4 byte ending");
 620      return -1;
 621     }
 622    }
 623   }
 624  }
 625  close(fd);
 626
 627  return 1;
 628 }
 629
 630 int save_to_file(char *sf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 631 {
 632  int sf_fd,c;
 633
 634  if((sf_fd=open(sf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 635  {
 636   puts("cannot open save file");
 637   return -1;
 638  }
 639  if(write(sf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 640  {
 641   puts("failed saving d3 lattice struct");
 642   return -1;
 643  }
 644  if(write(sf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 645  {
 646   puts("failed saving info struct");
 647   return-1;
 648  }
 649  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 650  if(write(sf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 651  {
 652   puts("failed saving status of d3 lattice sites");
 653   return -1;
 654  }
 655  if(write(sf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 656  {
 657   puts("failed saving sites concentration");
 658   return -1;
 659  }
 660  close(sf_fd);
 661
 662  return 1;
 663 }
 664
 665 int load_from_file(char *lf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 666 {
 667  int lf_fd,c;
 668
 669  if((lf_fd=open(lf,O_RDONLY))<0)
 670  {
 671   puts("cannot open load file");
 672   return -1;
 673  }
 674  if(read(lf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 675  {
 676   puts("failed reading d3 lattice struct");
 677   return -1;
 678  }
 679  if(read(lf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 680  {
 681   puts("failed reading info struct");
 682   return-1;
 683  }
 684  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 685  if((d3_l->status=(unsigned char*)malloc(c*sizeof(unsigned char)))==NULL)
 686  {
 687   puts("cannot allocate status buffer");
 688   return -1;
 689  }
 690  if((d3_l->extra=(int *)malloc(c*sizeof(int)))==NULL)
 691  {
 692   puts("cannot allocate concentration buffer");
 693   return -1;
 694  }
 695  if(read(lf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 696  {
 697   puts("failed reading status of d3 lattice sites");
 698   return -1;
 699  }
 700  if(read(lf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 701  {
 702   puts("failed reading sites concentration");
 703   return -1;
 704  }
 705  close(lf_fd);
 706
 707  return 1;
 708 }
 709
 710 int convert_file(char *cf,d3_lattice *d3_l)
 711 {
 712  int x,y,z;
 713  int c_fd;
 714
 715  if((c_fd=open(cf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 716  {
 717   puts("cannot open convert file");
 718   return -1;
 719  }
 720  dprintf(c_fd,"# created by nlsop (gnuplot format)\n");
 721  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 722  {
 723   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 724   {
 725    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 726    {
 727     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);
 728    }
 729   }
 730  }
 731  close(c_fd);
 732
 733  return 1;
 734 }
 735
 736 int get_c_ratio(double *c_ratio,char *pfile,info *my_info,d3_lattice *d3_l)
 737 {
 738  double all,a,b,d;
 739  int i,k;
 740  int p_fd;
 741  unsigned char buf[32];
 742  char *p;
 743  unsigned char c;
 744
 745  if((p_fd=open(pfile,O_RDONLY))<0)
 746  {
 747   puts("cannot open profile file");
 748   return -1;
 749  }
 750  k=1;
 751  d=0;
 752  all=0;
 753  while(k)
 754  {
 755   for(i=0;i<32;i++)
 756   {
 757    k=read(p_fd,&c,1);
 758    buf[i]=c;
 759    if(c=='\n') break;
 760   }
 761   if(k)
 762   {
 763    p=strtok(buf," ");
 764    a=atof(p)/10; /* nm */
 765    p=strtok(NULL," ");
 766    b=atof(p);
 767    if(a<=d3_l->max_z*CELL_LENGTH) d+=b;
 768    all+=b;
 769   }
 770  }
 771  *c_ratio=d/all;
 772  close(p_fd);
 773
 774  return 1;
 775 }
 776
 777 u32 get_reject_graph(info *my_info,d3_lattice *d3_l,char *file,u32 *graph) {
 778  double a,b;
 779  int i,j,k;
 780  int fd;
 781  char buf[32],*p;
 782  unsigned char *flag;
 783  u32 max;
 784
 785  max=0;
 786  if((fd=open(file,O_RDONLY))<0)
 787  {
 788   puts("cannot open file to calculate rejection graph");
 789   return -1;
 790  }
 791  if((flag=(unsigned char *)malloc(d3_l->max_z))==NULL)
 792  {
 793   puts("cannot malloc flag memory for rejection graph");
 794   return -1;
 795  }
 796  memset(flag,0,d3_l->max_z);
 797  memset(graph,0,d3_l->max_z*sizeof(u32));
 798  /* get fixpoints */
 799  k=1;
 800  while(k)
 801  {
 802   for(i=0;i<32;i++)
 803   {
 804    k=read(fd,&buf[i],1);
 805    if((buf[i]=='\n')||(k==0)) break;
 806   }
 807   if(k)
 808   {
 809    p=strtok(buf," ");
 810    a=atof(p)/10; /* nm */
 811    p=strtok(NULL," ");
 812    b=atof(p);
 813    if(a>d3_l->max_z*CELL_LENGTH) k=0;
 814    else
 815    {
 816     graph[(int)(a/CELL_LENGTH)]=(int)(URAND_MAX/100*b);
 817     flag[(int)(a/CELL_LENGTH)]=1;
 818    }
 819   }
 820  }
 821  /* do (linear) interpolation here! */
 822  i=0;
 823  a=0;
 824  while(i<d3_l->max_z)
 825  {
 826   /* graph[0] is 0! */
 827   j=i;
 828   i++;
 829   while(flag[i]==0&&i<d3_l->max_z) i++;
 830   for(k=j+1;k<i;k++) graph[k]=(int)((k-j)*((int)graph[i]-(int)graph[j])/(i-j))+graph[j];
 831   if(graph[i]>max) max=graph[i];
 832  }
 833
 834  free(flag);
 835
 836 #ifdef DEBUG_INTERPOL_PROFILE
 837  printf("debug: (interpolated profile)\n");
 838  for(i=0;i<d3_l->max_z;i++) printf("%d %d\n",i,graph[i]);
 839 #endif
 840
 841  return max;
 842 }
 843
 844 int main(int argc,char **argv)
 845 {
 846  u32 x,y,z,x_c,y_c,z_c;
 847  int i,j,quit,escape,switchmode,nowait,bmp,ac_distr;
 848  int refresh,resave;
 849  int c_step;
 850  char s_file[MAX_CHARS];
 851  char s_file_tmp[MAX_CHARS];
 852  char l_file[MAX_CHARS];
 853  char c_file[MAX_CHARS];
 854  char p_file[MAX_CHARS];
 855  char n_e_file[MAX_CHARS];
 856  char convert;
 857  char r_file[MAX_CHARS];
 858 #ifdef USE_DFB_API
 859  char xyz_txt[MAX_TXT];
 860  char status_txt[MAX_TXT];
 861  char conc_txt[MAX_TXT];
 862  char steps_txt[MAX_TXT];
 863  char cc_txt[MAX_TXT];
 864  char a_txt[MAX_TXT];
 865  char s_txt[MAX_TXT];
 866  char ap_txt[MAX_TXT];
 867  char r_txt[MAX_TXT];
 868  char cp_txt[MAX_TXT];
 869  char zdiff_txt[MAX_TXT];
 870  char diff_txt[MAX_TXT];
 871  char dr_ac_txt[MAX_TXT];
 872  char dr_cc_txt[MAX_TXT];
 873  char dose_txt[MAX_TXT];
 874  char mode_txt[MAX_TXT];
 875  char hpi_txt[MAX_TXT];
 876  char csat_txt[MAX_TXT];
 877  char *arg_v[MAX_ARGV];
 878 #endif
 879  d3_lattice d3_l;
 880  info my_info;
 881  unsigned char mode;
 882  double c_ratio;
 883 #ifdef USE_DFB_API
 884  int max_extra;
 885 #endif
 886  u32 *c_profile;
 887  u32 *n_e_loss;
 888  u32 ne_max,ip_max;
 889  u32 nel_z;
 890
 891  d3_l.max_x=X;
 892  d3_l.max_y=Y;
 893  d3_l.max_z=Z;
 894  my_info.steps=STEPS;
 895  my_info.range=RANGE;
 896  refresh=REFRESH;
 897  resave=RESAVE;
 898  my_info.z_diff=0;
 899  my_info.c_diff=1;
 900  my_info.a_ap=A_AP;
 901  my_info.b_ap=B_AP;
 902  my_info.a_cp=A_CP;
 903  my_info.cc=CC;
 904  my_info.dr_ac=DR_AC;
 905  my_info.dr_cc=DR_CC;
 906  my_info.diff_rate=DIFF_RATE;
 907  my_info.cpi=CPI;
 908  my_info.c_sat=C_SAT;
 909  nowait=0;
 910  quit=0;
 911  escape=0;
 912  switchmode=0;
 913  c_step=0;
 914  strcpy(s_file,"");
 915  strcpy(l_file,"");
 916  strcpy(c_file,"");
 917  strcpy(p_file,IMP_PROFILE);
 918  strcpy(n_e_file,NEL_PROFILE);
 919  convert=0;
 920  strcpy(r_file,"");
 921  mode=0;
 922  ne_max=0;
 923  ip_max=0;
 924
 925  for(i=1;i<argc;i++)
 926  {
 927   if(argv[i][0]=='-')
 928   {
 929    switch(argv[i][1])
 930    {
 931     case 'h':
 932      usage();
 933      return -1;
 934     case 'n':
 935      nowait=1;
 936      break;
 937     case 'x':
 938      d3_l.max_x=atoi(argv[++i]);
 939      break;
 940     case 'y':
 941      d3_l.max_y=atoi(argv[++i]);
 942      break;
 943     case 'z':
 944      d3_l.max_z=atoi(argv[++i]);
 945      break;
 946     case 'Z':
 947      my_info.z_diff=1;
 948      break;
 949     case 'i':
 950      my_info.c_diff=0;
 951      my_info.dr_cc=0;
 952      break;
 953     case 's':
 954      my_info.steps=atoi(argv[++i]);
 955      break;
 956     case 'd':
 957      refresh=atoi(argv[++i]);
 958      break;
 959     case 'r':
 960      my_info.range=atoi(argv[++i]);
 961      break;
 962     case 'f':
 963      my_info.a_ap=atof(argv[++i]);
 964      break;
 965     case 'p':
 966      my_info.b_ap=atof(argv[++i]);
 967      break;
 968     case 'F':
 969      my_info.a_cp=atof(argv[++i]);
 970      break;
 971     case 'W':
 972      resave=atoi(argv[++i]);
 973      break;
 974     case 'C':
 975      strcpy(l_file,argv[++i]);
 976      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') strcpy(c_file,argv[++i]);
 977      convert=1;
 978      break;
 979     case 'D':
 980      my_info.dr_ac=atof(argv[++i]);
 981      break;
 982     case 'c':
 983      my_info.dr_cc=atof(argv[++i]);
 984      break;
 985     case 'e':
 986      my_info.diff_rate=atoi(argv[++i]);
 987      break;
 988     case 'L':
 989      strcpy(l_file,argv[++i]);
 990      break;
 991     case 'S':
 992      strcpy(s_file,argv[++i]);
 993      break;
 994     case 'R':
 995      strcpy(r_file,argv[++i]);
 996      break;
 997     case 'P':
 998      strcpy(p_file,argv[++i]);
 999      break;
1000     case 'N':
1001      strcpy(n_e_file,argv[++i]);
1002      break;
1003     case 'g':
1004      strcpy(l_file,argv[++i]);
1005      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') c_step=atoi(argv[++i]);
1006      break;
1007     case 'H':
1008      my_info.cpi=atoi(argv[++i]);
1009      break;
1010     case 'm':
1011      my_info.c_sat=atoi(argv[++i]);
1012      break;
1013     default:
1014      usage();
1015      return -1;
1016    }
1017   } else usage();
1018  }
1019
1020  x=d3_l.max_x/2-1;
1021  y=d3_l.max_y/2-1;
1022  z=d3_l.max_z/2-1;
1023
1024 #ifdef NODFB
1025  if(!strcmp(s_file,""))
1026  {
1027   puts("NODFB defined, run with -S option");
1028   return -1;
1029  }
1030 #endif
1031
1032  if(!strcmp(r_file,"")) rand_init(NULL);
1033  else rand_init(r_file);
1034
1035  if(!strcmp(l_file,""))
1036  {
1037   i=d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z;
1038 #ifdef USE_DFB_API
1039   d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
1040 #endif
1041   if((d3_l.status=(unsigned char *)malloc(i*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1042   {
1043    puts("failed allocating status buffer");
1044    return -1;
1045   }
1046   memset(d3_l.status,0,i*sizeof(unsigned char));
1047   if((d3_l.extra=(int *)malloc(i*sizeof(int)))==NULL)
1048   {
1049    puts("failed allocating concentration buffer");
1050    return -1;
1051   }
1052   memset(d3_l.extra,0,i*sizeof(int));
1053  } else
1054  {
1055   load_from_file(l_file,&d3_l,&my_info);
1056   if(convert)
1057   {
1058    if(!strcmp(c_file,"")) sprintf(c_file,"%s_gnuplot",l_file);
1059    printf("converting file %s to %s\n",l_file,c_file);
1060    convert_file(c_file,&d3_l);
1061    puts("done");
1062    return 1;
1063   }
1064 #ifdef USE_DFB_API
1065   else d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
1066 #endif
1067  }
1068
1069 #ifdef USE_DFB_API
1070  d3_event_init(&d3_l);
1071 #endif
1072
1073 #ifdef USE_DFB_API
1074  strcpy(a_txt,"args:");
1075  sprintf(s_txt,"steps: %d",my_info.steps);
1076  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));
1077  sprintf(r_txt,"pressure range: %d",my_info.range);
1078  sprintf(ap_txt,"a_ap: %f  b_ap: %f",my_info.a_ap,my_info.b_ap);
1079  sprintf(cp_txt,"a_cp: %f",my_info.a_cp);
1080  sprintf(dr_ac_txt,"a/c diffusion rate: %f",my_info.dr_ac);
1081  if(my_info.c_diff!=0) sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: %f",my_info.dr_cc);
1082  else sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: none");
1083  sprintf(zdiff_txt,"diffusion in z direction: %c",my_info.z_diff?'y':'n');
1084  sprintf(diff_txt,"diffusion every %d steps",my_info.diff_rate);
1085  strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1086  sprintf(hpi_txt,"hits per ion: %d",my_info.cpi);
1087  sprintf(csat_txt,"carbon saturation: %d",my_info.c_sat);
1088  arg_v[1]=mode_txt;
1089  arg_v[2]=xyz_txt;
1090  arg_v[3]=status_txt;
1091  arg_v[4]=conc_txt;
1092  arg_v[5]=NULL;
1093  arg_v[6]=steps_txt;
1094  arg_v[7]=cc_txt;
1095  arg_v[8]=NULL;
1096  arg_v[9]=a_txt;
1097  arg_v[10]=s_txt;
1098  arg_v[11]=dose_txt;
1099  arg_v[12]=diff_txt;
1100  arg_v[13]=zdiff_txt;
1101  arg_v[14]=r_txt;
1102  arg_v[15]=ap_txt;
1103  arg_v[16]=cp_txt;
1104  arg_v[17]=dr_ac_txt;
1105  arg_v[18]=dr_cc_txt;
1106  arg_v[19]=hpi_txt;
1107  arg_v[20]=csat_txt;
1108  arg_v[21]=NULL;
1109  arg_v[22]=NULL;
1110  arg_v[23]=NULL;
1111  arg_v[24]=NULL;
1112  arg_v[25]=NULL;
1113 #endif
1114
1115  if((!strcmp(l_file,""))||(c_step))
1116  {
1117   /* calculate ratio of c_simwindow / c_total */
1118   if(get_c_ratio(&c_ratio,p_file,&my_info,&d3_l)!=1)
1119   {
1120    puts("failed calculating ratio");
1121    return -1;
1122   }
1123   /* compute graphs for random number rejection method */
1124   if((c_profile=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1125   {
1126    puts("failed allocating memory for carbon profile graph");
1127    return -1;
1128   }
1129   if((n_e_loss=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1130   {
1131    puts("failed allocating memory for nuclear energy loss graph");
1132    return -1;
1133   }
1134   ip_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,p_file,c_profile);
1135   ne_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,n_e_file,n_e_loss);
1136
1137 #ifdef DEBUG_RAND
1138  while(1)
1139  {
1140 #ifdef DEBUG_CP
1141   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ip_max,c_profile));
1142 #endif
1143 #ifdef DEBUG_NEL
1144   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss));
1145 #endif
1146 #ifdef DEBUG_NORM
1147   printf("%d\n",get_rand(d3_l.max_z));
1148 #endif
1149  }
1150 #endif
1151
1152   i=(c_step?c_step:0);
1153   while((i<my_info.steps) && (quit==0) && (escape==0))
1154   {
1155    for(j=0;j<my_info.cpi;j++)
1156    {
1157     x_c=get_rand(d3_l.max_x);
1158     y_c=get_rand(d3_l.max_y);
1159     // z_c=get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss);
1160     z_c=get_rand(d3_l.max_z);
1161     nel_z=(URAND_MAX*n_e_loss[z_c])/ne_max;
1162     process_cell(&d3_l,x_c,y_c,z_c,&my_info,nel_z);
1163    }
1164    distrib_c(&d3_l,&my_info,i,c_ratio,ip_max,c_profile);
1165 #ifdef USE_DFB_API
1166    if(i%refresh==0)
1167    {
1168     sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1169     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');
1170     sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1171     sprintf(steps_txt,"step: %d",i);
1172     sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1173     d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,0);
1174    }
1175 #endif
1176    if(i%resave==0 && strcmp(s_file,"") && resave!=0 && i!=0)
1177    {
1178     sprintf(s_file_tmp,"%s_%d_of_%d",s_file,i,my_info.steps);
1179     save_to_file(s_file_tmp,&d3_l,&my_info);
1180 #ifdef NODFB
1181     printf("saved %s\n",s_file_tmp);
1182 #endif
1183    }
1184    i++;
1185   }
1186  }
1187
1188  if(strcmp(s_file,""))
1189  {
1190    printf("saved %s\n",s_file);
1191    save_to_file(s_file,&d3_l,&my_info);
1192  }
1193
1194 #ifdef USE_DFB_API
1195  /* allocating buffer for pressure values */
1196  if((d3_l.v_ptr=malloc(d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1197  {
1198   puts("cannot allocate buffer for pressure values");
1199   return -1;
1200  }
1201  /* calc values */
1202  calc_pressure(&d3_l,my_info.range);
1203  max_extra=calc_max_extra(&d3_l);
1204
1205  while((quit==0) && (escape==0) && (nowait==0))
1206  {
1207   /* bahh! */
1208   if(switchmode==0) mode=0;
1209   if(switchmode==1) mode=1;
1210   if(switchmode==2) mode=2;
1211   /* end of bahh! */
1212   sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1213   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');
1214   sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1215   sprintf(steps_txt,"step: end");
1216   sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1217   if(switchmode==0) strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1218   if(switchmode==1) strcpy(mode_txt,"view: c conc mode");
1219   if(switchmode==2) strcpy(mode_txt,"view: a pressure mode");
1220   d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,max_extra);
1221   bmp=0;
1222   ac_distr=0;
1223   scan_event(&d3_l,&x,&y,&z,&quit,&escape,&switchmode,&bmp,&ac_distr);
1224   if(bmp) write_bmp(&d3_l,bmp,x,y,z,max_extra);
1225   if(ac_distr) write_ac_distr(&d3_l,ac_distr);
1226  }
1227
1228  d3_lattice_release(&d3_l);
1229 #endif
1230
1231  return 1;
1232 }