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,q;
  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*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   /* also look for neighbours ! */
 114   q=(URAND_MAX-p)>0?URAND_MAX-p:0;
 115   j=0;
 116   j+=(*(d3_l->status+((x+d3_l->max_x+1)%d3_l->max_x)+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 117   j+=(*(d3_l->status+((x+d3_l->max_x-1)%d3_l->max_x)+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 118   j+=(*(d3_l->status+x+((y+1+d3_l->max_y)%d3_l->max_y)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 119   j+=(*(d3_l->status+x+((y-1+d3_l->max_y)%d3_l->max_y)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 120   j+=(*(d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+((z+1+d3_l->max_z)%d3_l->max_z)*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 121   j+=(*(d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+((z-1+d3_l->max_z)%d3_l->max_z)*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 122   p+=((q/6)*j);
 123   if(get_rand(URAND_MAX)>p) MAKE_CRYST(thiz);
 124  }
 125
 126  return 1;
 127 }
 128
 129 int distrib_c(d3_lattice *d3_l,info *my_info,int step,double c_ratio,u32 rj_m,u32 *rj_g)
 130 {
 131  u32 x,y,z;
 132  int i,j,k,c;
 133  int offset,off;
 134  int carry;
 135
 136  /* put one c ion somewhere in the lattice */
 137  if(my_info->cc<c_ratio*step)
 138  {
 139   x=get_rand(d3_l->max_x);
 140   y=get_rand(d3_l->max_y);
 141   z=get_rand_reject(d3_l->max_z,rj_m,rj_g);
 142   *(d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)+=1;
 143   (my_info->cc)++;
 144  }
 145
 146  if(step%my_info->diff_rate==0)
 147  {
 148
 149  for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 150  {
 151   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 152   {
 153    for(k=0;k<d3_l->max_z;k++)
 154    {
 155     offset=i+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 156     /* case amorph: amorph <- cryst diffusion */
 157     if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH && *(d3_l->extra+offset)<my_info->c_sat)
 158     {
 159      for(c=-1;c<=1;c++)
 160      {
 161       if(c!=0)
 162       {
 163        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;
 164        carry=0;
 165        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 166        if(carry!=0)
 167        {
 168         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 169         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 170        }
 171       }
 172      }
 173      for(c=-1;c<=1;c++)
 174      {
 175       if(c!=0)
 176       {
 177        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;
 178        carry=0;
 179        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 180        if(carry!=0)
 181        {
 182         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 183         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 184        }
 185       }
 186      }
 187      if(my_info->z_diff)
 188      {
 189       if(k!=0)
 190       {
 191        off=i+j*d3_l->max_x+(k-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 192        carry=0;
 193        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 194        if(carry!=0)
 195        {
 196         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 197         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 198        }
 199       }
 200       if(k!=d3_l->max_z-1)
 201       {
 202        off=i+j*d3_l->max_x+(k+1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 203        carry=0;
 204        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 205        if(carry!=0)
 206        {
 207         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 208         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 209        }
 210       }
 211      }
 212     } else
 213     /* case not amorph: cryst <-> cryst diffusion */
 214     if(my_info->c_diff) {
 215     /* if there is c diff, no diff in z-direction */
 216     {
 217      for(c=-1;c<=1;c++)
 218      {
 219       if(c!=0)
 220       {
 221        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;
 222        carry=0;
 223        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 224        {
 225         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 226         if(carry!=0)
 227         {
 228          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 229          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 230         }
 231        }
 232       }
 233      }
 234      for(c=-1;c<=1;c++)
 235      {
 236       if(c!=0)
 237       {
 238        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;
 239        carry=0;
 240        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 241        {
 242         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 243         if(carry!=0)
 244         {
 245          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 246          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 247         }
 248        }
 249       }
 250      }
 251     }
 252     /* end test */
 253     }
 254     /* */
 255    } /* for z */
 256   } /* for y */
 257  } /* for x */
 258
 259  } /* if step modulo diff_rate == 0 */
 260
 261  return 1;
 262 }
 263
 264 int calc_pressure(d3_lattice *d3_l,int range)
 265 {
 266  int i,j,off;
 267  double count,max=0;
 268  int x,y,z;
 269
 270  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 271  {
 272   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 273   {
 274    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 275    {
 276     count=0;
 277     for(i=-range;i<=range;i++)
 278     {
 279      for(j=-range;j<=range;j++)
 280      {
 281       if(i!=0 && j!=0)
 282       {
 283        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;
 284        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 285       }
 286      }
 287     }
 288     if(count>max) max=count;
 289    }
 290   }
 291  }
 292
 293  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 294  {
 295   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 296   {
 297    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 298    {
 299     count=0;
 300     for(i=-range;i<=range;i++)
 301     {
 302      for(j=-range;j<=range;j++)
 303      {
 304       if(i!=0 && j!=0)
 305       {
 306        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;
 307        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 308       }
 309      }
 310     }
 311     *(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);
 312    }
 313   }
 314  }
 315
 316  return 1;
 317 }
 318
 319 int calc_max_extra(d3_lattice *d3_l)
 320 {
 321  int x,y,z;
 322  int off,max=0;
 323
 324  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 325  {
 326   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 327   {
 328    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 329    {
 330     off=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 331     if(*(d3_l->extra+off)>max) max=*(d3_l->extra+off);
 332    }
 333   }
 334  }
 335
 336  return max;
 337 }
 338
 339 int write_ac_distr(d3_lattice *d3_l,int ac_distr)
 340 {
 341  int fd,x,y,z;
 342  int count,offset;
 343  char file[16];
 344
 345  if(ac_distr==1) strcpy(file,"a.plot");
 346  if(ac_distr==2) strcpy(file,"c.plot");
 347  if(ac_distr==3) strcpy(file,"b.plot");
 348
 349  if((fd=open(file,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 350  {
 351   puts("cannot open plot file");
 352   return -1;
 353  }
 354
 355  for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 356  {
 357   count=0;
 358   for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 359   {
 360    for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 361    {
 362     offset=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 363     if(ac_distr==1)
 364      if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH) count+=*(d3_l->extra+offset);
 365     if(ac_distr==2)
 366      if(!(*(d3_l->status+offset)&AMORPH)) count+=*(d3_l->extra+offset);
 367     if(ac_distr==3) count+=*(d3_l->extra+offset);
 368    }
 369   }
 370   dprintf(fd,"%d %d\n",z,count);
 371  }
 372  close(fd);
 373
 374  return 1;
 375 }
 376
 377 int write_bmp(d3_lattice *d3_l,int window,u32 x,u32 y,u32 z,int max)
 378 {
 379  int fd,i,j,size=0,foo=0,k,sum;
 380  int width=0,height=0;
 381  char bmpfile[MAX_CHARS];
 382  char buf[128];
 383
 384  if(window==1)
 385  {
 386   sprintf(bmpfile,"x-z_%d.bmp",y);
 387   foo=3*d3_l->max_x;
 388   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 389   height=d3_l->max_z;
 390   width=d3_l->max_x;
 391  }
 392  if(window==2)
 393  {
 394   sprintf(bmpfile,"y-z_%d.bmp",x);
 395   foo=3*d3_l->max_y;
 396   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 397   height=d3_l->max_z;
 398   width=d3_l->max_y;
 399  }
 400  if(window==3)
 401  {
 402   sprintf(bmpfile,"x-y_%d.bmp",z);
 403   foo=3*d3_l->max_x;
 404   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_y;
 405   width=d3_l->max_x;
 406   height=d3_l->max_y;
 407  }
 408  if(window==4)
 409  {
 410   sprintf(bmpfile,"x-z_cdistr_%d.bmp",y);
 411   foo=3*d3_l->max_x;
 412   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 413   height=d3_l->max_z;
 414   width=d3_l->max_x;
 415  }
 416  if(window==5)
 417  {
 418   sprintf(bmpfile,"y-z_cdistr_%d.bmp",x);
 419   foo=3*d3_l->max_y;
 420   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 421   height=d3_l->max_z;
 422   width=d3_l->max_y;
 423  }
 424  if(window==6)
 425  {
 426   sprintf(bmpfile,"x-y_cdistr_%d.bmp",z);
 427   foo=3*d3_l->max_x;
 428   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_y;
 429   width=d3_l->max_x;
 430   height=d3_l->max_y;
 431  }
 432
 433  if((fd=open(bmpfile,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 434  {
 435   puts("cannot open bmp file");
 436   return -1;
 437  }
 438
 439  /* bmpheader */
 440  buf[0]='B'; /* std header start */
 441  buf[1]='M';
 442  buf[2]=(size+0x36)&0xff; /* file size */
 443  buf[3]=(size+0x36)>>8;
 444  memset(buf+4,0,6);
 445  buf[10]=0x36; /* offset to data */
 446  memset(buf+11,0,3);
 447  buf[14]=0x28; /* length of bmp info header */
 448  memset(buf+15,0,3);
 449  buf[18]=width&0xff; /* width and height */
 450  buf[19]=width>>8;
 451  memset(buf+20,0,2);
 452  buf[22]=height&0xff;
 453  buf[23]=height>>8;
 454  memset(buf+24,0,2);
 455  buf[26]=1; /* # planes -> 1 */
 456  buf[27]=0;
 457  buf[28]=24; /* bits per pixel -> 2^24 (true color) */
 458  buf[29]=0;
 459  memset(buf+30,0,4); /* compression -> none */
 460  buf[34]=size&0xff; /* data size */
 461  buf[35]=size>>8;
 462  memset(buf+36,0,2);
 463  buf[38]=0x12; /* res: pixel/meter */
 464  buf[39]=0x0b;
 465  memset(buf+40,0,2);
 466  buf[42]=0x12;
 467  buf[43]=0x0b;
 468  memset(buf+44,0,2);
 469  memset(buf+46,0,8); /* no colors, no important colors */
 470
 471  if(write(fd,buf,54)<54)
 472  {
 473   puts("failed writing bmp header");
 474   return -1;
 475  }
 476  if(window==1)
 477  {
 478   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 479   {
 480    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 481    {
 482     sum=0;
 483     for(k=-2;k<=2;k++)
 484      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;
 485     sum/=5;
 486     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 487     if(write(fd,buf,3)<3)
 488     {
 489      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 490      return-1;
 491     }
 492    }
 493    if(foo%4)
 494    {
 495     memset(buf,0,4-foo%4);
 496     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 497     {
 498      puts("failed writing 4 byte ending");
 499      return -1;
 500     }
 501    }
 502   }
 503  }
 504  if(window==2)
 505  {
 506   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 507   {
 508    for(i=0;i<d3_l->max_y;i++)
 509    {
 510     sum=0;
 511     for(k=-2;k<=2;k++)
 512      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;
 513     sum/=5;
 514     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 515     if(write(fd,buf,3)<3)
 516     {
 517      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 518      return-1;
 519     }
 520    }
 521    if(foo%4)
 522    {
 523     memset(buf,0,4-foo%4);
 524     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 525     {
 526      puts("failed writing 4 byte ending");
 527      return -1;
 528     }
 529    }
 530   }
 531  }
 532  if(window==3)
 533  {
 534   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 535   {
 536    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 537    {
 538     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);
 539     else memset(buf,0,3);
 540     if(write(fd,buf,3)<3)
 541     {
 542      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 543      return -1;
 544     }
 545    }
 546    if(foo%4)
 547    {
 548     memset(buf,0,4-foo%4);
 549     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 550     {
 551      puts("failed writing 4 byte ending");
 552      return -1;
 553     }
 554    }
 555   }
 556  }
 557  if(window==4)
 558  {
 559   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 560   {
 561    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 562    {
 563     sum=*(d3_l->extra+i+y*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 564     sum=sum*255/max;
 565     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 566     if(write(fd,buf,3)<3)
 567     {
 568      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 569      return-1;
 570     }
 571    }
 572    if(foo%4)
 573    {
 574     memset(buf,0,4-foo%4);
 575     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 576     {
 577      puts("failed writing 4 byte ending");
 578      return -1;
 579     }
 580    }
 581   }
 582  }
 583  if(window==5)
 584  {
 585   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 586   {
 587    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 588    {
 589     sum=*(d3_l->extra+x+i*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 590     sum=sum*255/max;
 591     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 592     if(write(fd,buf,3)<3)
 593     {
 594      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 595      return-1;
 596     }
 597    }
 598    if(foo%4)
 599    {
 600     memset(buf,0,4-foo%4);
 601     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 602     {
 603      puts("failed writing 4 byte ending");
 604      return -1;
 605     }
 606    }
 607   }
 608  }
 609  if(window==6)
 610  {
 611   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 612   {
 613    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 614    {
 615     sum=*(d3_l->extra+i+(d3_l->max_y-j-1)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 616     sum=sum*255/max;
 617     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 618     if(write(fd,buf,3)<3)
 619     {
 620      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 621      return-1;
 622     }
 623    }
 624    if(foo%4)
 625    {
 626     memset(buf,0,4-foo%4);
 627     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 628     {
 629      puts("failed writing 4 byte ending");
 630      return -1;
 631     }
 632    }
 633   }
 634  }
 635  close(fd);
 636
 637  return 1;
 638 }
 639
 640 int save_to_file(char *sf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 641 {
 642  int sf_fd,c;
 643
 644  if((sf_fd=open(sf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 645  {
 646   puts("cannot open save file");
 647   return -1;
 648  }
 649  if(write(sf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 650  {
 651   puts("failed saving d3 lattice struct");
 652   return -1;
 653  }
 654  if(write(sf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 655  {
 656   puts("failed saving info struct");
 657   return-1;
 658  }
 659  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 660  if(write(sf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 661  {
 662   puts("failed saving status of d3 lattice sites");
 663   return -1;
 664  }
 665  if(write(sf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 666  {
 667   puts("failed saving sites concentration");
 668   return -1;
 669  }
 670  close(sf_fd);
 671
 672  return 1;
 673 }
 674
 675 int load_from_file(char *lf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 676 {
 677  int lf_fd,c;
 678
 679  if((lf_fd=open(lf,O_RDONLY))<0)
 680  {
 681   puts("cannot open load file");
 682   return -1;
 683  }
 684  if(read(lf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 685  {
 686   puts("failed reading d3 lattice struct");
 687   return -1;
 688  }
 689  if(read(lf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 690  {
 691   puts("failed reading info struct");
 692   return-1;
 693  }
 694  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 695  if((d3_l->status=(unsigned char*)malloc(c*sizeof(unsigned char)))==NULL)
 696  {
 697   puts("cannot allocate status buffer");
 698   return -1;
 699  }
 700  if((d3_l->extra=(int *)malloc(c*sizeof(int)))==NULL)
 701  {
 702   puts("cannot allocate concentration buffer");
 703   return -1;
 704  }
 705  if(read(lf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 706  {
 707   puts("failed reading status of d3 lattice sites");
 708   return -1;
 709  }
 710  if(read(lf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 711  {
 712   puts("failed reading sites concentration");
 713   return -1;
 714  }
 715  close(lf_fd);
 716
 717  return 1;
 718 }
 719
 720 int convert_file(char *cf,d3_lattice *d3_l)
 721 {
 722  int x,y,z;
 723  int c_fd;
 724
 725  if((c_fd=open(cf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 726  {
 727   puts("cannot open convert file");
 728   return -1;
 729  }
 730  dprintf(c_fd,"# created by nlsop (gnuplot format)\n");
 731  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 732  {
 733   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 734   {
 735    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 736    {
 737     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);
 738    }
 739   }
 740  }
 741  close(c_fd);
 742
 743  return 1;
 744 }
 745
 746 int get_c_ratio(double *c_ratio,char *pfile,info *my_info,d3_lattice *d3_l)
 747 {
 748  double all,a,b,d;
 749  int i,k;
 750  int p_fd;
 751  unsigned char buf[32];
 752  char *p;
 753  unsigned char c;
 754
 755  if((p_fd=open(pfile,O_RDONLY))<0)
 756  {
 757   puts("cannot open profile file");
 758   return -1;
 759  }
 760  k=1;
 761  d=0;
 762  all=0;
 763  while(k)
 764  {
 765   for(i=0;i<32;i++)
 766   {
 767    k=read(p_fd,&c,1);
 768    buf[i]=c;
 769    if(c=='\n') break;
 770   }
 771   if(k)
 772   {
 773    p=strtok(buf," ");
 774    a=atof(p)/10; /* nm */
 775    p=strtok(NULL," ");
 776    b=atof(p);
 777    if(a<=d3_l->max_z*CELL_LENGTH) d+=b;
 778    all+=b;
 779   }
 780  }
 781  *c_ratio=d/all;
 782  close(p_fd);
 783
 784  return 1;
 785 }
 786
 787 u32 get_reject_graph(info *my_info,d3_lattice *d3_l,char *file,u32 *graph) {
 788  double a,b;
 789  int i,j,k;
 790  int fd;
 791  char buf[32],*p;
 792  unsigned char *flag;
 793  u32 max;
 794
 795  max=0;
 796  if((fd=open(file,O_RDONLY))<0)
 797  {
 798   puts("cannot open file to calculate rejection graph");
 799   return -1;
 800  }
 801  if((flag=(unsigned char *)malloc(d3_l->max_z))==NULL)
 802  {
 803   puts("cannot malloc flag memory for rejection graph");
 804   return -1;
 805  }
 806  memset(flag,0,d3_l->max_z);
 807  memset(graph,0,d3_l->max_z*sizeof(u32));
 808  /* get fixpoints */
 809  k=1;
 810  while(k)
 811  {
 812   for(i=0;i<32;i++)
 813   {
 814    k=read(fd,&buf[i],1);
 815    if((buf[i]=='\n')||(k==0)) break;
 816   }
 817   if(k)
 818   {
 819    p=strtok(buf," ");
 820    a=atof(p)/10; /* nm */
 821    p=strtok(NULL," ");
 822    b=atof(p);
 823    if(a>d3_l->max_z*CELL_LENGTH) k=0;
 824    else
 825    {
 826     graph[(int)(a/CELL_LENGTH)]=(int)(URAND_MAX/100*b);
 827     flag[(int)(a/CELL_LENGTH)]=1;
 828    }
 829   }
 830  }
 831  /* do (linear) interpolation here! */
 832  i=0;
 833  a=0;
 834  while(i<d3_l->max_z)
 835  {
 836   /* graph[0] is 0! */
 837   j=i;
 838   i++;
 839   while(flag[i]==0&&i<d3_l->max_z) i++;
 840   for(k=j+1;k<i;k++) graph[k]=(int)((k-j)*((int)graph[i]-(int)graph[j])/(i-j))+graph[j];
 841   if(graph[i]>max) max=graph[i];
 842  }
 843
 844  free(flag);
 845
 846 #ifdef DEBUG_INTERPOL_PROFILE
 847  printf("debug: (interpolated profile)\n");
 848  for(i=0;i<d3_l->max_z;i++) printf("%d %d\n",i,graph[i]);
 849 #endif
 850
 851  return max;
 852 }
 853
 854 int main(int argc,char **argv)
 855 {
 856  u32 x,y,z,x_c,y_c,z_c;
 857  int i,j,quit,escape,switchmode,nowait,bmp,ac_distr;
 858  int refresh,resave;
 859  int c_step;
 860  char s_file[MAX_CHARS];
 861  char s_file_tmp[MAX_CHARS];
 862  char l_file[MAX_CHARS];
 863  char c_file[MAX_CHARS];
 864  char p_file[MAX_CHARS];
 865  char n_e_file[MAX_CHARS];
 866  char convert;
 867  char r_file[MAX_CHARS];
 868 #ifdef USE_DFB_API
 869  char xyz_txt[MAX_TXT];
 870  char status_txt[MAX_TXT];
 871  char conc_txt[MAX_TXT];
 872  char steps_txt[MAX_TXT];
 873  char cc_txt[MAX_TXT];
 874  char a_txt[MAX_TXT];
 875  char s_txt[MAX_TXT];
 876  char ap_txt[MAX_TXT];
 877  char r_txt[MAX_TXT];
 878  char cp_txt[MAX_TXT];
 879  char zdiff_txt[MAX_TXT];
 880  char diff_txt[MAX_TXT];
 881  char dr_ac_txt[MAX_TXT];
 882  char dr_cc_txt[MAX_TXT];
 883  char dose_txt[MAX_TXT];
 884  char mode_txt[MAX_TXT];
 885  char hpi_txt[MAX_TXT];
 886  char csat_txt[MAX_TXT];
 887  char *arg_v[MAX_ARGV];
 888 #endif
 889  d3_lattice d3_l;
 890  info my_info;
 891  unsigned char mode;
 892  double c_ratio;
 893 #ifdef USE_DFB_API
 894  int max_extra;
 895 #endif
 896  u32 *c_profile;
 897  u32 *n_e_loss;
 898  u32 ne_max,ip_max;
 899  u32 nel_z;
 900
 901  d3_l.max_x=X;
 902  d3_l.max_y=Y;
 903  d3_l.max_z=Z;
 904  my_info.steps=STEPS;
 905  my_info.range=RANGE;
 906  refresh=REFRESH;
 907  resave=RESAVE;
 908  my_info.z_diff=0;
 909  my_info.c_diff=1;
 910  my_info.a_ap=A_AP;
 911  my_info.b_ap=B_AP;
 912  my_info.a_cp=A_CP;
 913  my_info.cc=CC;
 914  my_info.dr_ac=DR_AC;
 915  my_info.dr_cc=DR_CC;
 916  my_info.diff_rate=DIFF_RATE;
 917  my_info.cpi=CPI;
 918  my_info.c_sat=C_SAT;
 919  nowait=0;
 920  quit=0;
 921  escape=0;
 922  switchmode=0;
 923  c_step=0;
 924  strcpy(s_file,"");
 925  strcpy(l_file,"");
 926  strcpy(c_file,"");
 927  strcpy(p_file,IMP_PROFILE);
 928  strcpy(n_e_file,NEL_PROFILE);
 929  convert=0;
 930  strcpy(r_file,"");
 931  mode=0;
 932  ne_max=0;
 933  ip_max=0;
 934
 935  for(i=1;i<argc;i++)
 936  {
 937   if(argv[i][0]=='-')
 938   {
 939    switch(argv[i][1])
 940    {
 941     case 'h':
 942      usage();
 943      return -1;
 944     case 'n':
 945      nowait=1;
 946      break;
 947     case 'x':
 948      d3_l.max_x=atoi(argv[++i]);
 949      break;
 950     case 'y':
 951      d3_l.max_y=atoi(argv[++i]);
 952      break;
 953     case 'z':
 954      d3_l.max_z=atoi(argv[++i]);
 955      break;
 956     case 'Z':
 957      my_info.z_diff=1;
 958      break;
 959     case 'i':
 960      my_info.c_diff=0;
 961      my_info.dr_cc=0;
 962      break;
 963     case 's':
 964      my_info.steps=atoi(argv[++i]);
 965      break;
 966     case 'd':
 967      refresh=atoi(argv[++i]);
 968      break;
 969     case 'r':
 970      my_info.range=atoi(argv[++i]);
 971      break;
 972     case 'f':
 973      my_info.a_ap=atof(argv[++i]);
 974      break;
 975     case 'p':
 976      my_info.b_ap=atof(argv[++i]);
 977      break;
 978     case 'F':
 979      my_info.a_cp=atof(argv[++i]);
 980      break;
 981     case 'W':
 982      resave=atoi(argv[++i]);
 983      break;
 984     case 'C':
 985      strcpy(l_file,argv[++i]);
 986      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') strcpy(c_file,argv[++i]);
 987      convert=1;
 988      break;
 989     case 'D':
 990      my_info.dr_ac=atof(argv[++i]);
 991      break;
 992     case 'c':
 993      my_info.dr_cc=atof(argv[++i]);
 994      break;
 995     case 'e':
 996      my_info.diff_rate=atoi(argv[++i]);
 997      break;
 998     case 'L':
 999      strcpy(l_file,argv[++i]);
1000      break;
1001     case 'S':
1002      strcpy(s_file,argv[++i]);
1003      break;
1004     case 'R':
1005      strcpy(r_file,argv[++i]);
1006      break;
1007     case 'P':
1008      strcpy(p_file,argv[++i]);
1009      break;
1010     case 'N':
1011      strcpy(n_e_file,argv[++i]);
1012      break;
1013     case 'g':
1014      strcpy(l_file,argv[++i]);
1015      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') c_step=atoi(argv[++i]);
1016      break;
1017     case 'H':
1018      my_info.cpi=atoi(argv[++i]);
1019      break;
1020     case 'm':
1021      my_info.c_sat=atoi(argv[++i]);
1022      break;
1023     default:
1024      usage();
1025      return -1;
1026    }
1027   } else usage();
1028  }
1029
1030  x=d3_l.max_x/2-1;
1031  y=d3_l.max_y/2-1;
1032  z=d3_l.max_z/2-1;
1033
1034 #ifdef NODFB
1035  if(!strcmp(s_file,""))
1036  {
1037   puts("NODFB defined, run with -S option");
1038   return -1;
1039  }
1040 #endif
1041
1042  if(!strcmp(r_file,"")) rand_init(NULL);
1043  else rand_init(r_file);
1044
1045  if(!strcmp(l_file,""))
1046  {
1047   i=d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z;
1048 #ifdef USE_DFB_API
1049   d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
1050 #endif
1051   if((d3_l.status=(unsigned char *)malloc(i*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1052   {
1053    puts("failed allocating status buffer");
1054    return -1;
1055   }
1056   memset(d3_l.status,0,i*sizeof(unsigned char));
1057   if((d3_l.extra=(int *)malloc(i*sizeof(int)))==NULL)
1058   {
1059    puts("failed allocating concentration buffer");
1060    return -1;
1061   }
1062   memset(d3_l.extra,0,i*sizeof(int));
1063  } else
1064  {
1065   load_from_file(l_file,&d3_l,&my_info);
1066   if(convert)
1067   {
1068    if(!strcmp(c_file,"")) sprintf(c_file,"%s_gnuplot",l_file);
1069    printf("converting file %s to %s\n",l_file,c_file);
1070    convert_file(c_file,&d3_l);
1071    puts("done");
1072    return 1;
1073   }
1074 #ifdef USE_DFB_API
1075   else d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
1076 #endif
1077  }
1078
1079 #ifdef USE_DFB_API
1080  d3_event_init(&d3_l);
1081 #endif
1082
1083 #ifdef USE_DFB_API
1084  strcpy(a_txt,"args:");
1085  sprintf(s_txt,"steps: %d",my_info.steps);
1086  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));
1087  sprintf(r_txt,"pressure range: %d",my_info.range);
1088  sprintf(ap_txt,"a_ap: %f  b_ap: %f",my_info.a_ap,my_info.b_ap);
1089  sprintf(cp_txt,"a_cp: %f",my_info.a_cp);
1090  sprintf(dr_ac_txt,"a/c diffusion rate: %f",my_info.dr_ac);
1091  if(my_info.c_diff!=0) sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: %f",my_info.dr_cc);
1092  else sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: none");
1093  sprintf(zdiff_txt,"diffusion in z direction: %c",my_info.z_diff?'y':'n');
1094  sprintf(diff_txt,"diffusion every %d steps",my_info.diff_rate);
1095  strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1096  sprintf(hpi_txt,"hits per ion: %d",my_info.cpi);
1097  sprintf(csat_txt,"carbon saturation: %d",my_info.c_sat);
1098  arg_v[1]=mode_txt;
1099  arg_v[2]=xyz_txt;
1100  arg_v[3]=status_txt;
1101  arg_v[4]=conc_txt;
1102  arg_v[5]=NULL;
1103  arg_v[6]=steps_txt;
1104  arg_v[7]=cc_txt;
1105  arg_v[8]=NULL;
1106  arg_v[9]=a_txt;
1107  arg_v[10]=s_txt;
1108  arg_v[11]=dose_txt;
1109  arg_v[12]=diff_txt;
1110  arg_v[13]=zdiff_txt;
1111  arg_v[14]=r_txt;
1112  arg_v[15]=ap_txt;
1113  arg_v[16]=cp_txt;
1114  arg_v[17]=dr_ac_txt;
1115  arg_v[18]=dr_cc_txt;
1116  arg_v[19]=hpi_txt;
1117  arg_v[20]=csat_txt;
1118  arg_v[21]=NULL;
1119  arg_v[22]=NULL;
1120  arg_v[23]=NULL;
1121  arg_v[24]=NULL;
1122  arg_v[25]=NULL;
1123 #endif
1124
1125  if((!strcmp(l_file,""))||(c_step))
1126  {
1127   /* calculate ratio of c_simwindow / c_total */
1128   if(get_c_ratio(&c_ratio,p_file,&my_info,&d3_l)!=1)
1129   {
1130    puts("failed calculating ratio");
1131    return -1;
1132   }
1133   /* compute graphs for random number rejection method */
1134   if((c_profile=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1135   {
1136    puts("failed allocating memory for carbon profile graph");
1137    return -1;
1138   }
1139   if((n_e_loss=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1140   {
1141    puts("failed allocating memory for nuclear energy loss graph");
1142    return -1;
1143   }
1144   ip_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,p_file,c_profile);
1145   ne_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,n_e_file,n_e_loss);
1146
1147 #ifdef DEBUG_RAND
1148  while(1)
1149  {
1150 #ifdef DEBUG_CP
1151   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ip_max,c_profile));
1152 #endif
1153 #ifdef DEBUG_NEL
1154   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss));
1155 #endif
1156 #ifdef DEBUG_NORM
1157   printf("%d\n",get_rand(d3_l.max_z));
1158 #endif
1159  }
1160 #endif
1161
1162   i=(c_step?c_step:0);
1163   while((i<my_info.steps) && (quit==0) && (escape==0))
1164   {
1165    for(j=0;j<my_info.cpi;j++)
1166    {
1167     x_c=get_rand(d3_l.max_x);
1168     y_c=get_rand(d3_l.max_y);
1169     // z_c=get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss);
1170     z_c=get_rand(d3_l.max_z);
1171     nel_z=(URAND_MAX*n_e_loss[z_c])/ne_max;
1172     process_cell(&d3_l,x_c,y_c,z_c,&my_info,nel_z);
1173    }
1174    distrib_c(&d3_l,&my_info,i,c_ratio,ip_max,c_profile);
1175 #ifdef USE_DFB_API
1176    if(i%refresh==0)
1177    {
1178     sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1179     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');
1180     sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1181     sprintf(steps_txt,"step: %d",i);
1182     sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1183     d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,0);
1184    }
1185 #endif
1186    if(i%resave==0 && strcmp(s_file,"") && resave!=0 && i!=0)
1187    {
1188     sprintf(s_file_tmp,"%s_%d_of_%d",s_file,i,my_info.steps);
1189     save_to_file(s_file_tmp,&d3_l,&my_info);
1190 #ifdef NODFB
1191     printf("saved %s\n",s_file_tmp);
1192 #endif
1193    }
1194    i++;
1195   }
1196  }
1197
1198  if(strcmp(s_file,""))
1199  {
1200    printf("saved %s\n",s_file);
1201    save_to_file(s_file,&d3_l,&my_info);
1202  }
1203
1204 #ifdef USE_DFB_API
1205  /* allocating buffer for pressure values */
1206  if((d3_l.v_ptr=malloc(d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1207  {
1208   puts("cannot allocate buffer for pressure values");
1209   return -1;
1210  }
1211  /* calc values */
1212  calc_pressure(&d3_l,my_info.range);
1213  max_extra=calc_max_extra(&d3_l);
1214
1215  while((quit==0) && (escape==0) && (nowait==0))
1216  {
1217   /* bahh! */
1218   if(switchmode==0) mode=0;
1219   if(switchmode==1) mode=1;
1220   if(switchmode==2) mode=2;
1221   /* end of bahh! */
1222   sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1223   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');
1224   sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1225   sprintf(steps_txt,"step: end");
1226   sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1227   if(switchmode==0) strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1228   if(switchmode==1) strcpy(mode_txt,"view: c conc mode");
1229   if(switchmode==2) strcpy(mode_txt,"view: a pressure mode");
1230   d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,max_extra);
1231   bmp=0;
1232   ac_distr=0;
1233   scan_event(&d3_l,&x,&y,&z,&quit,&escape,&switchmode,&bmp,&ac_distr);
1234   if(bmp) write_bmp(&d3_l,bmp,x,y,z,max_extra);
1235   if(ac_distr) write_ac_distr(&d3_l,ac_distr);
1236  }
1237
1238  d3_lattice_release(&d3_l);
1239 #endif
1240
1241  return 1;
1242 }