nlsop.c

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