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
 123   p+=((q/6)*j);
 124   if(get_rand(URAND_MAX)>p) MAKE_CRYST(thiz);
 125  }
 126
 127  return 1;
 128 }
 129
 130 int distrib_c(d3_lattice *d3_l,info *my_info,int step,double c_ratio,u32 rj_m,u32 *rj_g)
 131 {
 132  u32 x,y,z;
 133  int i,j,k,c;
 134  int offset,off;
 135  int carry;
 136
 137  /* put one c ion somewhere in the lattice */
 138  if(my_info->cc<c_ratio*step)
 139  {
 140   x=get_rand(d3_l->max_x);
 141   y=get_rand(d3_l->max_y);
 142   z=get_rand_reject(d3_l->max_z,rj_m,rj_g);
 143   *(d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)+=1;
 144   (my_info->cc)++;
 145  }
 146
 147  if(step%my_info->diff_rate==0)
 148  {
 149
 150  for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 151  {
 152   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 153   {
 154    for(k=0;k<d3_l->max_z;k++)
 155    {
 156     offset=i+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 157     /* case amorph: amorph <- cryst diffusion */
 158     if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH && *(d3_l->extra+offset)<my_info->c_sat)
 159     {
 160      for(c=-1;c<=1;c++)
 161      {
 162       if(c!=0)
 163       {
 164        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;
 165        carry=0;
 166        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 167        if(carry!=0)
 168        {
 169         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 170         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 171        }
 172       }
 173      }
 174      for(c=-1;c<=1;c++)
 175      {
 176       if(c!=0)
 177       {
 178        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;
 179        carry=0;
 180        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 181        if(carry!=0)
 182        {
 183         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 184         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 185        }
 186       }
 187      }
 188      if(my_info->z_diff)
 189      {
 190       if(k!=0)
 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       if(k!=d3_l->max_z-1)
 202       {
 203        off=i+j*d3_l->max_x+(k+1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 204        carry=0;
 205        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 206        if(carry!=0)
 207        {
 208         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 209         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 210        }
 211       }
 212      }
 213     } else
 214     /* case not amorph: cryst <-> cryst diffusion */
 215     if(my_info->c_diff) {
 216     /* if there is c diff, no diff in z-direction */
 217     {
 218      for(c=-1;c<=1;c++)
 219      {
 220       if(c!=0)
 221       {
 222        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;
 223        carry=0;
 224        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 225        {
 226         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 227         if(carry!=0)
 228         {
 229          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 230          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 231         }
 232        }
 233       }
 234      }
 235      for(c=-1;c<=1;c++)
 236      {
 237       if(c!=0)
 238       {
 239        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;
 240        carry=0;
 241        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 242        {
 243         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 244         if(carry!=0)
 245         {
 246          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 247          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 248         }
 249        }
 250       }
 251      }
 252     }
 253     /* end test */
 254     }
 255     /* */
 256    } /* for z */
 257   } /* for y */
 258  } /* for x */
 259
 260  } /* if step modulo diff_rate == 0 */
 261
 262  return 1;
 263 }
 264
 265 int calc_pressure(d3_lattice *d3_l,int range)
 266 {
 267  int i,j,off;
 268  double count,max=0;
 269  int x,y,z;
 270
 271  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 272  {
 273   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 274   {
 275    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 276    {
 277     count=0;
 278     for(i=-range;i<=range;i++)
 279     {
 280      for(j=-range;j<=range;j++)
 281      {
 282       if(i!=0 && j!=0)
 283       {
 284        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;
 285        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 286       }
 287      }
 288     }
 289     if(count>max) max=count;
 290    }
 291   }
 292  }
 293
 294  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 295  {
 296   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 297   {
 298    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 299    {
 300     count=0;
 301     for(i=-range;i<=range;i++)
 302     {
 303      for(j=-range;j<=range;j++)
 304      {
 305       if(i!=0 && j!=0)
 306       {
 307        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;
 308        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 309       }
 310      }
 311     }
 312     *(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);
 313    }
 314   }
 315  }
 316
 317  return 1;
 318 }
 319
 320 int calc_max_extra(d3_lattice *d3_l)
 321 {
 322  int x,y,z;
 323  int off,max=0;
 324
 325  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 326  {
 327   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 328   {
 329    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 330    {
 331     off=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 332     if(*(d3_l->extra+off)>max) max=*(d3_l->extra+off);
 333    }
 334   }
 335  }
 336
 337  return max;
 338 }
 339
 340 int write_ac_distr(d3_lattice *d3_l,int ac_distr)
 341 {
 342  int fd,x,y,z;
 343  int count,offset;
 344  char file[16];
 345
 346  if(ac_distr==1) strcpy(file,"a.plot");
 347  if(ac_distr==2) strcpy(file,"c.plot");
 348  if(ac_distr==3) strcpy(file,"b.plot");
 349
 350  if((fd=open(file,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 351  {
 352   puts("cannot open plot file");
 353   return -1;
 354  }
 355
 356  for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 357  {
 358   count=0;
 359   for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 360   {
 361    for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 362    {
 363     offset=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 364     if(ac_distr==1)
 365      if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH) count+=*(d3_l->extra+offset);
 366     if(ac_distr==2)
 367      if(!(*(d3_l->status+offset)&AMORPH)) count+=*(d3_l->extra+offset);
 368     if(ac_distr==3) count+=*(d3_l->extra+offset);
 369    }
 370   }
 371   dprintf(fd,"%d %d\n",z,count);
 372  }
 373  close(fd);
 374
 375  return 1;
 376 }
 377
 378 int write_bmp(d3_lattice *d3_l,int window,u32 x,u32 y,u32 z,int max)
 379 {
 380  int fd,i,j,size=0,foo=0,k,sum;
 381  int width=0,height=0;
 382  char bmpfile[MAX_CHARS];
 383  char buf[128];
 384
 385  if(window==1)
 386  {
 387   sprintf(bmpfile,"x-z_%d.bmp",y);
 388   foo=3*d3_l->max_x;
 389   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 390   height=d3_l->max_z;
 391   width=d3_l->max_x;
 392  }
 393  if(window==2)
 394  {
 395   sprintf(bmpfile,"y-z_%d.bmp",x);
 396   foo=3*d3_l->max_y;
 397   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 398   height=d3_l->max_z;
 399   width=d3_l->max_y;
 400  }
 401  if(window==3)
 402  {
 403   sprintf(bmpfile,"x-y_%d.bmp",z);
 404   foo=3*d3_l->max_x;
 405   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_y;
 406   width=d3_l->max_x;
 407   height=d3_l->max_y;
 408  }
 409  if(window==4)
 410  {
 411   sprintf(bmpfile,"x-z_cdistr_%d.bmp",y);
 412   foo=3*d3_l->max_x;
 413   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 414   height=d3_l->max_z;
 415   width=d3_l->max_x;
 416  }
 417  if(window==5)
 418  {
 419   sprintf(bmpfile,"y-z_cdistr_%d.bmp",x);
 420   foo=3*d3_l->max_y;
 421   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 422   height=d3_l->max_z;
 423   width=d3_l->max_y;
 424  }
 425  if(window==6)
 426  {
 427   sprintf(bmpfile,"x-y_cdistr_%d.bmp",z);
 428   foo=3*d3_l->max_x;
 429   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_y;
 430   width=d3_l->max_x;
 431   height=d3_l->max_y;
 432  }
 433
 434  if((fd=open(bmpfile,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 435  {
 436   puts("cannot open bmp file");
 437   return -1;
 438  }
 439
 440  /* bmpheader */
 441  buf[0]='B'; /* std header start */
 442  buf[1]='M';
 443  buf[2]=(size+0x36)&0xff; /* file size */
 444  buf[3]=(size+0x36)>>8;
 445  memset(buf+4,0,6);
 446  buf[10]=0x36; /* offset to data */
 447  memset(buf+11,0,3);
 448  buf[14]=0x28; /* length of bmp info header */
 449  memset(buf+15,0,3);
 450  buf[18]=width&0xff; /* width and height */
 451  buf[19]=width>>8;
 452  memset(buf+20,0,2);
 453  buf[22]=height&0xff;
 454  buf[23]=height>>8;
 455  memset(buf+24,0,2);
 456  buf[26]=1; /* # planes -> 1 */
 457  buf[27]=0;
 458  buf[28]=24; /* bits per pixel -> 2^24 (true color) */
 459  buf[29]=0;
 460  memset(buf+30,0,4); /* compression -> none */
 461  buf[34]=size&0xff; /* data size */
 462  buf[35]=size>>8;
 463  memset(buf+36,0,2);
 464  buf[38]=0x12; /* res: pixel/meter */
 465  buf[39]=0x0b;
 466  memset(buf+40,0,2);
 467  buf[42]=0x12;
 468  buf[43]=0x0b;
 469  memset(buf+44,0,2);
 470  memset(buf+46,0,8); /* no colors, no important colors */
 471
 472  if(write(fd,buf,54)<54)
 473  {
 474   puts("failed writing bmp header");
 475   return -1;
 476  }
 477  if(window==1)
 478  {
 479   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 480   {
 481    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 482    {
 483     sum=0;
 484     for(k=-2;k<=2;k++)
 485      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;
 486     sum/=5;
 487     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 488     if(write(fd,buf,3)<3)
 489     {
 490      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 491      return-1;
 492     }
 493    }
 494    if(foo%4)
 495    {
 496     memset(buf,0,4-foo%4);
 497     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 498     {
 499      puts("failed writing 4 byte ending");
 500      return -1;
 501     }
 502    }
 503   }
 504  }
 505  if(window==2)
 506  {
 507   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 508   {
 509    for(i=0;i<d3_l->max_y;i++)
 510    {
 511     sum=0;
 512     for(k=-2;k<=2;k++)
 513      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;
 514     sum/=5;
 515     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 516     if(write(fd,buf,3)<3)
 517     {
 518      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 519      return-1;
 520     }
 521    }
 522    if(foo%4)
 523    {
 524     memset(buf,0,4-foo%4);
 525     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 526     {
 527      puts("failed writing 4 byte ending");
 528      return -1;
 529     }
 530    }
 531   }
 532  }
 533  if(window==3)
 534  {
 535   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 536   {
 537    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 538    {
 539     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);
 540     else memset(buf,0,3);
 541     if(write(fd,buf,3)<3)
 542     {
 543      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 544      return -1;
 545     }
 546    }
 547    if(foo%4)
 548    {
 549     memset(buf,0,4-foo%4);
 550     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 551     {
 552      puts("failed writing 4 byte ending");
 553      return -1;
 554     }
 555    }
 556   }
 557  }
 558  if(window==4)
 559  {
 560   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 561   {
 562    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 563    {
 564     sum=*(d3_l->extra+i+y*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 565     sum=sum*255/max;
 566     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 567     if(write(fd,buf,3)<3)
 568     {
 569      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 570      return-1;
 571     }
 572    }
 573    if(foo%4)
 574    {
 575     memset(buf,0,4-foo%4);
 576     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 577     {
 578      puts("failed writing 4 byte ending");
 579      return -1;
 580     }
 581    }
 582   }
 583  }
 584  if(window==5)
 585  {
 586   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 587   {
 588    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 589    {
 590     sum=*(d3_l->extra+x+i*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 591     sum=sum*255/max;
 592     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 593     if(write(fd,buf,3)<3)
 594     {
 595      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 596      return-1;
 597     }
 598    }
 599    if(foo%4)
 600    {
 601     memset(buf,0,4-foo%4);
 602     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 603     {
 604      puts("failed writing 4 byte ending");
 605      return -1;
 606     }
 607    }
 608   }
 609  }
 610  if(window==6)
 611  {
 612   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 613   {
 614    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 615    {
 616     sum=*(d3_l->extra+i+(d3_l->max_y-j-1)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 617     sum=sum*255/max;
 618     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 619     if(write(fd,buf,3)<3)
 620     {
 621      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 622      return-1;
 623     }
 624    }
 625    if(foo%4)
 626    {
 627     memset(buf,0,4-foo%4);
 628     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 629     {
 630      puts("failed writing 4 byte ending");
 631      return -1;
 632     }
 633    }
 634   }
 635  }
 636  close(fd);
 637
 638  return 1;
 639 }
 640
 641 int save_to_file(char *sf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 642 {
 643  int sf_fd,c;
 644
 645  if((sf_fd=open(sf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 646  {
 647   puts("cannot open save file");
 648   return -1;
 649  }
 650  if(write(sf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 651  {
 652   puts("failed saving d3 lattice struct");
 653   return -1;
 654  }
 655  if(write(sf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 656  {
 657   puts("failed saving info struct");
 658   return-1;
 659  }
 660  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 661  if(write(sf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 662  {
 663   puts("failed saving status of d3 lattice sites");
 664   return -1;
 665  }
 666  if(write(sf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 667  {
 668   puts("failed saving sites concentration");
 669   return -1;
 670  }
 671  close(sf_fd);
 672
 673  return 1;
 674 }
 675
 676 int load_from_file(char *lf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 677 {
 678  int lf_fd,c;
 679
 680  if((lf_fd=open(lf,O_RDONLY))<0)
 681  {
 682   puts("cannot open load file");
 683   return -1;
 684  }
 685  if(read(lf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 686  {
 687   puts("failed reading d3 lattice struct");
 688   return -1;
 689  }
 690  if(read(lf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 691  {
 692   puts("failed reading info struct");
 693   return-1;
 694  }
 695  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 696  if((d3_l->status=(unsigned char*)malloc(c*sizeof(unsigned char)))==NULL)
 697  {
 698   puts("cannot allocate status buffer");
 699   return -1;
 700  }
 701  if((d3_l->extra=(int *)malloc(c*sizeof(int)))==NULL)
 702  {
 703   puts("cannot allocate concentration buffer");
 704   return -1;
 705  }
 706  if(read(lf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 707  {
 708   puts("failed reading status of d3 lattice sites");
 709   return -1;
 710  }
 711  if(read(lf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 712  {
 713   puts("failed reading sites concentration");
 714   return -1;
 715  }
 716  close(lf_fd);
 717
 718  return 1;
 719 }
 720
 721 int convert_file(char *cf,d3_lattice *d3_l)
 722 {
 723  int x,y,z;
 724  int c_fd;
 725
 726  if((c_fd=open(cf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 727  {
 728   puts("cannot open convert file");
 729   return -1;
 730  }
 731  dprintf(c_fd,"# created by nlsop (gnuplot format)\n");
 732  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 733  {
 734   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 735   {
 736    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 737    {
 738     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);
 739    }
 740   }
 741  }
 742  close(c_fd);
 743
 744  return 1;
 745 }
 746
 747 int get_c_ratio(double *c_ratio,char *pfile,info *my_info,d3_lattice *d3_l)
 748 {
 749  double all,a,b,d;
 750  int i,k;
 751  int p_fd;
 752  unsigned char buf[32];
 753  char *p;
 754  unsigned char c;
 755
 756  if((p_fd=open(pfile,O_RDONLY))<0)
 757  {
 758   puts("cannot open profile file");
 759   return -1;
 760  }
 761  k=1;
 762  d=0;
 763  all=0;
 764  while(k)
 765  {
 766   for(i=0;i<32;i++)
 767   {
 768    k=read(p_fd,&c,1);
 769    buf[i]=c;
 770    if(c=='\n') break;
 771   }
 772   if(k)
 773   {
 774    p=strtok(buf," ");
 775    a=atof(p)/10; /* nm */
 776    p=strtok(NULL," ");
 777    b=atof(p);
 778    if(a<=d3_l->max_z*CELL_LENGTH) d+=b;
 779    all+=b;
 780   }
 781  }
 782  *c_ratio=d/all;
 783  close(p_fd);
 784
 785  return 1;
 786 }
 787
 788 u32 get_reject_graph(info *my_info,d3_lattice *d3_l,char *file,u32 *graph) {
 789  double a,b;
 790  int i,j,k;
 791  int fd;
 792  char buf[32],*p;
 793  unsigned char *flag;
 794  u32 max;
 795
 796  max=0;
 797  if((fd=open(file,O_RDONLY))<0)
 798  {
 799   puts("cannot open file to calculate rejection graph");
 800   return -1;
 801  }
 802  if((flag=(unsigned char *)malloc(d3_l->max_z))==NULL)
 803  {
 804   puts("cannot malloc flag memory for rejection graph");
 805   return -1;
 806  }
 807  memset(flag,0,d3_l->max_z);
 808  memset(graph,0,d3_l->max_z*sizeof(u32));
 809  /* get fixpoints */
 810  k=1;
 811  while(k)
 812  {
 813   for(i=0;i<32;i++)
 814   {
 815    k=read(fd,&buf[i],1);
 816    if((buf[i]=='\n')||(k==0)) break;
 817   }
 818   if(k)
 819   {
 820    p=strtok(buf," ");
 821    a=atof(p)/10; /* nm */
 822    p=strtok(NULL," ");
 823    b=atof(p);
 824    if(a>d3_l->max_z*CELL_LENGTH) k=0;
 825    else
 826    {
 827     graph[(int)(a/CELL_LENGTH)]=(int)(URAND_MAX/100*b);
 828     flag[(int)(a/CELL_LENGTH)]=1;
 829    }
 830   }
 831  }
 832  /* do (linear) interpolation here! */
 833  i=0;
 834  a=0;
 835  while(i<d3_l->max_z)
 836  {
 837   /* graph[0] is 0! */
 838   j=i;
 839   i++;
 840   while(flag[i]==0&&i<d3_l->max_z) i++;
 841   for(k=j+1;k<i;k++) graph[k]=(int)((k-j)*((int)graph[i]-(int)graph[j])/(i-j))+graph[j];
 842   if(graph[i]>max) max=graph[i];
 843  }
 844
 845  free(flag);
 846
 847 #ifdef DEBUG_INTERPOL_PROFILE
 848  printf("debug: (interpolated profile)\n");
 849  for(i=0;i<d3_l->max_z;i++) printf("%d %d\n",i,graph[i]);
 850 #endif
 851
 852  return max;
 853 }
 854
 855 int main(int argc,char **argv)
 856 {
 857  u32 x,y,z,x_c,y_c,z_c;
 858  int i,j,quit,escape,switchmode,nowait,bmp,ac_distr;
 859  int refresh,resave;
 860  int c_step;
 861  char s_file[MAX_CHARS];
 862  char s_file_tmp[MAX_CHARS];
 863  char l_file[MAX_CHARS];
 864  char c_file[MAX_CHARS];
 865  char p_file[MAX_CHARS];
 866  char n_e_file[MAX_CHARS];
 867  char convert;
 868  char r_file[MAX_CHARS];
 869 #ifdef USE_DFB_API
 870  char xyz_txt[MAX_TXT];
 871  char status_txt[MAX_TXT];
 872  char conc_txt[MAX_TXT];
 873  char steps_txt[MAX_TXT];
 874  char cc_txt[MAX_TXT];
 875  char a_txt[MAX_TXT];
 876  char s_txt[MAX_TXT];
 877  char ap_txt[MAX_TXT];
 878  char r_txt[MAX_TXT];
 879  char cp_txt[MAX_TXT];
 880  char zdiff_txt[MAX_TXT];
 881  char diff_txt[MAX_TXT];
 882  char dr_ac_txt[MAX_TXT];
 883  char dr_cc_txt[MAX_TXT];
 884  char dose_txt[MAX_TXT];
 885  char mode_txt[MAX_TXT];
 886  char hpi_txt[MAX_TXT];
 887  char csat_txt[MAX_TXT];
 888  char *arg_v[MAX_ARGV];
 889 #endif
 890  d3_lattice d3_l;
 891  info my_info;
 892  unsigned char mode;
 893  double c_ratio;
 894 #ifdef USE_DFB_API
 895  int max_extra;
 896 #endif
 897  u32 *c_profile;
 898  u32 *n_e_loss;
 899  u32 ne_max,ip_max;
 900  u32 nel_z;
 901
 902  d3_l.max_x=X;
 903  d3_l.max_y=Y;
 904  d3_l.max_z=Z;
 905  my_info.steps=STEPS;
 906  my_info.range=RANGE;
 907  refresh=REFRESH;
 908  resave=RESAVE;
 909  my_info.z_diff=0;
 910  my_info.c_diff=1;
 911  my_info.a_ap=A_AP;
 912  my_info.b_ap=B_AP;
 913  my_info.a_cp=A_CP;
 914  my_info.cc=CC;
 915  my_info.dr_ac=DR_AC;
 916  my_info.dr_cc=DR_CC;
 917  my_info.diff_rate=DIFF_RATE;
 918  my_info.cpi=CPI;
 919  my_info.c_sat=C_SAT;
 920  nowait=0;
 921  quit=0;
 922  escape=0;
 923  switchmode=0;
 924  c_step=0;
 925  strcpy(s_file,"");
 926  strcpy(l_file,"");
 927  strcpy(c_file,"");
 928  strcpy(p_file,IMP_PROFILE);
 929  strcpy(n_e_file,NEL_PROFILE);
 930  convert=0;
 931  strcpy(r_file,"");
 932  mode=0;
 933  ne_max=0;
 934  ip_max=0;
 935
 936  for(i=1;i<argc;i++)
 937  {
 938   if(argv[i][0]=='-')
 939   {
 940    switch(argv[i][1])
 941    {
 942     case 'h':
 943      usage();
 944      return -1;
 945     case 'n':
 946      nowait=1;
 947      break;
 948     case 'x':
 949      d3_l.max_x=atoi(argv[++i]);
 950      break;
 951     case 'y':
 952      d3_l.max_y=atoi(argv[++i]);
 953      break;
 954     case 'z':
 955      d3_l.max_z=atoi(argv[++i]);
 956      break;
 957     case 'Z':
 958      my_info.z_diff=1;
 959      break;
 960     case 'i':
 961      my_info.c_diff=0;
 962      my_info.dr_cc=0;
 963      break;
 964     case 's':
 965      my_info.steps=atoi(argv[++i]);
 966      break;
 967     case 'd':
 968      refresh=atoi(argv[++i]);
 969      break;
 970     case 'r':
 971      my_info.range=atoi(argv[++i]);
 972      break;
 973     case 'f':
 974      my_info.a_ap=atof(argv[++i]);
 975      break;
 976     case 'p':
 977      my_info.b_ap=atof(argv[++i]);
 978      break;
 979     case 'F':
 980      my_info.a_cp=atof(argv[++i]);
 981      break;
 982     case 'W':
 983      resave=atoi(argv[++i]);
 984      break;
 985     case 'C':
 986      strcpy(l_file,argv[++i]);
 987      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') strcpy(c_file,argv[++i]);
 988      convert=1;
 989      break;
 990     case 'D':
 991      my_info.dr_ac=atof(argv[++i]);
 992      break;
 993     case 'c':
 994      my_info.dr_cc=atof(argv[++i]);
 995      break;
 996     case 'e':
 997      my_info.diff_rate=atoi(argv[++i]);
 998      break;
 999     case 'L':
1000      strcpy(l_file,argv[++i]);
1001      break;
1002     case 'S':
1003      strcpy(s_file,argv[++i]);
1004      break;
1005     case 'R':
1006      strcpy(r_file,argv[++i]);
1007      break;
1008     case 'P':
1009      strcpy(p_file,argv[++i]);
1010      break;
1011     case 'N':
1012      strcpy(n_e_file,argv[++i]);
1013      break;
1014     case 'g':
1015      strcpy(l_file,argv[++i]);
1016      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') c_step=atoi(argv[++i]);
1017      break;
1018     case 'H':
1019      my_info.cpi=atoi(argv[++i]);
1020      break;
1021     case 'm':
1022      my_info.c_sat=atoi(argv[++i]);
1023      break;
1024     default:
1025      usage();
1026      return -1;
1027    }
1028   } else usage();
1029  }
1030
1031  x=d3_l.max_x/2-1;
1032  y=d3_l.max_y/2-1;
1033  z=d3_l.max_z/2-1;
1034
1035 #ifdef NODFB
1036  if(!strcmp(s_file,""))
1037  {
1038   puts("NODFB defined, run with -S option");
1039   return -1;
1040  }
1041 #endif
1042
1043  if(!strcmp(r_file,"")) rand_init(NULL);
1044  else rand_init(r_file);
1045
1046  if(!strcmp(l_file,""))
1047  {
1048   i=d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z;
1049 #ifdef USE_DFB_API
1050   d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
1051 #endif
1052   if((d3_l.status=(unsigned char *)malloc(i*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1053   {
1054    puts("failed allocating status buffer");
1055    return -1;
1056   }
1057   memset(d3_l.status,0,i*sizeof(unsigned char));
1058   if((d3_l.extra=(int *)malloc(i*sizeof(int)))==NULL)
1059   {
1060    puts("failed allocating concentration buffer");
1061    return -1;
1062   }
1063   memset(d3_l.extra,0,i*sizeof(int));
1064  } else
1065  {
1066   load_from_file(l_file,&d3_l,&my_info);
1067   if(convert)
1068   {
1069    if(!strcmp(c_file,"")) sprintf(c_file,"%s_gnuplot",l_file);
1070    printf("converting file %s to %s\n",l_file,c_file);
1071    convert_file(c_file,&d3_l);
1072    puts("done");
1073    return 1;
1074   }
1075 #ifdef USE_DFB_API
1076   else d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
1077 #endif
1078  }
1079
1080 #ifdef USE_DFB_API
1081  d3_event_init(&d3_l);
1082 #endif
1083
1084 #ifdef USE_DFB_API
1085  strcpy(a_txt,"args:");
1086  sprintf(s_txt,"steps: %d",my_info.steps);
1087  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));
1088  sprintf(r_txt,"pressure range: %d",my_info.range);
1089  sprintf(ap_txt,"a_ap: %f  b_ap: %f",my_info.a_ap,my_info.b_ap);
1090  sprintf(cp_txt,"a_cp: %f",my_info.a_cp);
1091  sprintf(dr_ac_txt,"a/c diffusion rate: %f",my_info.dr_ac);
1092  if(my_info.c_diff!=0) sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: %f",my_info.dr_cc);
1093  else sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: none");
1094  sprintf(zdiff_txt,"diffusion in z direction: %c",my_info.z_diff?'y':'n');
1095  sprintf(diff_txt,"diffusion every %d steps",my_info.diff_rate);
1096  strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1097  sprintf(hpi_txt,"hits per ion: %d",my_info.cpi);
1098  sprintf(csat_txt,"carbon saturation: %d",my_info.c_sat);
1099  arg_v[1]=mode_txt;
1100  arg_v[2]=xyz_txt;
1101  arg_v[3]=status_txt;
1102  arg_v[4]=conc_txt;
1103  arg_v[5]=NULL;
1104  arg_v[6]=steps_txt;
1105  arg_v[7]=cc_txt;
1106  arg_v[8]=NULL;
1107  arg_v[9]=a_txt;
1108  arg_v[10]=s_txt;
1109  arg_v[11]=dose_txt;
1110  arg_v[12]=diff_txt;
1111  arg_v[13]=zdiff_txt;
1112  arg_v[14]=r_txt;
1113  arg_v[15]=ap_txt;
1114  arg_v[16]=cp_txt;
1115  arg_v[17]=dr_ac_txt;
1116  arg_v[18]=dr_cc_txt;
1117  arg_v[19]=hpi_txt;
1118  arg_v[20]=csat_txt;
1119  arg_v[21]=NULL;
1120  arg_v[22]=NULL;
1121  arg_v[23]=NULL;
1122  arg_v[24]=NULL;
1123  arg_v[25]=NULL;
1124 #endif
1125
1126  if((!strcmp(l_file,""))||(c_step))
1127  {
1128   /* calculate ratio of c_simwindow / c_total */
1129   if(get_c_ratio(&c_ratio,p_file,&my_info,&d3_l)!=1)
1130   {
1131    puts("failed calculating ratio");
1132    return -1;
1133   }
1134   /* compute graphs for random number rejection method */
1135   if((c_profile=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1136   {
1137    puts("failed allocating memory for carbon profile graph");
1138    return -1;
1139   }
1140   if((n_e_loss=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1141   {
1142    puts("failed allocating memory for nuclear energy loss graph");
1143    return -1;
1144   }
1145   ip_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,p_file,c_profile);
1146   ne_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,n_e_file,n_e_loss);
1147
1148 #ifdef DEBUG_RAND
1149  while(1)
1150  {
1151 #ifdef DEBUG_CP
1152   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ip_max,c_profile));
1153 #endif
1154 #ifdef DEBUG_NEL
1155   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss));
1156 #endif
1157 #ifdef DEBUG_NORM
1158   printf("%d\n",get_rand(d3_l.max_z));
1159 #endif
1160  }
1161 #endif
1162
1163   i=(c_step?c_step:0);
1164   while((i<my_info.steps) && (quit==0) && (escape==0))
1165   {
1166    for(j=0;j<my_info.cpi;j++)
1167    {
1168     x_c=get_rand(d3_l.max_x);
1169     y_c=get_rand(d3_l.max_y);
1170     // z_c=get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss);
1171     z_c=get_rand(d3_l.max_z);
1172     nel_z=URAND_MAX*(1.0*n_e_loss[z_c]/ne_max);
1173     process_cell(&d3_l,x_c,y_c,z_c,&my_info,nel_z);
1174    }
1175    distrib_c(&d3_l,&my_info,i,c_ratio,ip_max,c_profile);
1176 #ifdef USE_DFB_API
1177    if(i%refresh==0)
1178    {
1179     sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1180     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');
1181     sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1182     sprintf(steps_txt,"step: %d",i);
1183     sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1184     d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,0);
1185    }
1186 #endif
1187    if(i%resave==0 && strcmp(s_file,"") && resave!=0 && i!=0)
1188    {
1189     sprintf(s_file_tmp,"%s_%d_of_%d",s_file,i,my_info.steps);
1190     save_to_file(s_file_tmp,&d3_l,&my_info);
1191 #ifdef NODFB
1192     printf("saved %s\n",s_file_tmp);
1193 #endif
1194    }
1195    i++;
1196   }
1197  }
1198
1199  if(strcmp(s_file,""))
1200  {
1201    printf("saved %s\n",s_file);
1202    save_to_file(s_file,&d3_l,&my_info);
1203  }
1204
1205 #ifdef USE_DFB_API
1206  /* allocating buffer for pressure values */
1207  if((d3_l.v_ptr=malloc(d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1208  {
1209   puts("cannot allocate buffer for pressure values");
1210   return -1;
1211  }
1212  /* calc values */
1213  calc_pressure(&d3_l,my_info.range);
1214  max_extra=calc_max_extra(&d3_l);
1215
1216  while((quit==0) && (escape==0) && (nowait==0))
1217  {
1218   /* bahh! */
1219   if(switchmode==0) mode=0;
1220   if(switchmode==1) mode=1;
1221   if(switchmode==2) mode=2;
1222   /* end of bahh! */
1223   sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1224   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');
1225   sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1226   sprintf(steps_txt,"step: end");
1227   sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1228   if(switchmode==0) strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1229   if(switchmode==1) strcpy(mode_txt,"view: c conc mode");
1230   if(switchmode==2) strcpy(mode_txt,"view: a pressure mode");
1231   d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,max_extra);
1232   bmp=0;
1233   ac_distr=0;
1234   scan_event(&d3_l,&x,&y,&z,&quit,&escape,&switchmode,&bmp,&ac_distr);
1235   if(bmp) write_bmp(&d3_l,bmp,x,y,z,max_extra);
1236   if(ac_distr) write_ac_distr(&d3_l,ac_distr);
1237  }
1238
1239  d3_lattice_release(&d3_l);
1240 #endif
1241
1242  return 1;
1243 }