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  puts("-m <value> \t specify c->a carbon saturation");
  84
  85  return 1;
  86 }
  87
  88 int process_cell(d3_lattice *d3_l,u32 x,u32 y,u32 z,info *my_info)
  89 {
  90  unsigned char *thiz;
  91  int *conc;
  92  int i,j;
  93  int off;
  94  double p;
  95
  96  thiz=d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  97  conc=d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  98  p=my_info->b_ap*URAND_MAX;
  99  for(i=-(my_info->range);i<=my_info->range;i++)
 100  {
 101   for(j=-(my_info->range);j<=my_info->range;j++)
 102   {
 103    if(!(i==0 && j==0))
 104    {
 105     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;
 106     if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) p+=my_info->a_ap*(*(d3_l->extra+off))*URAND_MAX/(i*i+j*j);
 107    }
 108   }
 109  }
 110  p+=*conc*my_info->a_cp*URAND_MAX;
 111  if(!(*thiz&AMORPH))
 112  {
 113   if(get_rand(URAND_MAX)<=p) MAKE_AMORPH(thiz);
 114  } else
 115  {
 116   /* assume 1-p probability */
 117   if(get_rand(URAND_MAX)>p) MAKE_CRYST(thiz);
 118  }
 119
 120  return 1;
 121 }
 122
 123 int distrib_c(d3_lattice *d3_l,info *my_info,int step,double c_ratio,u32 rj_m,u32 *rj_g)
 124 {
 125  u32 x,y,z;
 126  int i,j,k,c;
 127  int offset,off;
 128  int carry;
 129
 130  /* put one c ion somewhere in the lattice */
 131  if(my_info->cc<c_ratio*step)
 132  {
 133   x=get_rand(d3_l->max_x);
 134   y=get_rand(d3_l->max_y);
 135   z=get_rand_reject(d3_l->max_z,rj_m,rj_g);
 136   *(d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)+=1;
 137   (my_info->cc)++;
 138  }
 139
 140  if(step%my_info->diff_rate==0)
 141  {
 142
 143  for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 144  {
 145   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 146   {
 147    for(k=0;k<d3_l->max_z;k++)
 148    {
 149     offset=i+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 150     /* case amorph: amorph <- cryst diffusion */
 151     if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH && *(d3_l->extra+offset)<my_info->c_sat)
 152     {
 153      for(c=-1;c<=1;c++)
 154      {
 155       if(c!=0)
 156       {
 157        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;
 158        carry=0;
 159        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 160        if(carry!=0)
 161        {
 162         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 163         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 164        }
 165       }
 166      }
 167      for(c=-1;c<=1;c++)
 168      {
 169       if(c!=0)
 170       {
 171        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;
 172        carry=0;
 173        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 174        if(carry!=0)
 175        {
 176         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 177         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 178        }
 179       }
 180      }
 181      if(my_info->z_diff)
 182      {
 183       if(k!=0)
 184       {
 185        off=i+j*d3_l->max_x+(k-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 186        carry=0;
 187        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 188        if(carry!=0)
 189        {
 190         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 191         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 192        }
 193       }
 194       if(k!=d3_l->max_z-1)
 195       {
 196        off=i+j*d3_l->max_x+(k+1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 197        carry=0;
 198        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 199        if(carry!=0)
 200        {
 201         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 202         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 203        }
 204       }
 205      }
 206     } else
 207     /* case not amorph: cryst <-> cryst diffusion */
 208     if(my_info->c_diff) {
 209     /* if there is c diff, no diff in z-direction */
 210     {
 211      for(c=-1;c<=1;c++)
 212      {
 213       if(c!=0)
 214       {
 215        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;
 216        carry=0;
 217        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 218        {
 219         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 220         if(carry!=0)
 221         {
 222          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 223          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 224         }
 225        }
 226       }
 227      }
 228      for(c=-1;c<=1;c++)
 229      {
 230       if(c!=0)
 231       {
 232        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;
 233        carry=0;
 234        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 235        {
 236         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 237         if(carry!=0)
 238         {
 239          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 240          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 241         }
 242        }
 243       }
 244      }
 245     }
 246     /* end test */
 247     }
 248     /* */
 249    } /* for z */
 250   } /* for y */
 251  } /* for x */
 252
 253  } /* if step modulo diff_rate == 0 */
 254
 255  return 1;
 256 }
 257
 258 int calc_pressure(d3_lattice *d3_l,int range)
 259 {
 260  int i,j,off;
 261  double count,max=0;
 262  int x,y,z;
 263
 264  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 265  {
 266   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 267   {
 268    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 269    {
 270     count=0;
 271     for(i=-range;i<=range;i++)
 272     {
 273      for(j=-range;j<=range;j++)
 274      {
 275       if(i!=0 && j!=0)
 276       {
 277        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;
 278        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 279       }
 280      }
 281     }
 282     if(count>max) max=count;
 283    }
 284   }
 285  }
 286
 287  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 288  {
 289   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 290   {
 291    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 292    {
 293     count=0;
 294     for(i=-range;i<=range;i++)
 295     {
 296      for(j=-range;j<=range;j++)
 297      {
 298       if(i!=0 && j!=0)
 299       {
 300        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;
 301        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 302       }
 303      }
 304     }
 305     *(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);
 306    }
 307   }
 308  }
 309
 310  return 1;
 311 }
 312
 313 int calc_max_extra(d3_lattice *d3_l)
 314 {
 315  int x,y,z;
 316  int off,max=0;
 317
 318  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 319  {
 320   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 321   {
 322    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 323    {
 324     off=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 325     if(*(d3_l->extra+off)>max) max=*(d3_l->extra+off);
 326    }
 327   }
 328  }
 329
 330  return max;
 331 }
 332
 333 int write_ac_distr(d3_lattice *d3_l,int ac_distr)
 334 {
 335  int fd,x,y,z;
 336  int count,offset;
 337  char file[16];
 338
 339  if(ac_distr==1) strcpy(file,"a.plot");
 340  if(ac_distr==2) strcpy(file,"c.plot");
 341  if(ac_distr==3) strcpy(file,"b.plot");
 342
 343  if((fd=open(file,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 344  {
 345   puts("cannot open plot file");
 346   return -1;
 347  }
 348
 349  for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 350  {
 351   count=0;
 352   for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 353   {
 354    for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 355    {
 356     offset=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 357     if(ac_distr==1)
 358      if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH) count+=*(d3_l->extra+offset);
 359     if(ac_distr==2)
 360      if(!(*(d3_l->status+offset)&AMORPH)) count+=*(d3_l->extra+offset);
 361     if(ac_distr==3) count+=*(d3_l->extra+offset);
 362    }
 363   }
 364   dprintf(fd,"%d %d\n",z,count);
 365  }
 366  close(fd);
 367
 368  return 1;
 369 }
 370
 371 int write_bmp(d3_lattice *d3_l,int window,u32 x,u32 y,u32 z,int max)
 372 {
 373  int fd,i,j,size=0,foo=0,k,sum;
 374  int width=0,height=0;
 375  char bmpfile[MAX_CHARS];
 376  char buf[128];
 377
 378  if(window==1)
 379  {
 380   sprintf(bmpfile,"x-z_%d.bmp",y);
 381   foo=3*d3_l->max_x;
 382   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 383   height=d3_l->max_z;
 384   width=d3_l->max_x;
 385  }
 386  if(window==2)
 387  {
 388   sprintf(bmpfile,"y-z_%d.bmp",x);
 389   foo=3*d3_l->max_y;
 390   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 391   height=d3_l->max_z;
 392   width=d3_l->max_y;
 393  }
 394  if(window==3)
 395  {
 396   sprintf(bmpfile,"x-y_%d.bmp",z);
 397   foo=3*d3_l->max_x;
 398   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_y;
 399   width=d3_l->max_x;
 400   height=d3_l->max_y;
 401  }
 402  if(window==4)
 403  {
 404   sprintf(bmpfile,"x-z_cdistr_%d.bmp",y);
 405   foo=3*d3_l->max_x;
 406   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 407   height=d3_l->max_z;
 408   width=d3_l->max_x;
 409  }
 410  if(window==5)
 411  {
 412   sprintf(bmpfile,"y-z_cdistr_%d.bmp",x);
 413   foo=3*d3_l->max_y;
 414   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 415   height=d3_l->max_z;
 416   width=d3_l->max_y;
 417  }
 418  if(window==6)
 419  {
 420   sprintf(bmpfile,"x-y_cdistr_%d.bmp",z);
 421   foo=3*d3_l->max_x;
 422   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_y;
 423   width=d3_l->max_x;
 424   height=d3_l->max_y;
 425  }
 426
 427  if((fd=open(bmpfile,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 428  {
 429   puts("cannot open bmp file");
 430   return -1;
 431  }
 432
 433  /* bmpheader */
 434  buf[0]='B'; /* std header start */
 435  buf[1]='M';
 436  buf[2]=(size+0x36)&0xff; /* file size */
 437  buf[3]=(size+0x36)>>8;
 438  memset(buf+4,0,6);
 439  buf[10]=0x36; /* offset to data */
 440  memset(buf+11,0,3);
 441  buf[14]=0x28; /* length of bmp info header */
 442  memset(buf+15,0,3);
 443  buf[18]=width&0xff; /* width and height */
 444  buf[19]=width>>8;
 445  memset(buf+20,0,2);
 446  buf[22]=height&0xff;
 447  buf[23]=height>>8;
 448  memset(buf+24,0,2);
 449  buf[26]=1; /* # planes -> 1 */
 450  buf[27]=0;
 451  buf[28]=24; /* bits per pixel -> 2^24 (true color) */
 452  buf[29]=0;
 453  memset(buf+30,0,4); /* compression -> none */
 454  buf[34]=size&0xff; /* data size */
 455  buf[35]=size>>8;
 456  memset(buf+36,0,2);
 457  buf[38]=0x12; /* res: pixel/meter */
 458  buf[39]=0x0b;
 459  memset(buf+40,0,2);
 460  buf[42]=0x12;
 461  buf[43]=0x0b;
 462  memset(buf+44,0,2);
 463  memset(buf+46,0,8); /* no colors, no important colors */
 464
 465  if(write(fd,buf,54)<54)
 466  {
 467   puts("failed writing bmp header");
 468   return -1;
 469  }
 470  if(window==1)
 471  {
 472   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 473   {
 474    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 475    {
 476     sum=0;
 477     for(k=-2;k<=2;k++)
 478      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;
 479     sum/=5;
 480     memset(buf,(unsigned char)sum,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==2)
 499  {
 500   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 501   {
 502    for(i=0;i<d3_l->max_y;i++)
 503    {
 504     sum=0;
 505     for(k=-2;k<=2;k++)
 506      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;
 507     sum/=5;
 508     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 509     if(write(fd,buf,3)<3)
 510     {
 511      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 512      return-1;
 513     }
 514    }
 515    if(foo%4)
 516    {
 517     memset(buf,0,4-foo%4);
 518     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 519     {
 520      puts("failed writing 4 byte ending");
 521      return -1;
 522     }
 523    }
 524   }
 525  }
 526  if(window==3)
 527  {
 528   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 529   {
 530    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 531    {
 532     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);
 533     else memset(buf,0,3);
 534     if(write(fd,buf,3)<3)
 535     {
 536      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 537      return -1;
 538     }
 539    }
 540    if(foo%4)
 541    {
 542     memset(buf,0,4-foo%4);
 543     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 544     {
 545      puts("failed writing 4 byte ending");
 546      return -1;
 547     }
 548    }
 549   }
 550  }
 551  if(window==4)
 552  {
 553   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 554   {
 555    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 556    {
 557     sum=*(d3_l->extra+i+y*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 558     sum=sum*255/max;
 559     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 560     if(write(fd,buf,3)<3)
 561     {
 562      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 563      return-1;
 564     }
 565    }
 566    if(foo%4)
 567    {
 568     memset(buf,0,4-foo%4);
 569     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 570     {
 571      puts("failed writing 4 byte ending");
 572      return -1;
 573     }
 574    }
 575   }
 576  }
 577  if(window==5)
 578  {
 579   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 580   {
 581    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 582    {
 583     sum=*(d3_l->extra+x+i*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 584     sum=sum*255/max;
 585     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 586     if(write(fd,buf,3)<3)
 587     {
 588      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 589      return-1;
 590     }
 591    }
 592    if(foo%4)
 593    {
 594     memset(buf,0,4-foo%4);
 595     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 596     {
 597      puts("failed writing 4 byte ending");
 598      return -1;
 599     }
 600    }
 601   }
 602  }
 603  if(window==6)
 604  {
 605   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 606   {
 607    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 608    {
 609     sum=*(d3_l->extra+i+(d3_l->max_y-j-1)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 610     sum=sum*255/max;
 611     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 612     if(write(fd,buf,3)<3)
 613     {
 614      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 615      return-1;
 616     }
 617    }
 618    if(foo%4)
 619    {
 620     memset(buf,0,4-foo%4);
 621     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 622     {
 623      puts("failed writing 4 byte ending");
 624      return -1;
 625     }
 626    }
 627   }
 628  }
 629  close(fd);
 630
 631  return 1;
 632 }
 633
 634 int save_to_file(char *sf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 635 {
 636  int sf_fd,c;
 637
 638  if((sf_fd=open(sf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 639  {
 640   puts("cannot open save file");
 641   return -1;
 642  }
 643  if(write(sf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 644  {
 645   puts("failed saving d3 lattice struct");
 646   return -1;
 647  }
 648  if(write(sf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 649  {
 650   puts("failed saving info struct");
 651   return-1;
 652  }
 653  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 654  if(write(sf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 655  {
 656   puts("failed saving status of d3 lattice sites");
 657   return -1;
 658  }
 659  if(write(sf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 660  {
 661   puts("failed saving sites concentration");
 662   return -1;
 663  }
 664  close(sf_fd);
 665
 666  return 1;
 667 }
 668
 669 int load_from_file(char *lf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 670 {
 671  int lf_fd,c;
 672
 673  if((lf_fd=open(lf,O_RDONLY))<0)
 674  {
 675   puts("cannot open load file");
 676   return -1;
 677  }
 678  if(read(lf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 679  {
 680   puts("failed reading d3 lattice struct");
 681   return -1;
 682  }
 683  if(read(lf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 684  {
 685   puts("failed reading info struct");
 686   return-1;
 687  }
 688  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 689  if((d3_l->status=(unsigned char*)malloc(c*sizeof(unsigned char)))==NULL)
 690  {
 691   puts("cannot allocate status buffer");
 692   return -1;
 693  }
 694  if((d3_l->extra=(int *)malloc(c*sizeof(int)))==NULL)
 695  {
 696   puts("cannot allocate concentration buffer");
 697   return -1;
 698  }
 699  if(read(lf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 700  {
 701   puts("failed reading status of d3 lattice sites");
 702   return -1;
 703  }
 704  if(read(lf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 705  {
 706   puts("failed reading sites concentration");
 707   return -1;
 708  }
 709  close(lf_fd);
 710
 711  return 1;
 712 }
 713
 714 int convert_file(char *cf,d3_lattice *d3_l)
 715 {
 716  int x,y,z;
 717  int c_fd;
 718
 719  if((c_fd=open(cf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 720  {
 721   puts("cannot open convert file");
 722   return -1;
 723  }
 724  dprintf(c_fd,"# created by nlsop (gnuplot format)\n");
 725  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 726  {
 727   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 728   {
 729    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 730    {
 731     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);
 732    }
 733   }
 734  }
 735  close(c_fd);
 736
 737  return 1;
 738 }
 739
 740 int get_c_ratio(double *c_ratio,char *pfile,info *my_info,d3_lattice *d3_l)
 741 {
 742  double all,a,b,d;
 743  int i,k;
 744  int p_fd;
 745  unsigned char buf[32];
 746  char *p;
 747  unsigned char c;
 748
 749  if((p_fd=open(pfile,O_RDONLY))<0)
 750  {
 751   puts("cannot open profile file");
 752   return -1;
 753  }
 754  k=1;
 755  d=0;
 756  all=0;
 757  while(k)
 758  {
 759   for(i=0;i<32;i++)
 760   {
 761    k=read(p_fd,&c,1);
 762    buf[i]=c;
 763    if(c=='\n') break;
 764   }
 765   if(k)
 766   {
 767    p=strtok(buf," ");
 768    a=atof(p)/10; /* nm */
 769    p=strtok(NULL," ");
 770    b=atof(p);
 771    if(a>my_info->b_cd*CELL_LENGTH && a<(my_info->b_cd+d3_l->max_z)*CELL_LENGTH) d+=b;
 772    all+=b;
 773   }
 774  }
 775  *c_ratio=d/all;
 776  close(p_fd);
 777
 778  return 1;
 779 }
 780
 781 u32 get_reject_graph(info *my_info,d3_lattice *d3_l,char *file,u32 *graph) {
 782  double a,b;
 783  int i,j,k;
 784  int fd;
 785  char buf[32],*p;
 786  unsigned char *flag;
 787  u32 max;
 788
 789  max=0;
 790  if((fd=open(file,O_RDONLY))<0)
 791  {
 792   puts("cannot open file to calculate rejection graph");
 793   return -1;
 794  }
 795  if((flag=(unsigned char *)malloc(d3_l->max_z))==NULL)
 796  {
 797   puts("cannot malloc flag memory for rejection graph");
 798   return -1;
 799  }
 800  memset(flag,0,d3_l->max_z);
 801  memset(graph,0,d3_l->max_z*sizeof(u32));
 802  /* get fixpoints */
 803  k=1;
 804  while(k)
 805  {
 806   for(i=0;i<32;i++)
 807   {
 808    k=read(fd,&buf[i],1);
 809    if((buf[i]=='\n')||(k==0)) break;
 810   }
 811   if(k)
 812   {
 813    p=strtok(buf," ");
 814    a=atof(p)/10; /* nm */
 815    p=strtok(NULL," ");
 816    b=atof(p);
 817    if(a>d3_l->max_z*CELL_LENGTH) k=0;
 818    else
 819    {
 820     graph[(int)(a/CELL_LENGTH)]=(int)(URAND_MAX*b);
 821     flag[(int)(a/CELL_LENGTH)]=1;
 822    }
 823   }
 824  }
 825  /* do (linear) interpolation here! */
 826  i=0;
 827  a=0;
 828  while(i<d3_l->max_z)
 829  {
 830   /* graph[0] is 0! */
 831   j=i;
 832   i++;
 833   while(flag[i]==0&&i<d3_l->max_z) i++;
 834   for(k=j+1;k<i;k++) graph[k]=(int)((k-j)*((int)graph[i]-(int)graph[j])/(i-j))+graph[j];
 835   if(graph[i]>max) max=graph[i];
 836  }
 837
 838  free(flag);
 839
 840 #ifdef DEBUG_INTERPOL_PROFILE
 841  printf("debug: (interpolated c profile)\n");
 842  for(i=0;i<d3_l->max_z;i++) printf("%d %d\n",i,graph[i]);
 843 #endif
 844
 845  return max;
 846 }
 847
 848 int main(int argc,char **argv)
 849 {
 850  u32 x,y,z,x_c,y_c,z_c;
 851  int i,j,quit,escape,switchmode,nowait,bmp,ac_distr;
 852  int refresh,resave;
 853  int c_step;
 854  char s_file[MAX_CHARS];
 855  char s_file_tmp[MAX_CHARS];
 856  char l_file[MAX_CHARS];
 857  char c_file[MAX_CHARS];
 858  char p_file[MAX_CHARS];
 859  char n_e_file[MAX_CHARS];
 860  char convert;
 861  char r_file[MAX_CHARS];
 862 #ifdef USE_DFB_API
 863  char xyz_txt[MAX_TXT];
 864  char status_txt[MAX_TXT];
 865  char conc_txt[MAX_TXT];
 866  char steps_txt[MAX_TXT];
 867  char cc_txt[MAX_TXT];
 868  char a_txt[MAX_TXT];
 869  char s_txt[MAX_TXT];
 870  char ap_txt[MAX_TXT];
 871  char el_txt[MAX_TXT];
 872  char cd_txt[MAX_TXT];
 873  char r_txt[MAX_TXT];
 874  char cp_txt[MAX_TXT];
 875  char zdiff_txt[MAX_TXT];
 876  char diff_txt[MAX_TXT];
 877  char dr_ac_txt[MAX_TXT];
 878  char dr_cc_txt[MAX_TXT];
 879  char dose_txt[MAX_TXT];
 880  char mode_txt[MAX_TXT];
 881  char hpi_txt[MAX_TXT];
 882  char csat_txt[MAX_TXT];
 883  char *arg_v[MAX_ARGV];
 884 #endif
 885  d3_lattice d3_l;
 886  info my_info;
 887  unsigned char mode;
 888  double c_ratio;
 889 #ifdef USE_DFB_API
 890  int max_extra;
 891 #endif
 892  u32 *c_profile;
 893  u32 *n_e_loss;
 894  u32 ne_max,ip_max;
 895
 896  d3_l.max_x=X;
 897  d3_l.max_y=Y;
 898  d3_l.max_z=Z;
 899  my_info.steps=STEPS;
 900  my_info.range=RANGE;
 901  refresh=REFRESH;
 902  resave=RESAVE;
 903  my_info.z_diff=0;
 904  my_info.c_diff=1;
 905  my_info.a_el=A_EL;
 906  my_info.b_el=B_EL;
 907  my_info.a_cd=A_CD;
 908  my_info.b_cd=B_CD;
 909  my_info.a_ap=A_AP;
 910  my_info.b_ap=B_AP;
 911  my_info.a_cp=A_CP;
 912  my_info.cc=CC;
 913  my_info.dr_ac=DR_AC;
 914  my_info.dr_cc=DR_CC;
 915  my_info.diff_rate=DIFF_RATE;
 916  my_info.cpi=CPI;
 917  my_info.c_sat=C_SAT;
 918  nowait=0;
 919  quit=0;
 920  escape=0;
 921  switchmode=0;
 922  c_step=0;
 923  strcpy(s_file,"");
 924  strcpy(l_file,"");
 925  strcpy(c_file,"");
 926  strcpy(p_file,IMP_PROFILE);
 927  strcpy(n_e_file,NEL_PROFILE);
 928  convert=0;
 929  strcpy(r_file,"");
 930  mode=0;
 931  ne_max=0;
 932  ip_max=0;
 933
 934  for(i=1;i<argc;i++)
 935  {
 936   if(argv[i][0]=='-')
 937   {
 938    switch(argv[i][1])
 939    {
 940     case 'h':
 941      usage();
 942      return -1;
 943     case 'n':
 944      nowait=1;
 945      break;
 946     case 'a':
 947      my_info.a_el=atof(argv[++i]);
 948      break;
 949     case 'b':
 950      my_info.b_el=atof(argv[++i]);
 951      break;
 952     case 'x':
 953      d3_l.max_x=atoi(argv[++i]);
 954      break;
 955     case 'y':
 956      d3_l.max_y=atoi(argv[++i]);
 957      break;
 958     case 'z':
 959      d3_l.max_z=atoi(argv[++i]);
 960      break;
 961     case 'Z':
 962      my_info.z_diff=1;
 963      break;
 964     case 'i':
 965      my_info.c_diff=0;
 966      my_info.dr_cc=0;
 967      break;
 968     case 's':
 969      my_info.steps=atoi(argv[++i]);
 970      break;
 971     case 'd':
 972      refresh=atoi(argv[++i]);
 973      break;
 974     case 'r':
 975      my_info.range=atoi(argv[++i]);
 976      break;
 977     case 'f':
 978      my_info.a_ap=atof(argv[++i]);
 979      break;
 980     case 'p':
 981      my_info.b_ap=atof(argv[++i]);
 982      break;
 983     case 'F':
 984      my_info.a_cp=atof(argv[++i]);
 985      break;
 986     case 'A':
 987      my_info.a_cd=atof(argv[++i]);
 988      break;
 989     case 'B':
 990      my_info.b_cd=atof(argv[++i]);
 991      break;
 992     case 'W':
 993      resave=atoi(argv[++i]);
 994      break;
 995     case 'C':
 996      strcpy(l_file,argv[++i]);
 997      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') strcpy(c_file,argv[++i]);
 998      convert=1;
 999      break;
1000     case 'D':
1001      my_info.dr_ac=atof(argv[++i]);
1002      break;
1003     case 'c':
1004      my_info.dr_cc=atof(argv[++i]);
1005      break;
1006     case 'e':
1007      my_info.diff_rate=atoi(argv[++i]);
1008      break;
1009     case 'L':
1010      strcpy(l_file,argv[++i]);
1011      break;
1012     case 'S':
1013      strcpy(s_file,argv[++i]);
1014      break;
1015     case 'R':
1016      strcpy(r_file,argv[++i]);
1017      break;
1018     case 'P':
1019      strcpy(p_file,argv[++i]);
1020      break;
1021     case 'N':
1022      strcpy(n_e_file,argv[++i]);
1023      break;
1024     case 'g':
1025      strcpy(l_file,argv[++i]);
1026      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') c_step=atoi(argv[++i]);
1027      break;
1028     case 'H':
1029      my_info.cpi=atoi(argv[++i]);
1030      break;
1031     case 'm':
1032      my_info.c_sat=atoi(argv[++i]);
1033      break;
1034     default:
1035      usage();
1036      return -1;
1037    }
1038   } else usage();
1039  }
1040
1041  x=d3_l.max_x/2-1;
1042  y=d3_l.max_y/2-1;
1043  z=d3_l.max_z/2-1;
1044
1045 #ifdef NODFB
1046  if(!strcmp(s_file,""))
1047  {
1048   puts("NODFB defined, run with -S option");
1049   return -1;
1050  }
1051 #endif
1052
1053  if(!strcmp(r_file,"")) rand_init(NULL);
1054  else rand_init(r_file);
1055
1056  if(!strcmp(l_file,""))
1057  {
1058   i=d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z;
1059 #ifdef USE_DFB_API
1060   d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
1061 #endif
1062   if((d3_l.status=(unsigned char *)malloc(i*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1063   {
1064    puts("failed allocating status buffer");
1065    return -1;
1066   }
1067   memset(d3_l.status,0,i*sizeof(unsigned char));
1068   if((d3_l.extra=(int *)malloc(i*sizeof(int)))==NULL)
1069   {
1070    puts("failed allocating concentration buffer");
1071    return -1;
1072   }
1073   memset(d3_l.extra,0,i*sizeof(int));
1074  } else
1075  {
1076   load_from_file(l_file,&d3_l,&my_info);
1077   if(convert)
1078   {
1079    if(!strcmp(c_file,"")) sprintf(c_file,"%s_gnuplot",l_file);
1080    printf("converting file %s to %s\n",l_file,c_file);
1081    convert_file(c_file,&d3_l);
1082    puts("done");
1083    return 1;
1084   }
1085 #ifdef USE_DFB_API
1086   else d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
1087 #endif
1088  }
1089
1090 #ifdef USE_DFB_API
1091  d3_event_init(&d3_l);
1092 #endif
1093
1094 #ifdef USE_DFB_API
1095  strcpy(a_txt,"args:");
1096  sprintf(s_txt,"steps: %d",my_info.steps);
1097  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));
1098  sprintf(r_txt,"pressure range: %d",my_info.range);
1099  sprintf(ap_txt,"a_ap: %f  b_ap: %f",my_info.a_ap,my_info.b_ap);
1100  sprintf(el_txt,"a_el: %f  b_el: %f",my_info.a_el,my_info.b_el);
1101  sprintf(cd_txt,"a_cd: %f  b_cd: %f",my_info.a_cd,my_info.b_cd);
1102  sprintf(cp_txt,"a_cp: %f",my_info.a_cp);
1103  sprintf(dr_ac_txt,"a/c diffusion rate: %f",my_info.dr_ac);
1104  if(my_info.c_diff!=0) sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: %f",my_info.dr_cc);
1105  else sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: none");
1106  sprintf(zdiff_txt,"diffusion in z direction: %c",my_info.z_diff?'y':'n');
1107  sprintf(diff_txt,"diffusion every %d steps",my_info.diff_rate);
1108  strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1109  sprintf(hpi_txt,"hits per ion: %d",my_info.cpi);
1110  sprintf(csat_txt,"carbon saturation: %d",my_info.c_sat);
1111  arg_v[1]=mode_txt;
1112  arg_v[2]=xyz_txt;
1113  arg_v[3]=status_txt;
1114  arg_v[4]=conc_txt;
1115  arg_v[5]=NULL;
1116  arg_v[6]=steps_txt;
1117  arg_v[7]=cc_txt;
1118  arg_v[8]=NULL;
1119  arg_v[9]=a_txt;
1120  arg_v[10]=s_txt;
1121  arg_v[11]=dose_txt;
1122  arg_v[12]=diff_txt;
1123  arg_v[13]=zdiff_txt;
1124  arg_v[14]=r_txt;
1125  arg_v[15]=ap_txt;
1126  arg_v[16]=el_txt;
1127  arg_v[17]=cd_txt;
1128  arg_v[18]=cp_txt;
1129  arg_v[19]=dr_ac_txt;
1130  arg_v[20]=dr_cc_txt;
1131  arg_v[21]=hpi_txt;
1132  arg_v[22]=csat_txt;
1133  arg_v[23]=NULL;
1134  arg_v[24]=NULL;
1135  arg_v[25]=NULL;
1136 #endif
1137
1138  if((!strcmp(l_file,""))||(c_step))
1139  {
1140   /* calculate ratio of c_simwindow / c_total */
1141   if(get_c_ratio(&c_ratio,p_file,&my_info,&d3_l)!=1)
1142   {
1143    puts("failed calculating ratio");
1144    return -1;
1145   }
1146   /* compute graphs for random number rejection method */
1147   if((c_profile=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1148   {
1149    puts("failed allocating memory for carbon profile graph");
1150    return -1;
1151   }
1152   if((n_e_loss=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1153   {
1154    puts("failed allocating memory for nuclear energy loss graph");
1155    return -1;
1156   }
1157   ip_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,p_file,c_profile);
1158   ne_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,n_e_file,n_e_loss);
1159
1160 #ifdef DEBUG_RAND
1161  while(1)
1162  {
1163 #ifdef DEBUG_CP
1164   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ip_max,c_profile));
1165 #endif
1166 #ifdef DEBUG_NEL
1167   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss));
1168 #endif
1169 #ifdef DEBUG_NORM
1170   printf("%d\n",get_rand(d3_l.max_z));
1171 #endif
1172  }
1173 #endif
1174
1175   i=(c_step?c_step:0);
1176   while((i<my_info.steps) && (quit==0) && (escape==0))
1177   {
1178    for(j=0;j<my_info.cpi;j++)
1179    {
1180     x_c=get_rand(d3_l.max_x);
1181     y_c=get_rand(d3_l.max_y);
1182     z_c=get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss);
1183     process_cell(&d3_l,x_c,y_c,z_c,&my_info);
1184    }
1185    distrib_c(&d3_l,&my_info,i,c_ratio,ip_max,c_profile);
1186 #ifdef USE_DFB_API
1187    if(i%refresh==0)
1188    {
1189     sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1190     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');
1191     sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1192     sprintf(steps_txt,"step: %d",i);
1193     sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1194     d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,0);
1195    }
1196 #endif
1197    if(i%resave==0 && strcmp(s_file,"") && resave!=0 && i!=0)
1198    {
1199     sprintf(s_file_tmp,"%s_%d_of_%d",s_file,i,my_info.steps);
1200     save_to_file(s_file_tmp,&d3_l,&my_info);
1201 #ifdef NODFB
1202     printf("saved %s\n",s_file_tmp);
1203 #endif
1204    }
1205    i++;
1206   }
1207  }
1208
1209  if(strcmp(s_file,""))
1210  {
1211    printf("saved %s\n",s_file);
1212    save_to_file(s_file,&d3_l,&my_info);
1213  }
1214
1215 #ifdef USE_DFB_API
1216  /* allocating buffer for pressure values */
1217  if((d3_l.v_ptr=malloc(d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1218  {
1219   puts("cannot allocate buffer for pressure values");
1220   return -1;
1221  }
1222  /* calc values */
1223  calc_pressure(&d3_l,my_info.range);
1224  max_extra=calc_max_extra(&d3_l);
1225
1226  while((quit==0) && (escape==0) && (nowait==0))
1227  {
1228   /* bahh! */
1229   if(switchmode==0) mode=0;
1230   if(switchmode==1) mode=1;
1231   if(switchmode==2) mode=2;
1232   /* end of bahh! */
1233   sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1234   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');
1235   sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1236   sprintf(steps_txt,"step: end");
1237   sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1238   if(switchmode==0) strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1239   if(switchmode==1) strcpy(mode_txt,"view: c conc mode");
1240   if(switchmode==2) strcpy(mode_txt,"view: a pressure mode");
1241   d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,max_extra);
1242   bmp=0;
1243   ac_distr=0;
1244   scan_event(&d3_l,&x,&y,&z,&quit,&escape,&switchmode,&bmp,&ac_distr);
1245   if(bmp) write_bmp(&d3_l,bmp,x,y,z,max_extra);
1246   if(ac_distr) write_ac_distr(&d3_l,ac_distr);
1247  }
1248
1249  d3_lattice_release(&d3_l);
1250 #endif
1251
1252  return 1;
1253 }