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   // printf("nd: %d %d\n",x,y);
 136   // z=get_rand_lgp(d3_l->max_z,my_info->a_cd,my_info->b_cd);
 137   z=get_rand_reject(d3_l->max_z,rj_m,rj_g);
 138   // printf("%d\n",z);
 139   *(d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)+=1;
 140   (my_info->cc)++;
 141  }
 142
 143  if(step%my_info->diff_rate==0)
 144  {
 145
 146  for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 147  {
 148   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 149   {
 150    for(k=0;k<d3_l->max_z;k++)
 151    {
 152     offset=i+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 153     /* case amorph: amorph <- cryst diffusion */
 154     if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH && *(d3_l->extra+offset)<my_info->c_sat)
 155     {
 156      for(c=-1;c<=1;c++)
 157      {
 158       if(c!=0)
 159       {
 160        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;
 161        carry=0;
 162        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 163        if(carry!=0)
 164        {
 165         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 166         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 167        }
 168       }
 169      }
 170      for(c=-1;c<=1;c++)
 171      {
 172       if(c!=0)
 173       {
 174        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;
 175        carry=0;
 176        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 177        if(carry!=0)
 178        {
 179         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 180         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 181        }
 182       }
 183      }
 184      if(my_info->z_diff)
 185      {
 186       if(k!=0)
 187       {
 188        off=i+j*d3_l->max_x+(k-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 189        carry=0;
 190        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 191        if(carry!=0)
 192        {
 193         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 194         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 195        }
 196       }
 197       if(k!=d3_l->max_z-1)
 198       {
 199        off=i+j*d3_l->max_x+(k+1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 200        carry=0;
 201        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 202        if(carry!=0)
 203        {
 204         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 205         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 206        }
 207       }
 208      }
 209     } else
 210     /* case not amorph: cryst <-> cryst diffusion */
 211     if(my_info->c_diff) {
 212     /* if there is c diff, no diff in z-direction */
 213     {
 214      for(c=-1;c<=1;c++)
 215      {
 216       if(c!=0)
 217       {
 218        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;
 219        carry=0;
 220        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 221        {
 222         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 223         if(carry!=0)
 224         {
 225          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 226          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 227         }
 228        }
 229       }
 230      }
 231      for(c=-1;c<=1;c++)
 232      {
 233       if(c!=0)
 234       {
 235        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;
 236        carry=0;
 237        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH))
 238        {
 239         carry=(int)(my_info->dr_cc*(*(d3_l->extra+off)-*(d3_l->extra+offset))/2);
 240         if(carry!=0)
 241         {
 242          *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 243          *(d3_l->extra+off)-=carry;
 244         }
 245        }
 246       }
 247      }
 248     }
 249     /* end test */
 250     }
 251     /* */
 252    } /* for z */
 253   } /* for y */
 254  } /* for x */
 255
 256  } /* if step modulo diff_rate == 0 */
 257
 258  return 1;
 259 }
 260
 261 int calc_pressure(d3_lattice *d3_l,int range)
 262 {
 263  int i,j,off;
 264  double count,max=0;
 265  int x,y,z;
 266
 267  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 268  {
 269   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 270   {
 271    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 272    {
 273     count=0;
 274     for(i=-range;i<=range;i++)
 275     {
 276      for(j=-range;j<=range;j++)
 277      {
 278       if(i!=0 && j!=0)
 279       {
 280        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;
 281        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 282       }
 283      }
 284     }
 285     if(count>max) max=count;
 286    }
 287   }
 288  }
 289
 290  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 291  {
 292   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 293   {
 294    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 295    {
 296     count=0;
 297     for(i=-range;i<=range;i++)
 298     {
 299      for(j=-range;j<=range;j++)
 300      {
 301       if(i!=0 && j!=0)
 302       {
 303        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;
 304        if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) count+=((double)*(d3_l->extra+off))/(i*i+j*j);
 305       }
 306      }
 307     }
 308     *(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);
 309    }
 310   }
 311  }
 312
 313  return 1;
 314 }
 315
 316 int calc_max_extra(d3_lattice *d3_l)
 317 {
 318  int x,y,z;
 319  int off,max=0;
 320
 321  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 322  {
 323   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 324   {
 325    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 326    {
 327     off=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 328     if(*(d3_l->extra+off)>max) max=*(d3_l->extra+off);
 329    }
 330   }
 331  }
 332
 333  return max;
 334 }
 335
 336 int write_ac_distr(d3_lattice *d3_l,int ac_distr)
 337 {
 338  int fd,x,y,z;
 339  int count,offset;
 340  char file[16];
 341
 342  if(ac_distr==1) strcpy(file,"a.plot");
 343  if(ac_distr==2) strcpy(file,"c.plot");
 344  if(ac_distr==3) strcpy(file,"b.plot");
 345
 346  if((fd=open(file,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 347  {
 348   puts("cannot open plot file");
 349   return -1;
 350  }
 351
 352  for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 353  {
 354   count=0;
 355   for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 356   {
 357    for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 358    {
 359     offset=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 360     if(ac_distr==1)
 361      if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH) count+=*(d3_l->extra+offset);
 362     if(ac_distr==2)
 363      if(!(*(d3_l->status+offset)&AMORPH)) count+=*(d3_l->extra+offset);
 364     if(ac_distr==3) count+=*(d3_l->extra+offset);
 365    }
 366   }
 367   dprintf(fd,"%d %d\n",z,count);
 368  }
 369  close(fd);
 370
 371  return 1;
 372 }
 373
 374 int write_bmp(d3_lattice *d3_l,int window,u32 x,u32 y,u32 z,int max)
 375 {
 376  int fd,i,j,size=0,foo=0,k,sum;
 377  int width=0,height=0;
 378  char bmpfile[MAX_CHARS];
 379  char buf[128];
 380
 381  if(window==1)
 382  {
 383   sprintf(bmpfile,"x-z_%d.bmp",y);
 384   foo=3*d3_l->max_x;
 385   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 386   height=d3_l->max_z;
 387   width=d3_l->max_x;
 388  }
 389  if(window==2)
 390  {
 391   sprintf(bmpfile,"y-z_%d.bmp",x);
 392   foo=3*d3_l->max_y;
 393   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 394   height=d3_l->max_z;
 395   width=d3_l->max_y;
 396  }
 397  if(window==3)
 398  {
 399   sprintf(bmpfile,"x-y_%d.bmp",z);
 400   foo=3*d3_l->max_x;
 401   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_y;
 402   width=d3_l->max_x;
 403   height=d3_l->max_y;
 404  }
 405  if(window==4)
 406  {
 407   sprintf(bmpfile,"x-z_cdistr_%d.bmp",y);
 408   foo=3*d3_l->max_x;
 409   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 410   height=d3_l->max_z;
 411   width=d3_l->max_x;
 412  }
 413  if(window==5)
 414  {
 415   sprintf(bmpfile,"y-z_cdistr_%d.bmp",x);
 416   foo=3*d3_l->max_y;
 417   size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 418   height=d3_l->max_z;
 419   width=d3_l->max_y;
 420  }
 421  if(window==6)
 422  {
 423   sprintf(bmpfile,"x-y_cdistr_%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==1)
 474  {
 475   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 476   {
 477    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 478    {
 479     sum=0;
 480     for(k=-2;k<=2;k++)
 481      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;
 482     sum/=5;
 483     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 484     if(write(fd,buf,3)<3)
 485     {
 486      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 487      return-1;
 488     }
 489    }
 490    if(foo%4)
 491    {
 492     memset(buf,0,4-foo%4);
 493     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 494     {
 495      puts("failed writing 4 byte ending");
 496      return -1;
 497     }
 498    }
 499   }
 500  }
 501  if(window==2)
 502  {
 503   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 504   {
 505    for(i=0;i<d3_l->max_y;i++)
 506    {
 507     sum=0;
 508     for(k=-2;k<=2;k++)
 509      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;
 510     sum/=5;
 511     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 512     if(write(fd,buf,3)<3)
 513     {
 514      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 515      return-1;
 516     }
 517    }
 518    if(foo%4)
 519    {
 520     memset(buf,0,4-foo%4);
 521     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 522     {
 523      puts("failed writing 4 byte ending");
 524      return -1;
 525     }
 526    }
 527   }
 528  }
 529  if(window==3)
 530  {
 531   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 532   {
 533    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 534    {
 535     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);
 536     else memset(buf,0,3);
 537     if(write(fd,buf,3)<3)
 538     {
 539      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 540      return -1;
 541     }
 542    }
 543    if(foo%4)
 544    {
 545     memset(buf,0,4-foo%4);
 546     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 547     {
 548      puts("failed writing 4 byte ending");
 549      return -1;
 550     }
 551    }
 552   }
 553  }
 554  if(window==4)
 555  {
 556   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 557   {
 558    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 559    {
 560     sum=*(d3_l->extra+i+y*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 561     sum=sum*255/max;
 562     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 563     if(write(fd,buf,3)<3)
 564     {
 565      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 566      return-1;
 567     }
 568    }
 569    if(foo%4)
 570    {
 571     memset(buf,0,4-foo%4);
 572     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 573     {
 574      puts("failed writing 4 byte ending");
 575      return -1;
 576     }
 577    }
 578   }
 579  }
 580  if(window==5)
 581  {
 582   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 583   {
 584    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 585    {
 586     sum=*(d3_l->extra+x+i*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 587     sum=sum*255/max;
 588     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 589     if(write(fd,buf,3)<3)
 590     {
 591      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 592      return-1;
 593     }
 594    }
 595    if(foo%4)
 596    {
 597     memset(buf,0,4-foo%4);
 598     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 599     {
 600      puts("failed writing 4 byte ending");
 601      return -1;
 602     }
 603    }
 604   }
 605  }
 606  if(window==6)
 607  {
 608   for(j=0;j<d3_l->max_z;j++)
 609   {
 610    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 611    {
 612     sum=*(d3_l->extra+i+(d3_l->max_y-j-1)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y);
 613     sum=sum*255/max;
 614     memset(buf,(unsigned char)sum,3);
 615     if(write(fd,buf,3)<3)
 616     {
 617      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 618      return-1;
 619     }
 620    }
 621    if(foo%4)
 622    {
 623     memset(buf,0,4-foo%4);
 624     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 625     {
 626      puts("failed writing 4 byte ending");
 627      return -1;
 628     }
 629    }
 630   }
 631  }
 632  close(fd);
 633
 634  return 1;
 635 }
 636
 637 int save_to_file(char *sf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 638 {
 639  int sf_fd,c;
 640
 641  if((sf_fd=open(sf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 642  {
 643   puts("cannot open save file");
 644   return -1;
 645  }
 646  if(write(sf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 647  {
 648   puts("failed saving d3 lattice struct");
 649   return -1;
 650  }
 651  if(write(sf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 652  {
 653   puts("failed saving info struct");
 654   return-1;
 655  }
 656  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 657  if(write(sf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 658  {
 659   puts("failed saving status of d3 lattice sites");
 660   return -1;
 661  }
 662  if(write(sf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 663  {
 664   puts("failed saving sites concentration");
 665   return -1;
 666  }
 667  close(sf_fd);
 668
 669  return 1;
 670 }
 671
 672 int load_from_file(char *lf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 673 {
 674  int lf_fd,c;
 675
 676  if((lf_fd=open(lf,O_RDONLY))<0)
 677  {
 678   puts("cannot open load file");
 679   return -1;
 680  }
 681  if(read(lf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 682  {
 683   puts("failed reading d3 lattice struct");
 684   return -1;
 685  }
 686  if(read(lf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 687  {
 688   puts("failed reading info struct");
 689   return-1;
 690  }
 691  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 692  if((d3_l->status=(unsigned char*)malloc(c*sizeof(unsigned char)))==NULL)
 693  {
 694   puts("cannot allocate status buffer");
 695   return -1;
 696  }
 697  if((d3_l->extra=(int *)malloc(c*sizeof(int)))==NULL)
 698  {
 699   puts("cannot allocate concentration buffer");
 700   return -1;
 701  }
 702  if(read(lf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 703  {
 704   puts("failed reading status of d3 lattice sites");
 705   return -1;
 706  }
 707  if(read(lf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 708  {
 709   puts("failed reading sites concentration");
 710   return -1;
 711  }
 712  close(lf_fd);
 713
 714  return 1;
 715 }
 716
 717 int convert_file(char *cf,d3_lattice *d3_l)
 718 {
 719  int x,y,z;
 720  int c_fd;
 721
 722  if((c_fd=open(cf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 723  {
 724   puts("cannot open convert file");
 725   return -1;
 726  }
 727  dprintf(c_fd,"# created by nlsop (gnuplot format)\n");
 728  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 729  {
 730   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 731   {
 732    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 733    {
 734     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);
 735    }
 736   }
 737  }
 738  close(c_fd);
 739
 740  return 1;
 741 }
 742
 743 int get_c_ratio(double *c_ratio,char *pfile,info *my_info,d3_lattice *d3_l)
 744 {
 745  double all,a,b,d;
 746  int i,k;
 747  int p_fd;
 748  unsigned char buf[32];
 749  char *p;
 750  unsigned char c;
 751
 752  if((p_fd=open(pfile,O_RDONLY))<0)
 753  {
 754   puts("cannot open profile file");
 755   return -1;
 756  }
 757  k=1;
 758  d=0;
 759  all=0;
 760  while(k)
 761  {
 762   for(i=0;i<32;i++)
 763   {
 764    k=read(p_fd,&c,1);
 765    buf[i]=c;
 766    if(c=='\n') break;
 767   }
 768   if(k)
 769   {
 770    p=strtok(buf," ");
 771    a=atof(p)/10; /* nm */
 772    p=strtok(NULL," ");
 773    b=atof(p);
 774    if(a>my_info->b_cd*CELL_LENGTH && a<(my_info->b_cd+d3_l->max_z)*CELL_LENGTH) d+=b;
 775    all+=b;
 776   }
 777  }
 778  *c_ratio=d/all;
 779  close(p_fd);
 780
 781  return 1;
 782 }
 783
 784 u32 get_reject_graph(info *my_info,d3_lattice *d3_l,char *file,u32 *graph) {
 785  double a,b;
 786  int i,j,k;
 787  int fd;
 788  char buf[32],*p;
 789  unsigned char *flag;
 790  u32 max;
 791
 792  max=0;
 793  if((fd=open(file,O_RDONLY))<0)
 794  {
 795   puts("cannot open file to calculate rejection graph");
 796   return -1;
 797  }
 798  if((flag=(unsigned char *)malloc(d3_l->max_z))==NULL)
 799  {
 800   puts("cannot malloc flag memory for rejection graph");
 801   return -1;
 802  }
 803  memset(flag,0,d3_l->max_z);
 804  memset(graph,0,d3_l->max_z*sizeof(u32));
 805  /* get fixpoints */
 806  k=1;
 807  while(k)
 808  {
 809   for(i=0;i<32;i++)
 810   {
 811    k=read(fd,&buf[i],1);
 812    if((buf[i]=='\n')||(k==0)) break;
 813   }
 814   if(k)
 815   {
 816    p=strtok(buf," ");
 817    a=atof(p)/10; /* nm */
 818    p=strtok(NULL," ");
 819    b=atof(p);
 820    if(a>d3_l->max_z*CELL_LENGTH) k=0;
 821    else
 822    {
 823     graph[(int)(a/CELL_LENGTH)]=(int)(URAND_MAX*b);
 824     flag[(int)(a/CELL_LENGTH)]=1;
 825    }
 826   }
 827  }
 828  /* do (linear) interpolation here! */
 829  i=0;
 830  a=0;
 831  while(i<d3_l->max_z)
 832  {
 833   /* graph[0] is 0! */
 834   j=i;
 835   i++;
 836   while(flag[i]==0&&i<d3_l->max_z) i++;
 837   for(k=j+1;k<i;k++) graph[k]=(int)((k-j)*((int)graph[i]-(int)graph[j])/(i-j))+graph[j];
 838   if(graph[i]>max) max=graph[i];
 839  }
 840
 841  free(flag);
 842
 843  // printf("debug: (interpolated c profile)\n");
 844  // for(i=0;i<d3_l->max_z;i++) printf("%d %d\n",i,graph[i]);
 845
 846  return max;
 847 }
 848
 849 int main(int argc,char **argv)
 850 {
 851  u32 x,y,z,x_c,y_c,z_c;
 852  int i,j,quit,escape,switchmode,nowait,bmp,ac_distr;
 853  int refresh,resave;
 854  int c_step;
 855  char s_file[MAX_CHARS];
 856  char s_file_tmp[MAX_CHARS];
 857  char l_file[MAX_CHARS];
 858  char c_file[MAX_CHARS];
 859  char p_file[MAX_CHARS];
 860  char n_e_file[MAX_CHARS];
 861  char convert;
 862  char r_file[MAX_CHARS];
 863 #ifdef USE_DFB_API
 864  char xyz_txt[MAX_TXT];
 865  char status_txt[MAX_TXT];
 866  char conc_txt[MAX_TXT];
 867  char steps_txt[MAX_TXT];
 868  char cc_txt[MAX_TXT];
 869  char a_txt[MAX_TXT];
 870  char s_txt[MAX_TXT];
 871  char ap_txt[MAX_TXT];
 872  char el_txt[MAX_TXT];
 873  char cd_txt[MAX_TXT];
 874  char r_txt[MAX_TXT];
 875  char cp_txt[MAX_TXT];
 876  char zdiff_txt[MAX_TXT];
 877  char diff_txt[MAX_TXT];
 878  char dr_ac_txt[MAX_TXT];
 879  char dr_cc_txt[MAX_TXT];
 880  char dose_txt[MAX_TXT];
 881  char mode_txt[MAX_TXT];
 882  char *arg_v[MAX_ARGV];
 883 #endif
 884  d3_lattice d3_l;
 885  info my_info;
 886  unsigned char mode;
 887  double c_ratio;
 888 #ifdef USE_DFB_API
 889  int max_extra;
 890 #endif
 891  u32 *c_profile;
 892  u32 *n_e_loss;
 893  u32 ne_max,ip_max;
 894
 895  d3_l.max_x=X;
 896  d3_l.max_y=Y;
 897  d3_l.max_z=Z;
 898  my_info.steps=STEPS;
 899  my_info.range=RANGE;
 900  refresh=REFRESH;
 901  resave=RESAVE;
 902  my_info.z_diff=0;
 903  my_info.c_diff=1;
 904  my_info.a_el=A_EL;
 905  my_info.b_el=B_EL;
 906  my_info.a_cd=A_CD;
 907  my_info.b_cd=B_CD;
 908  my_info.a_ap=A_AP;
 909  my_info.b_ap=B_AP;
 910  my_info.a_cp=A_CP;
 911  my_info.cc=CC;
 912  my_info.dr_ac=DR_AC;
 913  my_info.dr_cc=DR_CC;
 914  my_info.diff_rate=DIFF_RATE;
 915  my_info.cpi=CPI;
 916  my_info.c_sat=C_SAT;
 917  nowait=0;
 918  quit=0;
 919  escape=0;
 920  switchmode=0;
 921  c_step=0;
 922  strcpy(s_file,"");
 923  strcpy(l_file,"");
 924  strcpy(c_file,"");
 925  strcpy(p_file,IMP_PROFILE);
 926  strcpy(n_e_file,NEL_PROFILE);
 927  convert=0;
 928  strcpy(r_file,"");
 929  mode=0;
 930  ne_max=0;
 931  ip_max=0;
 932
 933  for(i=1;i<argc;i++)
 934  {
 935   if(argv[i][0]=='-')
 936   {
 937    switch(argv[i][1])
 938    {
 939     case 'h':
 940      usage();
 941      return -1;
 942     case 'n':
 943      nowait=1;
 944      break;
 945     case 'a':
 946      my_info.a_el=atof(argv[++i]);
 947      break;
 948     case 'b':
 949      my_info.b_el=atof(argv[++i]);
 950      break;
 951     case 'x':
 952      d3_l.max_x=atoi(argv[++i]);
 953      break;
 954     case 'y':
 955      d3_l.max_y=atoi(argv[++i]);
 956      break;
 957     case 'z':
 958      d3_l.max_z=atoi(argv[++i]);
 959      break;
 960     case 'Z':
 961      my_info.z_diff=1;
 962      break;
 963     case 'i':
 964      my_info.c_diff=0;
 965      my_info.dr_cc=0;
 966      break;
 967     case 's':
 968      my_info.steps=atoi(argv[++i]);
 969      break;
 970     case 'd':
 971      refresh=atoi(argv[++i]);
 972      break;
 973     case 'r':
 974      my_info.range=atoi(argv[++i]);
 975      break;
 976     case 'f':
 977      my_info.a_ap=atof(argv[++i]);
 978      break;
 979     case 'p':
 980      my_info.b_ap=atof(argv[++i]);
 981      break;
 982     case 'F':
 983      my_info.a_cp=atof(argv[++i]);
 984      break;
 985     case 'A':
 986      my_info.a_cd=atof(argv[++i]);
 987      break;
 988     case 'B':
 989      my_info.b_cd=atof(argv[++i]);
 990      break;
 991     case 'W':
 992      resave=atoi(argv[++i]);
 993      break;
 994     case 'C':
 995      strcpy(l_file,argv[++i]);
 996      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') strcpy(c_file,argv[++i]);
 997      convert=1;
 998      break;
 999     case 'D':
1000      my_info.dr_ac=atof(argv[++i]);
1001      break;
1002     case 'c':
1003      my_info.dr_cc=atof(argv[++i]);
1004      break;
1005     case 'e':
1006      my_info.diff_rate=atoi(argv[++i]);
1007      break;
1008     case 'L':
1009      strcpy(l_file,argv[++i]);
1010      break;
1011     case 'S':
1012      strcpy(s_file,argv[++i]);
1013      break;
1014     case 'R':
1015      strcpy(r_file,argv[++i]);
1016      break;
1017     case 'P':
1018      strcpy(p_file,argv[++i]);
1019      break;
1020     case 'N':
1021      strcpy(n_e_file,argv[++i]);
1022      break;
1023     case 'g':
1024      strcpy(l_file,argv[++i]);
1025      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') c_step=atoi(argv[++i]);
1026      break;
1027     case 'H':
1028      my_info.cpi=atoi(argv[++i]);
1029      break;
1030     case 'm':
1031      my_info.c_sat=atoi(argv[++i]);
1032      break;
1033     default:
1034      usage();
1035      return -1;
1036    }
1037   } else usage();
1038  }
1039
1040  x=d3_l.max_x/2-1;
1041  y=d3_l.max_y/2-1;
1042  z=d3_l.max_z/2-1;
1043
1044 #ifdef NODFB
1045  if(!strcmp(s_file,""))
1046  {
1047   puts("NODFB defined, run with -S option");
1048   return -1;
1049  }
1050 #endif
1051
1052  if(!strcmp(r_file,"")) rand_init(NULL);
1053  else rand_init(r_file);
1054
1055  if(!strcmp(l_file,""))
1056  {
1057   i=d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z;
1058 #ifdef USE_DFB_API
1059   d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
1060 #endif
1061   if((d3_l.status=(unsigned char *)malloc(i*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1062   {
1063    puts("failed allocating status buffer");
1064    return -1;
1065   }
1066   memset(d3_l.status,0,i*sizeof(unsigned char));
1067   if((d3_l.extra=(int *)malloc(i*sizeof(int)))==NULL)
1068   {
1069    puts("failed allocating concentration buffer");
1070    return -1;
1071   }
1072   memset(d3_l.extra,0,i*sizeof(int));
1073  } else
1074  {
1075   load_from_file(l_file,&d3_l,&my_info);
1076   if(convert)
1077   {
1078    if(!strcmp(c_file,"")) sprintf(c_file,"%s_gnuplot",l_file);
1079    printf("converting file %s to %s\n",l_file,c_file);
1080    convert_file(c_file,&d3_l);
1081    puts("done");
1082    return 1;
1083   }
1084 #ifdef USE_DFB_API
1085   else d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
1086 #endif
1087  }
1088
1089 #ifdef USE_DFB_API
1090  d3_event_init(&d3_l);
1091 #endif
1092
1093 #ifdef USE_DFB_API
1094  strcpy(a_txt,"args:");
1095  sprintf(s_txt,"steps: %d",my_info.steps);
1096  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));
1097  sprintf(r_txt,"pressure range: %d",my_info.range);
1098  sprintf(ap_txt,"a_ap: %f  b_ap: %f",my_info.a_ap,my_info.b_ap);
1099  sprintf(el_txt,"a_el: %f  b_el: %f",my_info.a_el,my_info.b_el);
1100  sprintf(cd_txt,"a_cd: %f  b_cd: %f",my_info.a_cd,my_info.b_cd);
1101  sprintf(cp_txt,"a_cp: %f",my_info.a_cp);
1102  sprintf(dr_ac_txt,"a/c diffusion rate: %f",my_info.dr_ac);
1103  if(my_info.c_diff!=0) sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: %f",my_info.dr_cc);
1104  else sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: none");
1105  sprintf(zdiff_txt,"diffusion in z direction: %c",my_info.z_diff?'y':'n');
1106  sprintf(diff_txt,"diffusion every %d steps",my_info.diff_rate);
1107  strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1108  arg_v[1]=xyz_txt;
1109  arg_v[2]=NULL;
1110  arg_v[3]=status_txt;
1111  arg_v[4]=conc_txt;
1112  arg_v[5]=NULL;
1113  arg_v[6]=mode_txt;
1114  arg_v[7]=NULL;
1115  arg_v[8]=steps_txt;
1116  arg_v[9]=cc_txt;
1117  arg_v[10]=NULL;
1118  arg_v[11]=diff_txt;
1119  arg_v[12]=zdiff_txt;
1120  arg_v[13]=NULL;
1121  arg_v[14]=a_txt;
1122  arg_v[15]=s_txt;
1123  arg_v[16]=dose_txt;
1124  arg_v[17]=NULL;
1125  arg_v[18]=r_txt;
1126  arg_v[19]=ap_txt;
1127  arg_v[20]=el_txt;
1128  arg_v[21]=cd_txt;
1129  arg_v[22]=cp_txt;
1130  arg_v[23]=NULL;
1131  arg_v[24]=dr_ac_txt;
1132  arg_v[25]=dr_cc_txt;
1133 #endif
1134
1135  if((!strcmp(l_file,""))||(c_step))
1136  {
1137   /* calculate ratio of c_simwindow / c_total */
1138   if(get_c_ratio(&c_ratio,p_file,&my_info,&d3_l)!=1)
1139   {
1140    puts("failed calculating ratio");
1141    return -1;
1142   }
1143   /* compute graphs for random number rejection method */
1144   if((c_profile=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1145   {
1146    puts("failed allocating memory for carbon profile graph");
1147    return -1;
1148   }
1149   if((n_e_loss=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1150   {
1151    puts("failed allocating memory for nuclear energy loss graph");
1152    return -1;
1153   }
1154   ip_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,p_file,c_profile);
1155   ne_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,n_e_file,n_e_loss);
1156
1157 #ifdef DEBUG_RAND
1158  while(1)
1159  {
1160 #ifdef DEBUG_CP
1161   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ip_max,c_profile));
1162 #endif
1163 #ifdef DEBUG_NEL
1164   printf("%d\n",get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss));
1165 #endif
1166  }
1167 #endif
1168
1169   i=(c_step?c_step:0);
1170   while((i<my_info.steps) && (quit==0) && (escape==0))
1171   {
1172    for(j=0;j<my_info.cpi;j++)
1173    {
1174     x_c=get_rand(d3_l.max_x);
1175     y_c=get_rand(d3_l.max_y);
1176     // z_c=get_rand_lgp(d3_l.max_z,my_info.a_el,my_info.b_el);
1177     z_c=get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss);
1178     process_cell(&d3_l,x_c,y_c,z_c,&my_info);
1179    }
1180    distrib_c(&d3_l,&my_info,i,c_ratio,ip_max,c_profile);
1181 #ifdef USE_DFB_API
1182    if(i%refresh==0)
1183    {
1184     sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1185     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');
1186     sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1187     sprintf(steps_txt,"step: %d",i);
1188     sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1189     d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,0);
1190    }
1191 #endif
1192    if(i%resave==0 && strcmp(s_file,"") && resave!=0 && i!=0)
1193    {
1194     sprintf(s_file_tmp,"%s_%d_of_%d",s_file,i,my_info.steps);
1195     save_to_file(s_file_tmp,&d3_l,&my_info);
1196 #ifdef NODFB
1197     printf("saved %s\n",s_file_tmp);
1198 #endif
1199    }
1200    i++;
1201   }
1202  }
1203
1204  if(strcmp(s_file,""))
1205  {
1206    printf("saved %s\n",s_file);
1207    save_to_file(s_file,&d3_l,&my_info);
1208  }
1209
1210 #ifdef USE_DFB_API
1211  /* allocating buffer for pressure values */
1212  if((d3_l.v_ptr=malloc(d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1213  {
1214   puts("cannot allocate buffer for pressure values");
1215   return -1;
1216  }
1217  /* calc values */
1218  calc_pressure(&d3_l,my_info.range);
1219  max_extra=calc_max_extra(&d3_l);
1220
1221  while((quit==0) && (escape==0) && (nowait==0))
1222  {
1223   /* bahh! */
1224   if(switchmode==0) mode=0;
1225   if(switchmode==1) mode=1;
1226   if(switchmode==2) mode=2;
1227   /* end of bahh! */
1228   sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1229   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');
1230   sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1231   sprintf(steps_txt,"step: end");
1232   sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1233   if(switchmode==0) strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1234   if(switchmode==1) strcpy(mode_txt,"view: c conc mode");
1235   if(switchmode==2) strcpy(mode_txt,"view: a pressure mode");
1236   d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,max_extra);
1237   bmp=0;
1238   ac_distr=0;
1239   scan_event(&d3_l,&x,&y,&z,&quit,&escape,&switchmode,&bmp,&ac_distr);
1240   if(bmp) write_bmp(&d3_l,bmp,x,y,z,max_extra);
1241   if(ac_distr) write_ac_distr(&d3_l,ac_distr);
1242  }
1243
1244  d3_lattice_release(&d3_l);
1245 #endif
1246
1247  return 1;
1248 }