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  printf("-H <value> \t collisions per ion in simulation window (default %d)\n",CPI);
  82
  83  return 1;
  84 }
  85
  86 int process_cell(d3_lattice *d3_l,u32 x,u32 y,u32 z,info *my_info)
  87 {
  88  unsigned char *thiz;
  89  int *conc;
  90  int i,j;
  91  int off;
  92  double p;
  93
  94  thiz=d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  95  conc=d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  96  p=my_info->b_ap*URAND_MAX;
  97  for(i=-(my_info->range);i<=my_info->range;i++)
  98  {
  99   for(j=-(my_info->range);j<=my_info->range;j++)
 100   {
 101    if(!(i==0 && j==0))
 102    {
 103     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;
 104     if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) p+=my_info->a_ap*(*(d3_l->extra+off))*URAND_MAX/(i*i+j*j);
 105    }
 106   }
 107  }
 108  p+=*conc*my_info->a_cp*URAND_MAX;
 109  if(!(*thiz&AMORPH))
 110  {
 111   if(get_rand(URAND_MAX)<=p) MAKE_AMORPH(thiz);
 112  } else
 113  {
 114   /* assume 1-p probability */
 115   if(get_rand(URAND_MAX)>p) MAKE_CRYST(thiz);
 116  }
 117
 118  return 1;
 119 }
 120
 121 int distrib_c(d3_lattice *d3_l,info *my_info,int step,double c_ratio)
 122 {
 123  u32 x,y,z;
 124  int i,j,k,c;
 125  int offset,off;
 126  int carry;
 127
 128  /* put one c ion somewhere in the lattice */
 129  if(my_info->cc<c_ratio*step)
 130  {
 131   x=get_rand(d3_l->max_x);
 132   y=get_rand(d3_l->max_y);
 133   // printf("nd: %d %d\n",x,y);
 134   z=get_rand_lgp(d3_l->max_z,my_info->a_cd,my_info->b_cd);
 135   // printf("ld: %d\n",z);
 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)
 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=0,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   for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 352   {
 353    for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 354    {
 355     offset=x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 356     if(ac_distr==1)
 357      if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH) count+=*(d3_l->extra+offset);
 358     if(ac_distr==2)
 359      if(!(*(d3_l->status+offset)&AMORPH)) count+=*(d3_l->extra+offset);
 360     if(ac_distr==3) count+=*(d3_l->extra+offset);
 361    }
 362   }
 363   dprintf(fd,"%d %d\n",z,count);
 364  }
 365  close(fd);
 366
 367  return 1;
 368 }
 369
 370 int write_bmp(d3_lattice *d3_l,int window,u32 x,u32 y,u32 z)
 371 {
 372  int fd,i,j,size=0,foo=0,end=0;
 373  int width=0,height=0;
 374  char bmpfile[MAX_CHARS];
 375  char buf[128];
 376
 377  if(((window==4)||(window==5))&&(d3_l->max_z<FFT_HEIGHT) )
 378  {
 379   puts("error: z < FFT_HEIGHT!");
 380   puts("not writing bmp file ...");
 381   return -1;
 382  }
 383
 384  if(window%3==1)
 385  {
 386   sprintf(bmpfile,"x-z_%d.bmp",y);
 387   foo=3*d3_l->max_x;
 388   if(window==1)
 389   {
 390    size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 391    height=d3_l->max_z;
 392   }
 393   else
 394   {
 395    size=(foo+(4-foo%4))*FFT_HEIGHT;
 396    end=d3_l->max_z-FFT_HEIGHT;
 397    height=FFT_HEIGHT;
 398   }
 399   width=d3_l->max_x;
 400  }
 401  if(window%3==2)
 402  {
 403   sprintf(bmpfile,"y-z_%d.bmp",x);
 404   foo=3*d3_l->max_y;
 405   if(window==2)
 406   {
 407    size=(foo+(4-foo%4))*d3_l->max_z;
 408    height=d3_l->max_z;
 409   }
 410   else
 411   {
 412    size=(foo+(4-foo%4))*FFT_HEIGHT;
 413    end=d3_l->max_z-FFT_HEIGHT;
 414    height=FFT_HEIGHT;
 415   }
 416   width=d3_l->max_y;
 417  }
 418  if(window==3)
 419  {
 420   sprintf(bmpfile,"x-y_%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%3==1)
 471  {
 472   for(j=0;j<d3_l->max_z-end;j++)
 473   {
 474    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 475    {
 476     if(*(d3_l->status+i+y*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&RED) memset(buf,0xff,3);
 477     else memset(buf,0,3);
 478     if(write(fd,buf,3)<3)
 479     {
 480      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 481      return-1;
 482     }
 483    }
 484    if(foo%4)
 485    {
 486     memset(buf,0,4-foo%4);
 487     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 488     {
 489      puts("failed writing 4 byte ending");
 490      return -1;
 491     }
 492    }
 493   }
 494  }
 495  if(window%3==2)
 496  {
 497   for(j=0;j<d3_l->max_z-end;j++)
 498   {
 499    for(i=0;i<d3_l->max_y;i++)
 500    {
 501     if(*(d3_l->status+x+i*d3_l->max_x+(d3_l->max_z-j-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&RED) memset(buf,0xff,3);
 502     else memset(buf,0,3);
 503     if(write(fd,buf,3)<3)
 504     {
 505      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 506      return-1;
 507     }
 508    }
 509    if(foo%4)
 510    {
 511     memset(buf,0,4-foo%4);
 512     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 513     {
 514      puts("failed writing 4 byte ending");
 515      return -1;
 516     }
 517    }
 518   }
 519  }
 520  if(window==3)
 521  {
 522   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 523   {
 524    for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 525    {
 526     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);
 527     else memset(buf,0,3);
 528     if(write(fd,buf,3)<3)
 529     {
 530      puts("failed writing rgb values to bmp file");
 531      return -1;
 532     }
 533    }
 534    if(foo%4)
 535    {
 536     memset(buf,0,4-foo%4);
 537     if(write(fd,buf,4-foo%4)<4-foo%4)
 538     {
 539      puts("failed writing 4 byte ending");
 540      return -1;
 541     }
 542    }
 543   }
 544  }
 545  close(fd);
 546
 547  return 1;
 548 }
 549
 550 int save_to_file(char *sf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 551 {
 552  int sf_fd,c;
 553
 554  if((sf_fd=open(sf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 555  {
 556   puts("cannot open save file");
 557   return -1;
 558  }
 559  if(write(sf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 560  {
 561   puts("failed saving d3 lattice struct");
 562   return -1;
 563  }
 564  if(write(sf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 565  {
 566   puts("failed saving info struct");
 567   return-1;
 568  }
 569  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 570  if(write(sf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 571  {
 572   puts("failed saving status of d3 lattice sites");
 573   return -1;
 574  }
 575  if(write(sf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 576  {
 577   puts("failed saving sites concentration");
 578   return -1;
 579  }
 580  close(sf_fd);
 581
 582  return 1;
 583 }
 584
 585 int load_from_file(char *lf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 586 {
 587  int lf_fd,c;
 588
 589  if((lf_fd=open(lf,O_RDONLY))<0)
 590  {
 591   puts("cannot open load file");
 592   return -1;
 593  }
 594  if(read(lf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 595  {
 596   puts("failed reading d3 lattice struct");
 597   return -1;
 598  }
 599  if(read(lf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 600  {
 601   puts("failed reading info struct");
 602   return-1;
 603  }
 604  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 605  if((d3_l->status=(unsigned char*)malloc(c*sizeof(unsigned char)))==NULL)
 606  {
 607   puts("cannot allocate status buffer");
 608   return -1;
 609  }
 610  if((d3_l->extra=(int *)malloc(c*sizeof(int)))==NULL)
 611  {
 612   puts("cannot allocate concentration buffer");
 613   return -1;
 614  }
 615  if(read(lf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 616  {
 617   puts("failed reading status of d3 lattice sites");
 618   return -1;
 619  }
 620  if(read(lf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 621  {
 622   puts("failed reading sites concentration");
 623   return -1;
 624  }
 625  close(lf_fd);
 626
 627  return 1;
 628 }
 629
 630 int convert_file(char *cf,d3_lattice *d3_l)
 631 {
 632  int x,y,z;
 633  int c_fd;
 634
 635  if((c_fd=open(cf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 636  {
 637   puts("cannot open convert file");
 638   return -1;
 639  }
 640  dprintf(c_fd,"# created by nlsop (gnuplot format)\n");
 641  for(x=0;x<d3_l->max_x;x++)
 642  {
 643   for(y=0;y<d3_l->max_y;y++)
 644   {
 645    for(z=0;z<d3_l->max_z;z++)
 646    {
 647     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);
 648    }
 649   }
 650  }
 651  close(c_fd);
 652
 653  return 1;
 654 }
 655
 656 int get_c_ratio(double *c_ratio,char *pfile,info *my_info,d3_lattice *d3_l)
 657 {
 658  double all,a,b,d;
 659  int i,k;
 660  int p_fd;
 661  unsigned char buf[32];
 662  char *p;
 663  unsigned char c;
 664
 665  if((p_fd=open(pfile,O_RDONLY))<0)
 666  {
 667   puts("cannot open profile file");
 668   return -1;
 669  }
 670  k=1;
 671  d=0;
 672  all=0;
 673  while(k)
 674  {
 675   for(i=0;i<32;i++)
 676   {
 677    k=read(p_fd,&c,1);
 678    buf[i]=c;
 679    if(c=='\n') break;
 680   }
 681   if(k)
 682   {
 683    p=strtok(buf," ");
 684    a=atof(p)/10; /* nm */
 685    p=strtok(NULL," ");
 686    b=atof(p);
 687    if(a>my_info->b_cd*CELL_LENGTH && a<(my_info->b_cd+d3_l->max_z)*CELL_LENGTH) d+=b;
 688    all+=b;
 689   }
 690  }
 691  *c_ratio=d/all;
 692  close(p_fd);
 693
 694  return 1;
 695 }
 696
 697 u32 get_reject_graph(info *my_info,d3_lattice *d3_l,char *file,u32 *graph) {
 698  double a,b;
 699  int i,j,k;
 700  int fd;
 701  char buf[32],*p;
 702  unsigned char *flag;
 703  u32 max;
 704
 705  max=0;
 706  if((fd=open(file,O_RDONLY))<0)
 707  {
 708   puts("cannot open file to calculate rejection graph");
 709   return -1;
 710  }
 711  if((flag=(unsigned char *)malloc(d3_l->max_z))==NULL)
 712  {
 713   puts("cannot malloc flag memory for rejection graph");
 714   return -1;
 715  }
 716  memset(flag,0,d3_l->max_z);
 717  memset(graph,0,d3_l->max_z*sizeof(u32));
 718  /* get fixpoints */
 719  k=1;
 720  while(k)
 721  {
 722   for(i=0;i<32;i++)
 723   {
 724    k=read(fd,&buf[i],1);
 725    if((buf[i]=='\n')||(k==0)) break;
 726   }
 727   if(k)
 728   {
 729    p=strtok(buf," ");
 730    a=atof(p)/10; /* nm */
 731    p=strtok(NULL," ");
 732    b=atof(p);
 733    if(a>d3_l->max_z*CELL_LENGTH) k=0;
 734    else
 735    {
 736     graph[(int)(a/CELL_LENGTH)]=(int)(URAND_MAX*b);
 737     flag[(int)(a/CELL_LENGTH)]=1;
 738    }
 739   }
 740  }
 741  /* do (linear) interpolation here! */
 742  i=0;
 743  a=0;
 744  while(i<d3_l->max_z)
 745  {
 746   /* graph[0] is 0! */
 747   j=i;
 748   i++;
 749   while(flag[i]==0&&i<d3_l->max_z) i++;
 750   printf("debug: i = %d j = %d\n",i,j);
 751   for(k=j+1;k<i;k++) graph[k]=(int)((k-j)*((int)graph[i]-(int)graph[j])/(i-j))+graph[j];
 752   if(graph[i]>max) max=graph[i];
 753  }
 754
 755  free(flag);
 756
 757  return max;
 758 }
 759
 760 int main(int argc,char **argv)
 761 {
 762  u32 x,y,z,x_c,y_c,z_c;
 763  int i,j,quit,escape,switchmode,nowait,bmp,ac_distr;
 764  int refresh,resave;
 765  int c_step;
 766  char s_file[MAX_CHARS];
 767  char s_file_tmp[MAX_CHARS];
 768  char l_file[MAX_CHARS];
 769  char c_file[MAX_CHARS];
 770  char p_file[MAX_CHARS];
 771  char convert;
 772  char r_file[MAX_CHARS];
 773 #ifdef USE_DFB_API
 774  char xyz_txt[MAX_TXT];
 775  char status_txt[MAX_TXT];
 776  char conc_txt[MAX_TXT];
 777  char steps_txt[MAX_TXT];
 778  char cc_txt[MAX_TXT];
 779  char a_txt[MAX_TXT];
 780  char s_txt[MAX_TXT];
 781  char ap_txt[MAX_TXT];
 782  char el_txt[MAX_TXT];
 783  char cd_txt[MAX_TXT];
 784  char r_txt[MAX_TXT];
 785  char cp_txt[MAX_TXT];
 786  char zdiff_txt[MAX_TXT];
 787  char diff_txt[MAX_TXT];
 788  char dr_ac_txt[MAX_TXT];
 789  char dr_cc_txt[MAX_TXT];
 790  char dose_txt[MAX_TXT];
 791  char mode_txt[MAX_TXT];
 792  char *arg_v[MAX_ARGV];
 793 #endif
 794  d3_lattice d3_l;
 795  info my_info;
 796  unsigned char mode;
 797  double c_ratio;
 798 #ifdef USE_DFB_API
 799  int max_extra;
 800 #endif
 801  u32 *c_profile;
 802  u32 *n_e_loss;
 803
 804  d3_l.max_x=X;
 805  d3_l.max_y=Y;
 806  d3_l.max_z=Z;
 807  my_info.steps=STEPS;
 808  my_info.range=RANGE;
 809  refresh=REFRESH;
 810  resave=RESAVE;
 811  my_info.z_diff=0;
 812  my_info.c_diff=1;
 813  my_info.a_el=A_EL;
 814  my_info.b_el=B_EL;
 815  my_info.a_cd=A_CD;
 816  my_info.b_cd=B_CD;
 817  my_info.a_ap=A_AP;
 818  my_info.b_ap=B_AP;
 819  my_info.a_cp=A_CP;
 820  my_info.cc=CC;
 821  my_info.dr_ac=DR_AC;
 822  my_info.dr_cc=DR_CC;
 823  my_info.diff_rate=DIFF_RATE;
 824  my_info.cpi=CPI;
 825  nowait=0;
 826  quit=0;
 827  escape=0;
 828  switchmode=0;
 829  c_step=0;
 830  strcpy(s_file,"");
 831  strcpy(l_file,"");
 832  strcpy(c_file,"");
 833  strcpy(p_file,IMP_PROFILE);
 834  convert=0;
 835  strcpy(r_file,"");
 836  mode=0;
 837  u32 ne_max;
 838
 839  for(i=1;i<argc;i++)
 840  {
 841   if(argv[i][0]=='-')
 842   {
 843    switch(argv[i][1])
 844    {
 845     case 'h':
 846      usage();
 847      return -1;
 848     case 'n':
 849      nowait=1;
 850      break;
 851     case 'a':
 852      my_info.a_el=atof(argv[++i]);
 853      break;
 854     case 'b':
 855      my_info.b_el=atof(argv[++i]);
 856      break;
 857     case 'x':
 858      d3_l.max_x=atoi(argv[++i]);
 859      break;
 860     case 'y':
 861      d3_l.max_y=atoi(argv[++i]);
 862      break;
 863     case 'z':
 864      d3_l.max_z=atoi(argv[++i]);
 865      break;
 866     case 'Z':
 867      my_info.z_diff=1;
 868      break;
 869     case 'i':
 870      my_info.c_diff=0;
 871      my_info.dr_cc=0;
 872      break;
 873     case 's':
 874      my_info.steps=atoi(argv[++i]);
 875      break;
 876     case 'd':
 877      refresh=atoi(argv[++i]);
 878      break;
 879     case 'r':
 880      my_info.range=atoi(argv[++i]);
 881      break;
 882     case 'f':
 883      my_info.a_ap=atof(argv[++i]);
 884      break;
 885     case 'p':
 886      my_info.b_ap=atof(argv[++i]);
 887      break;
 888     case 'F':
 889      my_info.a_cp=atof(argv[++i]);
 890      break;
 891     case 'A':
 892      my_info.a_cd=atof(argv[++i]);
 893      break;
 894     case 'B':
 895      my_info.b_cd=atof(argv[++i]);
 896      break;
 897     case 'W':
 898      resave=atoi(argv[++i]);
 899      break;
 900     case 'C':
 901      strcpy(l_file,argv[++i]);
 902      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') strcpy(c_file,argv[++i]);
 903      convert=1;
 904      break;
 905     case 'D':
 906      my_info.dr_ac=atof(argv[++i]);
 907      break;
 908     case 'c':
 909      my_info.dr_cc=atof(argv[++i]);
 910      break;
 911     case 'e':
 912      my_info.diff_rate=atoi(argv[++i]);
 913      break;
 914     case 'L':
 915      strcpy(l_file,argv[++i]);
 916      break;
 917     case 'S':
 918      strcpy(s_file,argv[++i]);
 919      break;
 920     case 'R':
 921      strcpy(r_file,argv[++i]);
 922      break;
 923     case 'P':
 924      strcpy(p_file,argv[++i]);
 925      break;
 926     case 'g':
 927      strcpy(l_file,argv[++i]);
 928      if(i<argc-1) if(argv[i+1][0]!='-') c_step=atoi(argv[++i]);
 929      break;
 930     case 'H':
 931      my_info.cpi=atoi(argv[++i]);
 932      break;
 933     default:
 934      usage();
 935      return -1;
 936    }
 937   } else usage();
 938  }
 939
 940  x=d3_l.max_x/2-1;
 941  y=d3_l.max_y/2-1;
 942  z=d3_l.max_z/2-1;
 943
 944 #ifdef NODFB
 945  if(!strcmp(s_file,""))
 946  {
 947   puts("NODFB defined, run with -S option");
 948   return -1;
 949  }
 950 #endif
 951
 952  if(!strcmp(r_file,"")) rand_init(NULL);
 953  else rand_init(r_file);
 954
 955  if(!strcmp(l_file,""))
 956  {
 957   i=d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z;
 958 #ifdef USE_DFB_API
 959   d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
 960 #endif
 961   if((d3_l.status=(unsigned char *)malloc(i*sizeof(unsigned char)))==NULL)
 962   {
 963    puts("failed allocating status buffer");
 964    return -1;
 965   }
 966   memset(d3_l.status,0,i*sizeof(unsigned char));
 967   if((d3_l.extra=(int *)malloc(i*sizeof(int)))==NULL)
 968   {
 969    puts("failed allocating concentration buffer");
 970    return -1;
 971   }
 972   memset(d3_l.extra,0,i*sizeof(int));
 973  } else
 974  {
 975   load_from_file(l_file,&d3_l,&my_info);
 976   if(convert)
 977   {
 978    if(!strcmp(c_file,"")) sprintf(c_file,"%s_gnuplot",l_file);
 979    printf("converting file %s to %s\n",l_file,c_file);
 980    convert_file(c_file,&d3_l);
 981    puts("done");
 982    return 1;
 983   }
 984 #ifdef USE_DFB_API
 985   else d3_lattice_init(&argc,argv,&d3_l);
 986 #endif
 987  }
 988
 989 #ifdef USE_DFB_API
 990  d3_event_init(&d3_l);
 991 #endif
 992
 993 #ifdef USE_DFB_API
 994  strcpy(a_txt,"args:");
 995  sprintf(s_txt,"steps: %d",my_info.steps);
 996  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));
 997  sprintf(r_txt,"pressure range: %d",my_info.range);
 998  sprintf(ap_txt,"a_ap: %.4f  b_ap: %.3f",my_info.a_ap,my_info.b_ap);
 999  sprintf(el_txt,"a_el: %.3f  b_el: %.3f",my_info.a_el,my_info.b_el);
1000  sprintf(cd_txt,"a_cd: %.3f  b_cd: %.3f",my_info.a_cd,my_info.b_cd);
1001  sprintf(cp_txt,"a_cp: %.5f",my_info.a_cp);
1002  sprintf(dr_ac_txt,"a/c diffusion rate: %.4f",my_info.dr_ac);
1003  if(my_info.c_diff!=0) sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: %.4f",my_info.dr_cc);
1004  else sprintf(dr_cc_txt,"c/c diffusion rate: none");
1005  sprintf(zdiff_txt,"diffusion in z direction: %c",my_info.z_diff?'y':'n');
1006  sprintf(diff_txt,"diffusion every %d steps",my_info.diff_rate);
1007  strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1008  arg_v[1]=xyz_txt;
1009  arg_v[2]=NULL;
1010  arg_v[3]=status_txt;
1011  arg_v[4]=conc_txt;
1012  arg_v[5]=NULL;
1013  arg_v[6]=mode_txt;
1014  arg_v[7]=NULL;
1015  arg_v[8]=steps_txt;
1016  arg_v[9]=cc_txt;
1017  arg_v[10]=NULL;
1018  arg_v[11]=diff_txt;
1019  arg_v[12]=zdiff_txt;
1020  arg_v[13]=NULL;
1021  arg_v[14]=a_txt;
1022  arg_v[15]=s_txt;
1023  arg_v[16]=dose_txt;
1024  arg_v[17]=NULL;
1025  arg_v[18]=r_txt;
1026  arg_v[19]=ap_txt;
1027  arg_v[20]=el_txt;
1028  arg_v[21]=cd_txt;
1029  arg_v[22]=cp_txt;
1030  arg_v[23]=NULL;
1031  arg_v[24]=dr_ac_txt;
1032  arg_v[25]=dr_cc_txt;
1033 #endif
1034
1035  if((!strcmp(l_file,""))||(c_step))
1036  {
1037   /* calculate ratio of c_simwindow / c_total */
1038   if(get_c_ratio(&c_ratio,p_file,&my_info,&d3_l)!=1)
1039   {
1040    puts("failed calculating ratio");
1041    return -1;
1042   }
1043   /* compute graphs for random number rejection method */
1044   if((c_profile=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1045   {
1046    puts("failed allocating memory for carbon profile graph");
1047    return -1;
1048   }
1049   if((n_e_loss=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL)
1050   {
1051    puts("failed allocating memory for nuclear energy loss graph");
1052    return -1;
1053   }
1054   ne_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,p_file,c_profile);
1055
1056   /* break here for testing ... */
1057   return 23;
1058
1059   i=(c_step?c_step:0);
1060   while((i<my_info.steps) && (quit==0) && (escape==0))
1061   {
1062    for(j=0;j<my_info.cpi;j++)
1063    {
1064     x_c=get_rand(d3_l.max_x);
1065     y_c=get_rand(d3_l.max_y);
1066     z_c=get_rand_lgp(d3_l.max_z,my_info.a_el,my_info.b_el);
1067     process_cell(&d3_l,x_c,y_c,z_c,&my_info);
1068    }
1069    distrib_c(&d3_l,&my_info,i,c_ratio);
1070 #ifdef USE_DFB_API
1071    if(i%refresh==0)
1072    {
1073     sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1074     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');
1075     sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1076     sprintf(steps_txt,"step: %d",i);
1077     sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1078     d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,0);
1079    }
1080 #endif
1081    if(i%resave==0 && strcmp(s_file,"") && resave!=0 && i!=0)
1082    {
1083     sprintf(s_file_tmp,"%s_%d_of_%d",s_file,i,my_info.steps);
1084     save_to_file(s_file_tmp,&d3_l,&my_info);
1085 #ifdef NODFB
1086     printf("saved %s\n",s_file_tmp);
1087 #endif
1088    }
1089    i++;
1090   }
1091  }
1092
1093  if(strcmp(s_file,""))
1094  {
1095    printf("saved %s\n",s_file);
1096    save_to_file(s_file,&d3_l,&my_info);
1097  }
1098
1099 #ifdef USE_DFB_API
1100  /* allocating buffer for pressure values */
1101  if((d3_l.v_ptr=malloc(d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z*sizeof(unsigned char)))==NULL)
1102  {
1103   puts("cannot allocate buffer for pressure values");
1104   return -1;
1105  }
1106  /* calc values */
1107  calc_pressure(&d3_l,my_info.range);
1108  max_extra=calc_max_extra(&d3_l);
1109
1110  while((quit==0) && (escape==0) && (nowait==0))
1111  {
1112   /* bahh! */
1113   if(switchmode==0) mode=0;
1114   if(switchmode==1) mode=1;
1115   if(switchmode==2) mode=2;
1116   /* end of bahh! */
1117   sprintf(xyz_txt,"x: %d  y: %d  z: %d",x+1,y+1,z+1);
1118   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');
1119   sprintf(conc_txt,"conc: %d",*(d3_l.extra+x+y*d3_l.max_x+z*d3_l.max_x*d3_l.max_y));
1120   sprintf(steps_txt,"step: end");
1121   sprintf(cc_txt,"total c: %d",my_info.cc);
1122   if(switchmode==0) strcpy(mode_txt,"view: a/c mode");
1123   if(switchmode==1) strcpy(mode_txt,"view: c conc mode");
1124   if(switchmode==2) strcpy(mode_txt,"view: a pressure mode");
1125   d3_lattice_draw(&d3_l,x,y,z,25,arg_v,mode,max_extra);
1126   bmp=0;
1127   ac_distr=0;
1128   scan_event(&d3_l,&x,&y,&z,&quit,&escape,&switchmode,&bmp,&ac_distr);
1129   if(bmp) write_bmp(&d3_l,bmp,x,y,z);
1130   if(ac_distr) write_ac_distr(&d3_l,ac_distr);
1131  }
1132
1133  d3_lattice_release(&d3_l);
1134 #endif
1135
1136  return 1;
1137 }