main.c

   1 /*
   2  * morpheus - main.c
   3  *
   4  * this program tries helping to understand the amorphous depuration
   5  * and recrystallization of SiCx while ion implanation. hopefully the program
   6  * will simulate the stabilization of the selforganizing structure in the
   7  * observed behaviour.
   8  *
   9  * refs:
  10  *  - J. K. N. Lindner. Habilationsschrift, Universitaet Augsburg.
  11  *  - Maik Haeberlen. Diplomarbeit, Universitaet Augsburg.
  12  */
  13
  14 #include <stdio.h>
  15 #include <stdlib.h>
  16 #include <string.h>
  17 #include <sys/types.h>
  18 #include <sys/stat.h>
  19 #include <fcntl.h>
  20
  21 /* important defines */
  22 #include "defines.h"
  23
  24 /* function prototypes */
  25 #include "random.h"
  26 #include "display.h"
  27
  28 /* global variables */
  29 u32 sum_z_cells,sum_c_dist;
  30 int random_fd; /* /dev/urandom file descriptor */
  31
  32 int usage()
  33 {
  34  puts("usage:");
  35  puts("-h: help");
  36  printf("-a <value> \t slope of nuclear energy loss (default %d)\n",DEFAULT_SLOPE_NEL);
  37  printf("-c <value> \t nuclear enery loss at depths 0 (default %d)\n",DEFAULT_START_NEL);
  38  printf("-x <value> \t # x cells (default %d)\n",DEFAULT_X_SEG);
  39  printf("-y <value> \t # y cells (default %d)\n",DEFAULT_Y_SEG);
  40  printf("-z <value> \t # z cells (default %d)\n",DEFAULT_Z_SEG);
  41  printf("-s <value> \t # steps to calculate (default %d)\n",DEFAULT_STEPS);
  42  puts("-X <value> \t display area intercept point x (default # x celss / 2)");
  43  puts("-Y <value> \t display area intercept point y (default # y cells / 2)");
  44  puts("-Z <value> \t display area intercept point z (default # z cells / 2)");
  45  printf("-d <value> \t refresh every <value> loops (default %d)\n",DEFAULT_DISPLAY_REF_RATE);
  46  printf("-r <value> \t pressure range from amorphous SiCx (default %d)\n",DEFAULT_A_P_RANGE);
  47  printf("-f <value> \t faktor for pressure from amorphous SiCx (default %f)\n",DEFAULT_A_P_FAKTOR);
  48  printf("-p <value> \t p0 for probability of cell getting amorph (default %f)\n",DEFAULT_A_P_P0);
  49  printf("-C <value> \t C start concentration (default %d)\n",DEFAULT_C_START_CONC);
  50  printf("-S <value> \t slope of linear C distribution (default %d)\n",DEFAULT_C_SLOPE);
  51  return -23;
  52 }
  53
  54 int make_amorph(cell *cell)
  55 {
  56  cell->status|=AMORPH;
  57  return 23;
  58 }
  59
  60 int make_cryst(cell *cell)
  61 {
  62  cell->status&=~AMORPH;
  63  return 23;
  64 }
  65
  66 int distrib_c_conc(cell *cell_p,u32 c_c0,u32 c_slope,int add_c,u32 x_max,u32 y_max,u32 z_max)
  67 {
  68  /* cryst. c to distribute */
  69  int i,j,k;
  70  double cryst_c;
  71  cryst_c=0;
  72  for(i=0;i<x_max*y_max*z_max;i++) if(!(cell_p+i)->status&AMORPH) cryst_c+=(cell_p+i)->conc;
  73  for(i=0;i<z_max;i++)
  74  {
  75   for(j=0;j<x_max*y_max;j++)
  76   {
  77    if(!(cell_p+j+i*x_max*y_max)->status&AMORPH)
  78
  79  return 23;
  80 }
  81
  82 /* look at cell ... */
  83 int process_cell(cell *cell_p,u32 x,u32 y,u32 z,u32 x_max,u32 y_max,u32 z_max,int range,double faktor,double p0)
  84 {
  85  cell *this_cell;
  86  int i,j,k;
  87  double pressure;
  88  this_cell=cell_p+x+y*x_max+z*x_max*y_max;
  89  pressure=p0*URAND_2BYTE_MAX;
  90  for(i=-range;i<=range;i++)
  91  {
  92   for(j=-range;j<=range;j++)
  93   {
  94    for(k=-range;k<=range;k++)
  95    {
  96     if(!(i==0 && j==0 && k==0))
  97     {
  98      if((cell_p+((x+x_max+i)%x_max)+((y+j+y_max)%y_max)*x_max+((z+k+z_max)%z_max)*x_max*y_max)->status&AMORPH) pressure+=faktor*URAND_2BYTE_MAX/(i*i+j*j+k*k);
  99     }
 100    }
 101   }
 102  }
 103  if(this_cell->status&AMORPH)
 104  {
 105   /* wrong probability! just test by now ...*/
 106   if(rand_get(URAND_2BYTE_MAX)>pressure) make_cryst(this_cell);
 107  } else
 108  {
 109   if(rand_get(URAND_2BYTE_MAX)<=pressure) make_amorph(this_cell);
 110  }
 111  return 23;
 112 }
 113
 114 int main(int argc,char **argv)
 115 {
 116  u32 x_cell,y_cell,z_cell; /* amount of segments */
 117  u32 x,y,z; /* cells */
 118  int i,gr; /* for counting */
 119  int slope_nel,start_nel; /* nuclear energy loss: slope, constant */
 120  int a_p_range; /* p. range of amorphous sic */
 121  double a_p_faktor,a_p_p0; /* p0 and faktor of amorphous sic */
 122  u32 c_c0,c_slope; /* c start concentration and linear slope of c distribution */
 123  int steps; /* # steps */
 124  cell *cell_p;
 125  struct __display display;
 126  u32 display_x,display_y,display_z; /* intercept point of diplayed areas */
 127  u32 display_refresh_rate; /* refresh rate for display */
 128  int quit=0; /* continue/quit status */
 129
 130  printfd("debug: sizeof my u32 variable: %d\n",sizeof(u32));
 131  printfd("debug: sizeof my cell struct: %d\n",sizeof(cell));
 132
 133  /* default values */
 134  x_cell=DEFAULT_X_SEG;
 135  y_cell=DEFAULT_Y_SEG;
 136  z_cell=DEFAULT_Z_SEG;
 137  slope_nel=DEFAULT_SLOPE_NEL;
 138  start_nel=DEFAULT_START_NEL;
 139  a_p_range=DEFAULT_A_P_RANGE;
 140  a_p_faktor=DEFAULT_A_P_FAKTOR;
 141  a_p_p0=DEFAULT_A_P_P0;
 142  c_c0=DEFAULT_C_START_CONC;
 143  c_slope=DEFAULT_C_SLOPE;
 144  steps=DEFAULT_STEPS;
 145  display_x=x_cell/2;
 146  display_y=y_cell/2;
 147  display_z=z_cell/2;
 148  display_refresh_rate=DEFAULT_DISPLAY_REF_RATE;
 149
 150  /* parse command args */
 151  for(i=1;i<argc;i++)
 152  {
 153   if(argv[i][0]=='-')
 154   {
 155    switch(argv[i][1])
 156    {
 157     case 'h':
 158      usage();
 159      return 23;
 160      break;
 161     case 'a':
 162      slope_nel=atoi(argv[++i]);
 163      break;
 164     case 'c':
 165      start_nel=atoi(argv[++i]);
 166      break;
 167     case 'x':
 168      x_cell=atoi(argv[++i]);
 169      break;
 170     case 'y':
 171      y_cell=atoi(argv[++i]);
 172      break;
 173     case 'z':
 174      z_cell=atoi(argv[++i]);
 175      break;
 176     case 's':
 177      steps=atoi(argv[++i]);
 178      break;
 179     case 'X':
 180      display_x=atoi(argv[++i]);
 181      break;
 182     case 'Y':
 183      display_y=atoi(argv[++i]);
 184      break;
 185     case 'Z':
 186      display_z=atoi(argv[++i]);
 187      break;
 188     case 'd':
 189      display_refresh_rate=atoi(argv[++i]);
 190      break;
 191     case 'r':
 192      a_p_range=atoi(argv[++i]);
 193      break;
 194     case 'f':
 195      a_p_faktor=atof(argv[++i]);
 196      break;
 197     case 'p':
 198      a_p_p0=atof(argv[++i]);
 199      break;
 200     case 'C':
 201      c_c0=atoi(argv[++i]);
 202      break;
 203     case 'S':
 204      c_slope=atoi(argv[++i]);
 205      break;
 206     default:
 207      usage();
 208      return -23;
 209    }
 210   } else usage();
 211  }
 212
 213  /* open random fd */
 214  if((random_fd=open("/dev/urandom",O_RDONLY))<0)
 215  {
 216   puts("cannot open /dev/urandom\n");
 217   return -23;
 218  }
 219
 220  /* calculate sum_z_cells one time! */
 221  gr=0;
 222  for(i=1;i<=z_cell;i++) gr+=i;
 223  sum_z_cells=z_cell*start_nel+slope_nel*gr;
 224  sum_c_dist=z_cell*c_c0+c_slope*gr;
 225  printfd("debug: sum_z_cells -> %u\ndebug: sum_c_dist -> %u\n",sum_z_cells,sum_c_dist);
 226
 227  /* testing ... */
 228
 229  /* allocate cells */
 230  printf("malloc will free %d bytes now ...\n",x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell));
 231  if((cell_p=(cell *)malloc(x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell)))==NULL)
 232  {
 233   puts("failed allocating memory for cells\n");
 234   return -23;
 235  }
 236  memset(cell_p,0,x_cell*y_cell*z_cell*sizeof(cell));
 237
 238  /* init display */
 239  display_init(x_cell,y_cell,z_cell,&display,cell_p,&argc,argv);
 240
 241  /* main routine */
 242  for(i=0;i<steps;i++)
 243  {
 244   x=rand_get(x_cell);
 245   y=rand_get(y_cell);
 246   z=rand_get_lgp(slope_nel,start_nel);
 247
 248   /* todo */
 249   distrib_c_conc(cell_p,c_c0,c_slope,i,x_cell,y_cell,z_cell);
 250
 251   // process_cell(cell_p+x+y*x_cell+z*x_cell*y_cell);
 252   process_cell(cell_p,x,y,z,x_cell,y_cell,z_cell,a_p_range,a_p_faktor,a_p_p0);
 253
 254   /* display stuff */
 255   if((i%display_refresh_rate)==0)
 256    display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 257  }
 258
 259  /* display again and listen for events */
 260  display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 261  display_event_init(&display);
 262
 263  while(!quit)
 264  {
 265   display_scan_event(&display,&display_x,&display_y,&display_z,&quit);
 266   display_draw(&display,display_x,display_y,display_z);
 267  }
 268
 269  display_release(&display);
 270
 271  return 23;
 272 }