Polyphony : Python によるコンパイラ
GitHub - ktok07b6/polyphony: Polyphony is Python based High-Level Synthesis compiler.
とりあえず本家から fork してみる。っていうか、本家って言っても隣で K 君が開発してるんだけどね。
なにやら SSA Book なるものを読んでいて、開発の時なんだかすごく怪しい（これかな？http://ssabook.gforge.inria.fr/latest/book.pdf）。妙なオーラが立っている。
Polyphony は Python の文法を解析する機構を使って verilog を吐き出すコンパイラだ。折角なのでロゴも作った。
Python のコードを解析するたびに visitor がよばれ、そこでアクションを書いていくという方式。XML でもそういうのあったなぁ。まぁ、その辺の仕組みは Sythesijer と似ている。いろいろ対応して（たとえばクラスに対応している！！）いて、だいぶ充実してきている。そろそろ製品化だね。
ということで、わたしも Lisp なんてやってないで（うぐ）、Python をやることにした。OCaml やりたかったけど、それは後回しになった（会社の方針として、、、、）。とはいえ、Python は初心者だぜ。
ざっくりソースも読んだ。あくまでざっくり。Polyphony はつぎのことをやっている
- Python のコードを IR の tree に変換(IR は Tiger book を参考にしているそうだ)
- IR の tree をいじって最適化
- IR を AHDL に変換。AHDL は独自中間言語。
- AHDL を verilog に変換
普通のコンパイラと違うところはレジスタのスピルとかがない。スケジュールして同時に実行することを考慮している。というところか。
そして、この間、Python の勉強をしていて Decorator というのを覚えた。ん？これでマクロ作れるんじゃないか？
関係ないけど pico-8 も気になる。
Min Caml コンパイラ その4
一向に Min Caml にたどり着かない。
今日は予備知識
The Essence of Compiling with Continuations
https://slang.soe.ucsc.edu/cormac/papers/pldi93.pdf
何やら有益なことが書いてあるらしい。どういうわけか、誰かが（大和谷さんという人）が和訳していたりする。
http://www.jaist.ac.jp/~kiyoshiy/writing/flanagan_EssenceOfCompilingWithContinuations.tex
図などは原文を見ないといけないけど、こういう資料はありがたい。
pdf 化しておこうhttps://drive.google.com/file/d/0B03DLc17PR0DOTF4a0JIelBsV1k/view?usp=sharing
まぁつまり CPS は無駄なので K正規化しましょうということらしい。その真意はまだわかっていない（わたしが）。
Zybo で Jupyter + PYNQ のソース を動かす。
Zybo でも PYNQ で採用しているシステムが動いた。gpio と HDMI_OUT はできた。HDMI_IN は出来なかった。環境が悪いのか、どっかでしくじったのかは不明。
以下、作業備忘録
- PYNQ の base.tcl から Vivado で合成（この時点では PYNQ のシステム)
- デザインから
- arudino の iop 削除
- audio のブロック削除
- ここで tcl をセーブ
- さらにデザインから
- pmod を２つ削除
- PS の設定を Zybo に変更
- xdc をZybo に変更
- 合成
- ハードウェアを export (ps7_init_gpl.[ch] ができる)
- ps7_init_gpl.[ch] から u-boot をつくる（これで boot.bin と u-boot.img ができる）
- boot.bin と u-boot.img と zybo 用の dtb に入れ替え。uImage はそのまま。
- mmcblk0p2 を（どっかで) mount して以下の修正
- rc.local から 4_boot_led.sh をコメントアウト
- pl.py の devicetree の名称を変更
- bistream に zybo の bit と tcl を base の名前でおく
この作業をしたのちに ol で download すると zybo の done が点滅して最終的には点灯。
あとは普通に Jupyter で実行すればよい。まちがったのを実行するとそのままお亡くなりになる可能性もあるので注意。
HDMI out 出来たとはいえ、pmod 経由で HDMI out する基板が必要。
イメージはここ経由でダウンロード可能。
Min Caml コンパイラ その3
引き続き、コンパイラの社内研究会開催。
ざっくりと概要は読み終わった。
K 正規化とα変換で SSA と同等なことが達成ているのではないかと。A 正規化はインラインが楽。でもインラインしないなら、結局 K 正規化しないといけなさそう。
HLS ではクロージャ変換いらねーんじゃね？かと。関数を引数に渡したときにクロージャー変換が必要なのは謎。関数を引数に渡したときは結局テンプレート的なこと=多相にしないといけなさそう。
コンパイラを作る流れは一通り読めた。普通のコンパイラの作り方という結論。型推論以外は。
あと、型推論はうまく今のコンパイラの外側でやれないか？と。つまりオンオフができるように（直交的に）できないか検討したい。とりあえず試しにやってみることになった。なんちゃって型推定。
型推定をざっくりいうと、int と float （だけとすると）の世界を分けましょう。ということで、全部を全部、推定できないから、さいしょに * と *. といった型の決まった演算を足掛かりに推定していきましょうということらしい。なので、言語として最初からその思想があるかどうかがポイントで、その思想がない言語に後から導入するのは厳しそうな感じ。
F# を調べると *. みたいなのがなさそうだったのでどうしているのか不思議。
その他
qiita.com
これを読むと、私もコンパイラになれそうな気がしてきた。アイキャッチ画像があって、そういう時代の流れなんだなぁ、、、と思った。
compiler-errors-for-humans
「エラー発生時に「もしかして？」を表示してくれる。」らしいぞ。
これで、型変換を含めたコンパイラへの足掛かりは出来た（つもり）。
PYNQ のデザインを合成してみた
2016.1 ようだったが、無理やり 2016.2 に変えて合成してみた。結構時間がかかると思ったら、単純なデザインではなかった。その上、なぜかタイミングエラーですが。気にせず、先に進みます。
右下には audio や iop1 iop2 io3 というブロックがあります。iop は IO Processor のようです。pmod と arudino の sheild に対応しています。
tracer buffer というのがあって、これは各ピンのログをとれるようです。(AXI Stream として）
大きそうな iop3 をのぞいてみます。
MicroBlaze がはいっていることがわかりました。iop ごとに入っているので全部で3つです。
mb3_timers_subsystem というのがあります。
pwm などのためのタイマーが5つあり、AXI でつながっています。MB からコントロールするようです。ほかに MB の interrupt controller があるので、おそらくこれらの割り込み処理を MB が担当するのでしょう。プログラムは BRAM に置くようです。
また、そのほか GPIO, SPI, IIC などのサブシステムがあります。shield で規定されている IO に対応しているようです。
全部入りのシステムにしたかったのでしょう。pmod も spi だったり iic, gpio, timer があります。switch というブロックで切り替えるようで、それも MB がやっているようです。
かなり重そうな大規模システムです。FPGA の拡張性を考えるともうすこしシンプルなものも用意してくれるといい気がします。
Min Caml コンパイラ その2
速攻MinCamlコンパイラ概説 をみればいいだけだったりして。ML の解説まで書いてある。
あと OCaml の参考書としては「プログラミング in OCaml」という本を読んでいる。Kindle版はあるが、紙の本の方は絶版だ。いい本だけに残念。
「MinCamlはMLのサブセットです」とある。まず ML がわからないとダメ。ここで躓く。e::= の式も躓く。とりあえず自分の理解を書いておこう。
let が OCaml と違う。
let x = e1 in e2
となっている。OCaml では大域変数として
let pi = 3.14159
とかできるが、どうも Min Caml はできないらしい。上の文法を見るとそう書いてあるから、そうなのだが、ここで躓く。ML では let ... in ... しかないようにも見えるので(よく知らない)、Min Caml という名前から OCaml に誘導されそうになるが、「MinCamlはMLのサブセットです」ということらしい。
関数の定義が独自(?)
関数の定義にわざわざ「再帰関数定義」と銘打っているので、再帰じゃない関数があるのかと？勘違いするが、どうも、すべての関数（プリミティブを除くと）は「再帰関数定義」らしい。そして、
let rec f a0 a1 a2 = e1 in e2
となっていて、rec という特別なキーワードが出てくる。このキーワードは ML にも OCaml にもないように思う（自信なし）。(hatena のキーワードでハイライトされてしまった。OCaml に let rec が let とは別にあった)。ということで、関数の定義は let rec で、それは常に再帰関数定義となる。再帰関数定義の意味がよくわからないが、上の e1 でも使えるということなのだろうか？
最初に理解しなくて張らならないのは Min Caml の文法
OCaml の文法とは Min Caml は違うので、まず Min Caml 自身の文法を「CCaml とは違う」ということを念頭に理解しなくてはならないと思う。コンパイラを作るうえで OCaml の理解は必要だけど、極端な話、この時点では OCaml しらなくてよい。Min Caml を理解するのが先。そして、どこが OCaml と違うのかを理解する。というのが感想。とくに OCaml や ML 知らない人（私だよ）は特にそうだと思う。
Min Caml を使う
- まず、 git clone する。
- to_x86 というシェルプロを走らせる。(ほかに to_ppc, to_sparc なんてのがある)
- make する。min-caml ができる。 (min-rt は興味のある人だけ make すればよい。直接コンパイラに関係ないから)
- test をみて Min Caml の雰囲気を知る
- 自分の環境で Min Caml のソースを作る（あるいは test からコピーする）
- Min Caml でコンパイル
min-caml adder
adder: adder.s libmincaml.S stub.o gcc -m32 -g -O2 -Wall $^ -lm -o adder
こんな感じで理解を深めていけばよい。
*. はあるけど * はない？
OCaml で躓くのが整数と小数点ありの数。これ ML では別々の世界を持っていると考えるみたいね。なので、掛け算も小数点の場合は *. で、整数の場合は * 。
ただし、Min Caml で * はサポートされていないっぽい。*. はある。
let pi = 3.14159 in
let rec f r = r *. r *. pi in
print_int (int_of_float (f 789.0));
print_newline()
