レイトレを動かしてみる

from マルチサイクル RISC-V CPU を作成したい

レイトレを組み込んでみたものの、黒い画像しか表示されない...

どこが原因かを探るにあたり、既存のレイトレではどのようなデータが流れているかを確認しておきたい。

OCamlのレイトレで、小さい画像を生成して流れるデータを確認してみる。

OCamlでレイトレ

以下のコマンドで min-rt.ml をOCamlで実行できる

code:sh

$ cd min-rt

$ make ball.ocamlopt.ppm

以下のコマンドでPPMファイルをターミナルに表示できる。

code:sh

ocamlopt -unsafe -inline 100 -c -pp ./preprocess.sh min-rt.ml && ocamlopt -unsafe -inline 100 -o min-rt miniMLRuntime.cmx globals.cmx min-rt.cmx && ./min-rt < ball.sld

画像サイズを小さく（3x3）

code:diff

diff --git a/min-rt/min-rt.ml b/min-rt/min-rt.ml

index d19ded6..2b5f421 100644

--- a/min-rt/min-rt.ml

+++ b/min-rt/min-rt.ml

@@ -1268,4 +1268,4 @@ in

)

-rt 768 768 false

+rt 3 3 false

処理の流れ

sizeを初期化

read_parameter

read_environ

screenを初期化

cos_vを初期化

sin_vを初期化

lightを初期化

beamを初期化

vp（視点位置ベクトル・ローカル座標）を初期化

view（視点位置ベクトル・ワールド座標）を初期化

read_all_object

read_object 0

read_nth_object n

abc = Array.make 3 0.0

xyz = Array.make 3 0.0

refparam = Array.make 2 0.0

color = Array.make 3 0.0

rotation = Array.make 3 0.0

objectsを初期化

cs_tempをrotationで初期化

（デバッグ出力）

Format.eprintf "OBJ #%d: %d (%f %f %f) (%f %f %f) [%f %f %f]@."

n form abc.(0) abc.(1) abc.(2) xyz.(0) xyz.(0) xyz.(0)

rotation.(0) rotation.(1) rotation.(2);

read_object (n + 1)

read_and_network 0

read_net_item 0

-1でなければ and_netを初期化

read_and_network (n + 1)

or_net.(0) <- read_or_network 0

scan_start

write_ppm_header

sizex = float_of_int size.(0)

scan_d(0) <- 128.0 /. sizex

scan_offset.(0) <- sizex /. 2.0

scan_line 0

scan_point 0

raytracing 0 1.0

crashed_p = tracer viewpoint vscan → 大丈夫そう

write_rgb

scan_point (scanx + 1)

scan_line (scany + 1)

bright

bright に 0.774 を入れると何かが出力された。bright は何をやってる？

code:ocaml

if crashed_p then

(* オブジェクトにぶつかった場合 *)

(

(* 1. 物体に当たる光 *)

let cobj = objects.(crashed_object.(0)) in

get_nvector cobj crashed_point;

let bright =

if (shadow_check_one_or_matrix 0 or_net.(0) crashed_point)

then

0.0 (* 影なので光は当たらない *)

else (

let br = -.(in_prod nvector light) in

let br1 = if 0.0 > br then 0.2 else br +. 0.2 in

br1 *. energy *. o_diffuse cobj

)

shadow_check_one_or_matrix 0 or_net.(0) crashed_point で true = 1 が返るのが原因。

code:ocaml

(* 1. 物体に当たる光 *)

let cobj = objects.(crashed_object.(0)) in

get_nvector cobj crashed_point;

let bright =

let b = shadow_check_one_or_matrix 0 or_net.(0) crashed_point in

let _ = print_byte 64 in

let _ = print_byte 32 in

let _ = if b then print_int 1 else print_int 0 in

let _ = print_newline () in

if (shadow_check_one_or_matrix 0 or_net.(0) crashed_point)

then

0.0 (* 影なので光は当たらない *)

else (

let br = -.(in_prod nvector light) in

let br1 = if 0.0 > br then 0.2 else br +. 0.2 in

br1 *. energy *. o_diffuse cobj

)

crashed_point の値は同じ

code:text

3 3

255

0 0 0 @ -28936

28936

-28721

197 0 0 @ 28936

28936

-28721

197 0 0 0 0 0 @ -28936

-28936

-28721

197 0 0 @ 28936

-28936

-28721

197 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

crashed_object.(0) の値も同じ

code:text

3 3

255

0 0 0 @ 0

197 0 0 @ 0

197 0 0 0 0 0 @ 0

197 0 0 @ 0

197 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

or_net.(0) も同じみたい

code:ocaml

if crashed_p then

(* オブジェクトにぶつかった場合 *)

(

(* 1. 物体に当たる光 *)

let cobj = objects.(crashed_object.(0)) in

get_nvector cobj crashed_point;

let bright =

let _ = print_byte 64 in

let _ = print_byte 32 in

let _ = print_int or_net.(0).(0).(0) in

let _ = print_newline () in

let _ = print_int or_net.(0).(0).(1) in

let _ = print_newline () in

let _ = print_int or_net.(0).(0).(2) in

let _ = print_newline () in

let _ = print_int or_net.(0).(1).(0) in

let _ = print_newline () in

if (shadow_check_one_or_matrix 0 or_net.(0) crashed_point)

then

0.0 (* 影なので光は当たらない *)

else (

let br = -.(in_prod nvector light) in

let br1 = if 0.0 > br then 0.2 else br +. 0.2 in

br1 *. energy *. o_diffuse cobj

)

（OCaml版）

code:text

3 3

255

0 0 0 @ 99

-1

197 0 0 @ 99

-1

197 0 0 0 0 0 @ 99

-1

197 0 0 @ 99

-1

（MinCaml版）

code:text

3 3

255

0 0 0 @ 99

-1

0 0 0 @ 99

-1

0 0 0 0 0 0 @ 99

-1

0 0 0 @ 99

-1

以下が true になるのが原因かも

code:ocaml

let t0 = solver obj light p in

let t0p = solver_dist.(0) in

if (if t0 <> 0 then t0p < -0.2 else false)

code:ocaml

(**** AND ネットワーク iand の影内かどうかの判定 ****)

(*MINCAML*)let rec shadow_check_and_group iand_ofs and_group p =

(*NOMINCAML let rec shadow_check_and_group iand_ofs and_group p =*)

if and_group.(iand_ofs) = -1 then

false

else

let obj = and_group.(iand_ofs) in

if crashed_object.(0) = obj

then shadow_check_and_group (iand_ofs + 1) and_group p

else

let t0 = solver obj light p in

let t0p = solver_dist.(0) in

if (if t0 <> 0 then t0p < -0.2 else false)

then

let _ = print_byte 64; print_byte 64; print_byte 64 in

(* Q: 交点の候補。実際にすべてのオブジェクトに *)

(* 入っているかどうかを調べる。*)

let t = t0p +. 0.01 in

chkinside_p.(0) <- light.(0) *. t +. p.(0);

chkinside_p.(1) <- light.(1) *. t +. p.(1);

chkinside_p.(2) <- light.(2) *. t +. p.(2);

if (check_all_inside 0 and_group)

then true

else shadow_check_and_group (iand_ofs + 1) and_group p

(* 次のオブジェクトから候補点を探す *)

else

(* 交点がない場合: 極性が正(内側が真)の場合、 *)

(* AND ネットの共通部分はその内部に含まれるため、*)

(* 交点はないことは自明。探索を打ち切る。 *)

if o_isinvert (objects.(obj))

then shadow_check_and_group (iand_ofs + 1) and_group p

else false

-0.007 < -0.2 が true になってしまうのが原因っぽい→FLE.Sがバグってた

code:ocaml

let t0 = solver obj light p in

let t0p = solver_dist.(0) in

let _ = print_byte 64; print_byte 64; print_byte 64 in

let _ = print_int (int_of_float (t0p *. 1000.0)) in

let _ = print_byte (if t0 <> 0 then 84 else 70) in (* T or F *)

let _ = print_byte (if t0p < -0.2 then 84 else 70) in (* T or F *)

if (if t0 <> 0 then t0p < -0.2 else false)

（OCaml版）

OCaml版では、-0.007 < -0.2 は false

code:text

3 3

255

0 0 0 @@@-7TF197 0 0 @@@-7TF197 0 0 0 0 0 @@@-7TF197 0 0 @@@-7TF197 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

（MinCaml版）

OCaml版では、-0.007 < -0.2 が true

code:text

3 3

255

0 0 0 @@@-7TT0 0 0 @@@-7TT0 0 0 0 0 0 @@@-7TT0 0 0 @@@-7TT0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

code:text

00003428 <beq_cont.6198>:

3428: 00008293 mv t0,ra

342c: 00058513 mv a0,a1

3430: 025d2223 sw t0,36(s10)

3434: 028d0d13 addi s10,s10,40

3438: 1fd020ef jal 5e34 <min_caml_print_byte>

343c: fd8d0d13 addi s10,s10,-40

3440: 024d2283 lw t0,36(s10)

3444: 00028093 mv ra,t0

3448: 000062b7 lui t0,0x6

344c: 1442a507 flw fa0,324(t0) # 6144 <l.5065>

3450: 018d2587 flw fa1,24(s10)

3454: a0b502d3 fle.s t0,fa0,fa1

3458: 00100313 li t1,1

345c: 00629663 bne t0,t1,3468 <beq_else.6199>

3460: 04600513 li a0,70

3464: 0080006f j 346c <beq_cont.6200>

code:text

00006144 <l.5065>:

6144: cccd .insn 2, 0xcccd

6146: be4c .insn 2, 0xbe4c

FLE.Sがバグってる

直した。

code:diff

commit a0067ca9099d01059e8373a0795aec3e0e825ed8

Author: takashi hatakeyama <takashi.hatakeyama@gmail.com>

Date: Thu Jan 16 13:14:44 2025 +0900

Fix FLE.S bug

diff --git a/firmware/test/float_if.ml b/firmware/test/float_if.ml

index 7a38b67..0e348b6 100644

--- a/firmware/test/float_if.ml

+++ b/firmware/test/float_if.ml

@@ -27,10 +27,16 @@ let rec test4 x y =

let rec test5 x y =

if x = y then 1 else 0

+let rec test6 _ =

+ let c = -0.007 in

+ let d = -0.2 in

+ (* 負の値どうしの FLE.S がバグってた *)

+ if c < d then 1 else 0

+in

test1 a a;

test2 a b;

test3 a b;

test4 b a;

print_int (test5 a a);

+print_int (test6 ()); (* => 0 が返って欲しい *)

print_newline ()

diff --git a/rtl/fpu_controller.sv b/rtl/fpu_controller.sv

index 6111da0..1eed005 100644

--- a/rtl/fpu_controller.sv

+++ b/rtl/fpu_controller.sv

@@ -309,7 +309,7 @@ module fpu_controller(

(fp_sign1 === 1 && fp_sign2 === 0) ? 32'h00000001 :

(fp_sign1 === 0 && fp_sign2 === 1) ? 32'h00000000 :

(fp_sign1 === 0 && fp_sign2 === 0 && fp_exp1 < fp_exp2) ? 32'h00000001 :

- (fp_sign1 === 1 && fp_sign2 === 1 && fp_exp1 > fp_exp2) ? 32'h00000000 :

+ (fp_sign1 === 1 && fp_sign2 === 1 && fp_exp1 > fp_exp2) ? 32'h00000001 :

(fp_sign1 === 0 && fp_sign2 === 0 && fp_exp1 === fp_exp2 && fp_frac1 < fp_frac2) ? 32'h00000001

: 32'h00000000;

assign fle_in1_ack = 1'b1;

ball.sldが動いた

https://gyazo.com/129d2a98bee9491f3e4b65cc99cfeab3

tron.sldが動いた

https://gyazo.com/dfa19bcf6e63f60b62223a5ad744a16b

shuttle.sldが動かない

途中で出力が途絶えてしまう。3x3のうちの2行目に問題がありそう。

code:text

3 3

255

0 0 0 194 194 194 255 255 0

utexture cobj crashed_point; (* テクスチャを計算 *) で落ちてるみたい。

テクスチャ周りのロジックを一部コメントアウトしたらそれっぽい画像が出力されるようになった。

https://gyazo.com/5b879fedba3086f94be983cc86c98be9

code:text

let foo = p.(1) *. 0.25 in

(* let bar = sin foo in *)

sin 10.469 で落ちてるような？

（OK）

U1:10469:-864

code:text

A:3 B:0 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:32 1 1 B:1 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:T E:553 U:0 F: G: Z:34 119 119 B:2 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:T E:692 U:0 F: G: Z:166 191 46 B:3 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:T E:641 U:0 F: G: Z:232 253 119 B:4 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:T E:226 U:0 F: G: Z:60 47 0 B:5 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0 B:6 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0 B:7 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0 B:8 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0 B:9 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0 B:10 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0 B:11 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0 B:12 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0 B:13 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0 B:14 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0 B:15 C:0:1000 D:T E:796 U:2 U1:10469:-864 E1:747 F: G: Z:151 51 203 B:16 C:0:1000 D:T E:952 U:2 U1:10772:-975 E1:951 F: G: Z:255 57 255 B:17 C:0:1000 D:T E:810 U:2 U1:10761:-972 E1:946 F: G: Z:196 12 207 B:18 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0 B:19 C:0:1000 D:T E:122 U:0 F: G: C:1:800 D:F Z:31 0 0

（NG）

code:text

code:ruby

irb(main):042:0> my_sin(0.0)

=> 0.0

irb(main):043:0> my_sin(1.0)

=> 0.8414710097001764

irb(main):044:0> my_sin(2.0)

=> 0.909347442680776

irb(main):045:0> my_sin(3.0)

=> 0.1453124999999999

irb(main):046:0> my_sin(4.0)

=> -0.7570155063211148

irb(main):047:0> my_sin(5.0)

=> -0.9589246596582796

irb(main):048:0> my_sin(6.0)

=> -0.2794154981989492

irb(main):049:0> my_sin(7.0)

=> 0.6569865993598377

irb(main):050:0> my_sin(8.0)

=> 0.9893676359401486

irb(main):051:0> my_sin(9.0)

=> 0.413541440727335

irb(main):052:0> my_sin(10.0)

=> -0.5447853145181427

adjust で無限ループしてるみたい。FLE.S がまたバグってる？

code:text

000060b4 <min_caml_start>:

60b4: 00050d13 mv s10,a0

60b8: 00058d93 mv s11,a1

60bc: 010d0d13 addi s10,s10,16

60c0: fe1d2c23 sw ra,-8(s10)

60c4: fe8d2e23 sw s0,-4(s10)

60c8: ff0d0413 addi s0,s10,-16

60cc: 000082b7 lui t0,0x8

60d0: e0c2a507 flw fa0,-500(t0) # 7e0c <l.5024>

60d4: 000082b7 lui t0,0x8

60d8: d742a587 flw fa1,-652(t0) # 7d74 <l.5529>

60dc: a0b502d3 fle.s t0,fa0,fa1

60e0: 00100313 li t1,1

60e4: 00629463 bne t0,t1,60ec <beq_else.6612>

60e8: 0400006f j 6128 <beq_cont.6613>

000060ec <beq_else.6612>:

60ec: 3a300513 li a0,931

60f0: 00008293 mv t0,ra

60f4: 005d2223 sw t0,4(s10)

60f8: 008d0d13 addi s10,s10,8

60fc: 084000ef jal 6180 <min_caml_print_int>

6100: ff8d0d13 addi s10,s10,-8

6104: 004d2283 lw t0,4(s10)

6108: 00028093 mv ra,t0

610c: 00008293 mv t0,ra

6110: 005d2223 sw t0,4(s10)

6114: 008d0d13 addi s10,s10,8

6118: 350000ef jal 6468 <min_caml_print_newline>

611c: ff8d0d13 addi s10,s10,-8

6120: 004d2283 lw t0,4(s10)

6124: 00028093 mv ra,t0

00006128 <beq_cont.6613>:

6128: ff8d2083 lw ra,-8(s10)

612c: ffcd2403 lw s0,-4(s10)

6130: ff0d0d13 addi s10,s10,-16

6134: 00008067 ret

FLE.Sを再度修正した... orz

code:diff

diff --git a/Makefile b/Makefile

index 67ca19a..15af15a 100644

--- a/Makefile

+++ b/Makefile

@@ -58,9 +58,9 @@ run: firmware

firmware/firmware.hex:

-# FIRMWARE_TARGET = libmincaml_test.S

+# FIRMWARE_TARGET = fle_test.S

# firmware/firmware.hex: firmware/$(FIRMWARE_TARGET)

-# riscv64-unknown-elf-gcc -march=rv32i -mabi=ilp32 -nostdlib -Wl,-Ttext=0x00000000 $< -o firmware/firmware.elf

+# riscv64-unknown-elf-gcc -march=rv32if -mabi=ilp32f -nostdlib -Wl,-Ttext=0x00000000 $< -o firmware/firmware.elf

# riscv64-unknown-elf-objcopy -O verilog --verilog-data-width 4 firmware/firmware.elf firmware/firmware.hex

# MinCaml のプログラムをビルド

@@ -78,7 +78,7 @@ firmware/firmware.hex: Makefile firmware/min-rt/min-rt.ml firmware/sld_data.s fi

cat firmware/pre_firmware.hex | grep -v "@" > firmware/firmware.hex

# riscv64-unknown-elf-objcopy -O verilog --verilog-data-width 4 firmware/firmware.elf firmware/firmware.hex

-SLD_FILE = firmware/min-rt/ball.sld

+SLD_FILE = firmware/min-rt/contest.sld

firmware/sld_data.s: $(SLD_FILE) Makefile

ruby firmware/bin/sld2asm.rb $(SLD_FILE) > firmware/sld_data.s

diff --git a/firmware/min-rt/min-rt.ml b/firmware/min-rt/min-rt.ml

index 0aff98f..04844af 100644

--- a/firmware/min-rt/min-rt.ml

+++ b/firmware/min-rt/min-rt.ml

@@ -33,9 +33,9 @@ let rec sin x =

else

- let x1 = adjust x in

- let x2 = x1 *. x1 in

- let x3 = x1 *. x2 in

+ let x = adjust x in

+ let x2 = x *. x in

+ let x3 = x *. x2 in

let x5 = x3 *. x2 in

let x7 = x5 *. x2 in

let x9 = x7 *. x2 in

@@ -1539,21 +1539,6 @@ in

)

-(* rt 40 40 false; *)

-rt 40 40 false;

+(* rt 128 128 false; *)

+rt 256 256 false;

print_newline ()

-(* print_int (int_of_float ((sin 0.0) *. 1000.0));

-print_newline ();

-print_int (int_of_float ((sin 1.0) *. 1000.0));

-print_newline ();

-print_int (int_of_float ((sin 2.0) *. 1000.0));

-print_newline ();

-print_int (int_of_float ((sin 3.0) *. 1000.0));

-print_newline ();

-print_int (int_of_float ((sin 4.0) *. 1000.0));

-print_newline ();

-print_int (int_of_float ((sin 5.0) *. 1000.0));

-print_newline ();

-print_int (int_of_float ((sin 10.0) *. 1000.0));

-print_newline () *)

無事に表示されるようになったレイトレ殿

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