В предыдущих частях от iv_s (раз два три) были описаны различные техники использования C и Ruby вместе. Я бы хотел рассказать о еще одной возможной связке – использовании уже существующих системных C-функций.
Я потихоньку улучшаю своего робота-рисовача. Он написан на Ruby, поэтому при подключении к нему акселерометра с гироскопом, мне, само собой, захотелось продолжить использовать эту технологию.
Как оказалось, достучаться до функций работы с шиной I2C в Ruby предельно просто – он позволяет использовать уже написанные и установленные библиотеки на C.
Схема работы такая:
на RaspberryPi запущен Sinatra сервер, который при обращении отдает данные о повороте платы по осям X и Y, а также расстояние до ближайшего препятствия в сантиметрах.
На клиенте для визуализации и отладки написан простой скрипт с использованием Raphael3d.js, который каждые 100мс опрашивает устройство и поворачивает схематическую плату в соответствии с положением платы физической.
Аппаратная часть
Подключаем плату акселерометра/гироскопа. В моем случае это трехдолларовый MPU6050.
Чтобы получить доступ к функциям этой платы, таким как чтение/запись в регистры, инициализацию и прочее, нужно установить wiringPi. Если кто-то из читающих не в курсе, wiringPi дает простой доступ к выводам (GPIO) и устройствам RaspberryPi. Так что весь описанный далее механизм справедлив для любой из задач, от мигания светодиодом, до работы с PWM.
Следующий шаг – найти скомпилированную библиотеку wiringPi и подключить её к ruby-проекту.
require 'fiddle' wiringpi = Fiddle.dlopen('/home/pi/wiringPi/wiringPi/libwiringPi.so.2.25') Теперь можно напрямую вызывать все функции из этой библиотеки в том виде, как их задумывал разработчик.
Fiddle – это стандартный модуль Ruby, который использует стандартный же *nix механизм libffi (Foreign Function Interface Library).
Поскольку мне нужны не все функции библиотеки, то я выбираю нужные и регистрирую только их:
Выбираем то, что надо в файле wiringPiI2C.h
extern int wiringPiI2CSetup (const int devId) ; extern int wiringPiI2CWriteReg8 (int fd, int reg, int data) ; И подключаем в программе:
int = Fiddle::TYPE_INT @i2c_setup = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiI2CSetup'], [int], int) @i2c_write_reg8 = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiI2CWriteReg8'], [int, int, int], int) Параметры это – имя функции, массив принимаемых параметров и возвращаемое значение. Если передаются указатели, то, вне зависимости от их типа, они принимаются равными Fiddle::TYPE_VOIDP
Вот так происходит вызов подключенной функции:
@fd = @i2c_setup.call 0x68 #адрес устройства на шине I2C. Берется в мануале или с помощью утилиты i2cdetect. @i2c_write_reg8.call @fd, 0x6B, 0x00 # пишем в устройство, в регистр 0x6B значение 0. В данном случае – это вывод из спящего режима. Вот собственно и всё, я сделал класс MPU6050, в конструкторе которого я объявляю все необходимые мне функции, и функцией measure, которая возвращает данные о повороте платы, используя немного магии Калмана.
require 'fiddle' class MPU6050 attr_reader :last_x, :last_y, :k def initialize(path_to_wiring_pi_so) wiringpi = Fiddle.dlopen(path_to_wiring_pi_so) int = Fiddle::TYPE_INT char_p = Fiddle::TYPE_VOIDP # int wiringPiI2CSetup (int devId) ; @i2c_setup = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiI2CSetup'], [int], int) # int wiringPiI2CSetupInterface (const char *device, int devId) ; @i2c_setup_interface = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiI2CSetupInterface'], [char_p, int], int) # int wiringPiI2CRead (int fd) ; @i2c_read = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiI2CRead'], [int], int) # int wiringPiI2CWrite (int fd, int data) ; @i2c_write = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiI2CWrite'], [int, int], int) # int wiringPiI2CWriteReg8 (int fd, int reg, int data) ; @i2c_write_reg8 = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiI2CWriteReg8'], [int, int, int], int) # int wiringPiI2CWriteReg16 (int fd, int reg, int data) ; @i2c_write_reg8 = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiI2CWriteReg16'], [int, int, int], int) # int wiringPiI2CReadReg8 (int fd, int reg) ; @i2c_read_reg8 = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiI2CReadReg8'], [int, int], int) # int wiringPiI2CReadReg16 (int fd, int reg) ; @i2c_read_reg16 = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiI2CReadReg16'], [int, int], int) @fd = @i2c_setup.call 0x68 @i2c_write_reg8.call @fd, 0x6B, 0x00 @last_x = 0 @last_y = 0 @k = 0.30 end def read_word_2c(fd, addr) val = @i2c_read_reg8.call(fd, addr) val = val << 8 val += @i2c_read_reg8.call(fd, addr+1) val -= 65536 if val >= 0x8000 val end def measure gyro_x = (read_word_2c(@fd, 0x43) / 131.0).round(1) gyro_y = (read_word_2c(@fd, 0x45) / 131.0).round(1) gyro_z = (read_word_2c(@fd, 0x47) / 131.0).round(1) acceleration_x = read_word_2c(@fd, 0x3b) / 16384.0 acceleration_y = read_word_2c(@fd, 0x3d) / 16384.0 acceleration_z = read_word_2c(@fd, 0x3f) / 16384.0 rotation_x = k * get_x_rotation(acceleration_x, acceleration_y, acceleration_z) + (1-k) * @last_x rotation_y = k * get_y_rotation(acceleration_x, acceleration_y, acceleration_z) + (1-k) * @last_y @last_x = rotation_x @last_y = rotation_y # {gyro_x: gyro_x, gyro_y: gyro_y, gyro_z: gyro_z, rotation_x: rotation_x, rotation_y: rotation_y} "#{rotation_x.round(1)} #{rotation_y.round(1)}" end private def to_degrees(radians) radians / Math::PI * 180 end def dist(a, b) Math.sqrt((a*a)+(b*b)) end def get_x_rotation(x, y, z) to_degrees Math.atan(x / dist(y, z)) end def get_y_rotation(x, y, z) to_degrees Math.atan(y / dist(x, z)) end end
Этот подход вполне оправдывает себя, когда нет жестких ограничений по времени. То есть, когда речь идет о миллисекундах. А вот когда дело доходит до микросекунд, то приходится использовать вставки C-кода в программу. Иначе просто не успевает.
Так получилось с дальномером, его принцип работы – послать сигнал начала измерений в 10 микросекунд, измерить длину обратного импульса, поделить на коэффициент, чтобы получить расстояние в сантиметрах.
require 'fiddle' require 'inline' class HCSRO4 IN = 0 OUT = 1 TRIG = 17 ECHO = 27 def initialize(path_to_wiring_pi_so) wiringpi = Fiddle.dlopen(path_to_wiring_pi_so) int = Fiddle::TYPE_INT void = Fiddle::TYPE_VOID # extern int wiringPiSetup (void) ; @setup = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiSetup'], [void], int) # extern int wiringPiSetupGpio (void) ; @setup_gpio = Fiddle::Function.new(wiringpi['wiringPiSetupGpio'], [void], int) # extern void pinMode (int pin, int mode) ; @pin_mode = Fiddle::Function.new(wiringpi['pinMode'], [int, int], void) @setup_gpio.call nil @pin_mode.call TRIG, OUT @pin_mode.call ECHO, IN end inline do |builder| #sudo cp WiringPi/wiringPi/*.h /usr/include/ builder.include '<wiringPi.h>' builder.c ' double measure(int trig, int echo){ //initial pulse digitalWrite(trig, HIGH); delayMicroseconds(20); digitalWrite(trig, LOW); //Wait for echo start while(digitalRead(echo) == LOW); //Wait for echo end long startTime = micros(); while(digitalRead(echo) == HIGH); long travelTime = micros() - startTime; double distance = travelTime / 58.0; return distance; } ' end end
Минимальный сервер:
require 'sinatra' require_relative 'mpu6050' require_relative 'hcsro4' configure do set :mpu, MPU6050.new('/home/pi/wiringPi/wiringPi/libwiringPi.so.2.25') set :hc, HCSRO4.new('/home/pi/wiringPi/wiringPi/libwiringPi.so.2.25') end get '/' do response['Access-Control-Allow-Origin'] = '*' settings.mpu.measure.to_s + ' ' + settings.hc.measure(17, 27).to_s # пины, к которым подключен дальномер end Что люди не сделают, чтобы не писать на питоне…
Альтарнативных вариантов решения задачи много, но мне интереснее мой собственный.
В теории, есть библиотека, которая как раз и нужна для работы с wiringPi в Ruby, но на момент публикации она не поддерживает работы RaspberryPi второй модели.
Есть также удобная Ruby обертка для механизма libffi с понятным DSL и обработкой всех исключений.
Визуализация
Ajax запрос каждые 100мс и отображение с помощью Raphael. Строго говоря, это не сам Raphael, а его расширение для работы с трехмерными объектами.
var scene, viewer; var rotationX = 0, rotationY = 0; var divX = document.getElementById('rotation_x'); var divY = document.getElementById('rotation_y'); function rotate(x, y, z){ scene.camera.rotateX(x).rotateZ(y).rotateY(z); viewer.update(); } function getAngles(){ var r = new XMLHttpRequest(); r.open('get','http://192.168.0.102:4567', true); r.send(); r.onreadystatechange = function(){ if (r.readyState != 4 || r.status != 200) return; var angles = r.responseText.split(' '); divX.textContent = angles[0]; divY.textContent = angles[1]; x_deg = Math.PI * (parseFloat(angles[0]) - rotationX)/ 180; y_deg = Math.PI * (parseFloat(angles[1]) - rotationY)/ 180; rotate(x_deg, y_deg, 0); rotationX = parseFloat(angles[0]); rotationY = parseFloat(angles[1]); } } window.onload = function() { var paper = Raphael('canvas', 1000, 800); var mat = new Raphael3d.Material('#363', '#030'); var cube = Raphael3d.Surface.Box(0, 0, 0, 5, 4, 0.15, paper, {}); scene = new Raphael3d.Scene(paper); scene.setMaterial(mat).addSurfaces(cube); scene.projection = Raphael3d.Matrix4x4.PerspectiveMatrixZ(900); viewer = paper.Viewer(45, 45, 998, 798, {opacity: 0}); viewer.setScene(scene).fit(); rotate(-1.5,0.2, 0); var timer = setInterval(getAngles, 100); document.getElementById('canvas').onclick = function(){ clearInterval(timer); } } В заключение могу сказать, что меня восхищают современные возможности. Работа с шиной I2C и Javascript находятся на разных полюсах технологий. Пропасть между hardware разработкой, 3D-графикой и Javascript’ом оказывается не такой уж и пропастью, даже если этим занимается совсем не программист, а как раз наоборот, менеджер, как я. Курение мануалов, помноженное на обилие документации, дает о себе знать.
P.S.
Все железки я брал в Минском хакерспейсе, полный код проекта можно посмотреть здесь.
ссылка на оригинал статьи http://habrahabr.ru/post/259675/
Добавить комментарий