Stichpunkte zum Vortrag 'comedi' zum 3. Braunschweiger Linux Tag


Why measureing under linux?
 - processing, not only registration possible
 - familiar environment (e.g. home dir)
 - network facilities while measureing
 - RT features (not in detail)

Hierarchical concept with comedi
 - kernel modul
 - userspace application with comedilib

System setup
 - compilation and installation
 - module loading
 - configuring device for
    - analog, digital, both
    - ISA ISApnp PCI

Presentation:
 very simple application, that measures from the parallel port
 (calliper, sensing device) and (!) switching LEDs on and off in
 dependency of the input lines. Short (!) explanation of the
 code without talking about details.


------------------------ Messen unter Linux ------------------------------------
Michael Renner
Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik
Fragestellung der Kybernetik: Psychophysik
slide00.html


Kurze Übersicht über Vortragsthemen

1.) Messgrössen, Digitalisierung.
2.) Unsere Anforderungen in der Forschung mit Beispiel
3.) Installation von Comedi mit Kernelmodulen, Libraries und Hilfsprogrammen
4.) Schichten (Verzahnung) eines Comedisystems
5.) Inbetriebnahme beim Rechnerstart bei SysV
6.) unterstützte Bussysteme und Kartentypen
7.) Kartenparameter mit Hilfe von comedi herausfinden
8.) Wichtige Funktionen der Library (keine Angst, nicht im Detail)
9.) Ein kleines einfaches Beispielprogramm von wenigen Zeilen für
    Datenaufnahme und -ausgabe
10.)URLs zum Aufschreiben

Was kann man messen?
 - analoge Grössen wie Spannung
 
 
Was kann in analoge Grössen gewandelt werden?

- Türklingel
- Temperatur
- Tastendrücke
- Lenkrad- und Gas/Brems/Kupplungspedal

Daten ausgeben:
- Bewegung auf Türöffner
- Licht von Lampen
- Spannung auf Motor

Messprinzip:
- analoge Grösse in Spannung gewandeln
- analoge Spannung in digitalen Wert wandeln (z.B. 12 Bit Auflösung des ADC)
- digitalen Wert aus Karte auslesen und weiterverarbeiten

- digitalen Wert in Karte schreiben
- digitalen Wert in analoge Spannung wandeln (mit DAC)
- analoge Spannung in gebrauchte physikalische Grösse wandeln


Zum Aufbau einer virtuellen Umgebung für wissenschaftliche Zwecke:

Grafikrechner:
 SGI ONYX2 zur Projektion mit drei Videobeamern
 Linuxrechner mit HMD (LCDisplay Brille)
Messwerterfassung mit dezidiertem Rechner, denn:
-- Messkarten nicht oder nur schwer verfügbar
-- lange Leitungen für analoge Daten
-- zusätzliche Prozessorlast auf einem voll ausgelasteten Grafikrechner
-- Unabhängigkeit der Systeme für Lenkradsicherheit

Anforderungen und Wunschvorstellungen an das Messystem:
++ Verarbeitung der gemessenen Daten während des Messens, um
   'closed loop' Bedingungen zu erreichen (Force Feedback genau erklären)
++ Netzwerkkommunikation mit Projektionsrechner
+  Remotezugriff zum programmieren, starten und stoppen
+  Gewohnte Entwicklungsumgebung mit emacs und dem per NFS
   gemounteden HOME, Druckdiensten etc.

Arbeitsteilung:
- Grafikrechner:
   Projektion 
   Bildberechnung
- PC 
   Datenaufnahme
   Vorverarbeitung (Rauschfilter des Lenkrads)
   u.U. beabsichtige Datenveränderung (Delay)
   TCP/IP zum Grafikrechner


PC: preisgünstig, erweiterbar
Linux: vertraute Entwicklungsumgebung, Netzwerk
comedi: Zugriff auf Messkarten


Alternativen wären: Matlab und Lab-View

Diese Vorstellungen konnten alle verwirklicht werden, dazu noch:
+  Verwendung von 'preiswerten' I/O-Karten ohne eigenes OS (DAP)
+  Verwendung mehrerer I/O-Karten gleichzeitig, gut für spätere
   Erweiterungen auf weitere Inputs wie Gas- Brems- und Kupplungspedal.


slide_03.html: Installation:
- Quellen entpacken
- Kernelquellen müssen installiert sein
- Module erstellen und Installieren
- Libs installieren
- Devices erstellen


slide_02.html: Messprinzip im PC
- Lenkrad und Motor
- I/O-Karte
- TCP/IP-Verbindung

slide_01.html: Schichten des Messystems:
- Kartenmodul
- Comedi-Modul
- Comedi-Device
- Anwendungsprogramm im Userspace



slide_05.html: Rechnerstart über /etc/init.d/:
- Module laden
- Konfiguration mit /usr/sbin/comedi_config

Unterstützte Bussysteme:
- ISA
- ISApnp (slide_08.html: isapnp verwenden)
- PCI

Unterstützete Messkarten:
- Karten mit analogen Eingängen (meist wenige)
- Karten mit analogen Ausgängen (meist einige)
- Karten mit digitalen Kanälen (als Input oder Output zu verwenden)
- Multikarten die sowohl analoge Ein- und Ausgänge, als auch digitale Kanäle besitzen
- Besonderheit: Parallelport, der als digitale Karte mit In- und Outputs fungiert


info in comedilib für Messkarteneigenschaften
- Anzahl Subdevices
- Anzahl Kanäle
- Art des Kanals (analog, digital)
- Auflösung (analog)

Anwendungsprogramm läuft im Userspace
Funktionen der comedilib greifen auf Devicefile zu


Beispiel für comedilib:
- Device öffnen
- Daten auslesen, verarbeiten
- Daten verarbeitet ausgeben

wesentlichste Funktionsgruppen:
Konfiguration:
- öffnen und schliessen von Devices:                   comedi_open, comedi_close
- Abfragen von Karten- und Channeleigenschaften:       comedi_get_n_subdevices, comedi_get_subdevice_type
- Digitale Kanäle als IN- oder OUTPUT- Kanal schalten: comedi_dio_config

Datenverarbeitung:
- lesen und schreiben vom analogen Device:             comedi_data_read, comedi_data_write
- lesen und schreiben vom digitalen Device:            comedi_dio_read, comedi_dio_write
- Triggerkommandos:                                    comedi_trigger
- Timerkommandos:                                      comedi_get_timer
- Wandlung digitale Werte zu analogen Grössen:         comedi_to_phys

slide_07.html: Beispielprogramm
- Headerdatei includen
- Device öffnen
- Zustand auslesen
- Zustand verarbeiten
- Daten ausgeben





Zusammenfassung:
Kartenzugriff über /dev/comedi
Messen von analogen Spannungen und digitalen Zuständen
Lesen und schreiben mit comedi_read() und comedi_write()
Kosten von 0 DM (Parport-Lösung) bis zu mehreren kDM

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