]> git.mxchange.org Git - flightgear.git/blob - src/FDM/JSBSim/FGFDMExec.h
Sync with JSBSim CVS again
[flightgear.git] / src / FDM / JSBSim / FGFDMExec.h
1 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
2  Header:       FGFDMExec.h
3  Author:       Jon Berndt
4  Date started: 11/17/98
5  file The header file for the JSBSim executive.
6
7  ------------- Copyright (C) 1999  Jon S. Berndt (jon@jsbsim.org) -------------
8
9  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
10  the terms of the GNU Lesser General Public License as published by the Free Software
11  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
12  version.
13
14  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
15  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
16  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU Lesser General Public License for more
17  details.
18
19  You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License along with
20  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
21  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
22
23  Further information about the GNU Lesser General Public License can also be found on
24  the world wide web at http://www.gnu.org.
25
26 HISTORY
27 --------------------------------------------------------------------------------
28 11/17/98   JSB   Created
29 7/31/99     TP   Added RunIC function that runs the sim so that every frame
30                  begins with the IC values from the given FGInitialCondition
31                  object and dt=0.
32
33 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
34 SENTRY
35 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
36
37 #ifndef FGFDMEXEC_HEADER_H
38 #define FGFDMEXEC_HEADER_H
39
40 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
41 INCLUDES
42 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
43
44 #include <models/FGModel.h>
45 #include <models/FGOutput.h>
46 #include <models/FGInput.h>
47 #include <initialization/FGTrim.h>
48 #include <initialization/FGInitialCondition.h>
49 #include <FGJSBBase.h>
50 #include <input_output/FGPropertyManager.h>
51 #include <input_output/FGGroundCallback.h>
52 #include <input_output/FGXMLFileRead.h>
53 #include <models/FGPropagate.h>
54 #include <math/FGColumnVector3.h>
55
56 #include <vector>
57 #include <string>
58
59 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
60 DEFINITIONS
61 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
62
63 #define ID_FDMEXEC "$Id$"
64
65 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
66 FORWARD DECLARATIONS
67 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
68
69 namespace JSBSim {
70
71 class FGScript;
72 class FGTrim;
73
74 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
75 CLASS DOCUMENTATION
76 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
77
78 /** Encapsulates the JSBSim simulation executive.
79     This class is the executive class through which all other simulation classes
80     are instantiated, initialized, and run. When integrated with FlightGear (or
81     other flight simulator) this class is typically instantiated by an interface
82     class on the simulator side.
83
84     At the time of simulation initialization, the interface
85     class creates an instance of this executive class. The
86     executive is subsequently directed to load the chosen aircraft specification
87     file:
88
89     @code
90     fdmex = new FGFDMExec( \85 );
91     result = fdmex->LoadModel( \85 );
92     @endcode
93
94     When an aircraft model is loaded, the config file is parsed and for each of the
95     sections of the config file (propulsion, flight control, etc.) the
96     corresponding Load() method is called (e.g. FGFCS::Load()).
97
98     Subsequent to the creation of the executive and loading of the model,
99     initialization is performed. Initialization involves copying control inputs
100     into the appropriate JSBSim data storage locations, configuring it for the set
101     of user supplied initial conditions, and then copying state variables from
102     JSBSim. The state variables are used to drive the instrument displays and to
103     place the vehicle model in world space for visual rendering:
104
105     @code
106     copy_to_JSBsim(); // copy control inputs to JSBSim
107     fdmex->RunIC(); // loop JSBSim once w/o integrating
108     copy_from_JSBsim(); // update the bus
109     @endcode
110
111     Once initialization is complete, cyclic execution proceeds:
112
113     @code
114     copy_to_JSBsim(); // copy control inputs to JSBSim
115     fdmex->Run(); // execute JSBSim
116     copy_from_JSBsim(); // update the bus
117     @endcode
118
119     JSBSim can be used in a standalone mode by creating a compact stub program
120     that effectively performs the same progression of steps as outlined above for
121     the integrated version, but with two exceptions. First, the copy_to_JSBSim()
122     and copy_from_JSBSim() functions are not used because the control inputs are
123     handled directly by the scripting facilities and outputs are handled by the
124     output (data logging) class. Second, the name of a script file can be supplied
125     to the stub program. Scripting (see FGScript) provides a way to supply command
126     inputs to the simulation:
127
128     @code
129     FDMExec = new JSBSim::FGFDMExec();
130     FDMExec->LoadScript( ScriptName ); // the script loads the aircraft and ICs
131     result = FDMExec->Run();
132     while (result) { // cyclic execution
133       result = FDMExec->Run(); // execute JSBSim
134     }
135     @endcode
136
137     The standalone mode has been useful for verifying changes before committing
138     updates to the source code repository. It is also useful for running sets of
139     tests that reveal some aspects of simulated aircraft performance, such as
140     range, time-to-climb, takeoff distance, etc.
141
142     <h3>JSBSim Debugging Directives</h3>
143
144     This describes to any interested entity the debug level
145     requested by setting the JSBSIM_DEBUG environment variable.
146     The bitmasked value choices are as follows:
147     - <b>unset</b>: In this case (the default) JSBSim would only print
148        out the normally expected messages, essentially echoing
149        the config files as they are read. If the environment
150        variable is not set, debug_lvl is set to 1 internally
151     - <b>0</b>: This requests JSBSim not to output any messages
152        whatsoever
153     - <b>1</b>: This value explicity requests the normal JSBSim
154        startup messages
155     - <b>2</b>: This value asks for a message to be printed out when
156        a class is instantiated
157     - <b>4</b>: When this value is set, a message is displayed when a
158        FGModel object executes its Run() method
159     - <b>8</b>: When this value is set, various runtime state variables
160        are printed out periodically
161     - <b>16</b>: When set various parameters are sanity checked and
162        a message is printed out when they go out of bounds
163
164     <h3>Properties</h3>
165     @property simulator/do_trim (write only) Can be set to the integer equivalent to one of
166                                 tLongitudinal (0), tFull (1), tGround (2), tPullup (3),
167                                 tCustom (4), tTurn (5). Setting this to a legal value
168                                 (such as by a script) causes a trim to be performed. This
169                                 property actually maps toa function call of DoTrim().
170
171     @author Jon S. Berndt
172     @version $Revision$
173 */
174
175 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
176 CLASS DECLARATION
177 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
178
179 class FGFDMExec : public FGJSBBase, public FGXMLFileRead
180 {
181   struct childData {
182     FGFDMExec* exec;
183     string info;
184     FGColumnVector3 Loc;
185     FGColumnVector3 Orient;
186     bool mated;
187     bool internal;
188
189     childData(void) {
190       info = "";
191       Loc = FGColumnVector3(0,0,0);
192       Orient = FGColumnVector3(0,0,0);
193       mated = true;
194       internal = false;
195     }
196     
197     void Run(void) {exec->Run();}
198     void AssignState(FGPropagate* source_prop) {
199       exec->GetPropagate()->SetVState(source_prop->GetVState());
200     }
201
202     ~childData(void) {
203       delete exec;
204     }
205   };
206
207 public:
208
209   /// Default constructor
210   FGFDMExec(FGPropertyManager* root = 0);
211
212   /// Default destructor
213   ~FGFDMExec();
214
215   /** This routine places a model into the runlist at the specified rate. The
216       "rate" is not really a clock rate. It represents how many calls to the
217       FGFDMExec::Run() method must be made before the model is executed. A
218       value of 1 means that the model will be executed for each call to the
219       exec's Run() method. A value of 5 means that the model will only be
220       executed every 5th call to the exec's Run() method. Use of a rate other than
221       one is at this time not recommended.
222       @param model A pointer to the model being scheduled.
223       @param rate The rate at which to execute the model as described above.
224       @return Currently returns 0 always. */
225   int  Schedule(FGModel* model, int rate);
226
227   /** This function executes each scheduled model in succession.
228       @return true if successful, false if sim should be ended  */
229   bool Run(void);
230
231   /** Initializes the sim from the initial condition object and executes
232       each scheduled model without integrating i.e. dt=0.
233       @return true if successful */
234   bool RunIC(void);
235
236   /** Sets the ground callback pointer.
237       @param gc A pointer to a ground callback object.  */
238   void SetGroundCallback(FGGroundCallback* gc);
239
240   /** Loads an aircraft model.
241       @param AircraftPath path to the aircraft/ directory. For instance:
242       "aircraft". Under aircraft, then, would be directories for various
243       modeled aircraft such as C172/, x15/, etc.
244       @param EnginePath path to the directory under which engine config
245       files are kept, for instance "engine"
246       @param SystemsPath path to the directory under which systems config
247       files are kept, for instance "systems"
248       @param model the name of the aircraft model itself. This file will
249       be looked for in the directory specified in the AircraftPath variable,
250       and in turn under the directory with the same name as the model. For
251       instance: "aircraft/x15/x15.xml"
252       @param addModelToPath set to true to add the model name to the
253       AircraftPath, defaults to true
254       @return true if successful */
255   bool LoadModel(string AircraftPath, string EnginePath, string SystemsPath,
256                  string model, bool addModelToPath = true);
257
258   /** Loads an aircraft model.  The paths to the aircraft and engine
259       config file directories must be set prior to calling this.  See
260       below.
261       @param model the name of the aircraft model itself. This file will
262       be looked for in the directory specified in the AircraftPath variable,
263       and in turn under the directory with the same name as the model. For
264       instance: "aircraft/x15/x15.xml"
265       @param addModelToPath set to true to add the model name to the
266       AircraftPath, defaults to true
267       @return true if successful*/
268   bool LoadModel(string model, bool addModelToPath = true);
269
270   /** Loads a script
271       @param Script the full path name and file name for the script to be loaded.
272       @return true if successfully loadsd; false otherwise. */
273   bool LoadScript(string Script);
274
275   /** Sets the path to the engine config file directories.
276       @param path path to the directory under which engine config
277       files are kept, for instance "engine"  */
278   bool SetEnginePath(string path)   { EnginePath = path; return true; }
279
280   /** Sets the path to the aircraft config file directories.
281       @param path path to the aircraft directory. For instance:
282       "aircraft". Under aircraft, then, would be directories for various
283       modeled aircraft such as C172/, x15/, etc.  */
284   bool SetAircraftPath(string path) { AircraftPath = path; return true; }
285   
286   /** Sets the path to the systems config file directories.
287       @param path path to the directory under which systems config
288       files are kept, for instance "systems"  */
289   bool SetSystemsPath(string path)   { SystemsPath = path; return true; }
290   
291   /// @name Top-level executive State and Model retrieval mechanism
292   //@{
293   /// Returns the FGAtmosphere pointer.
294   inline FGAtmosphere* GetAtmosphere(void)    {return Atmosphere;}
295   /// Returns the FGFCS pointer.
296   inline FGFCS* GetFCS(void)                  {return FCS;}
297   /// Returns the FGPropulsion pointer.
298   inline FGPropulsion* GetPropulsion(void)    {return Propulsion;}
299   /// Returns the FGAircraft pointer.
300   inline FGMassBalance* GetMassBalance(void)  {return MassBalance;}
301   /// Returns the FGAerodynamics pointer
302   inline FGAerodynamics* GetAerodynamics(void){return Aerodynamics;}
303   /// Returns the FGInertial pointer.
304   inline FGInertial* GetInertial(void)        {return Inertial;}
305   /// Returns the FGGroundReactions pointer.
306   inline FGGroundReactions* GetGroundReactions(void) {return GroundReactions;}
307   /// Returns the FGExternalReactions pointer.
308   inline FGExternalReactions* GetExternalReactions(void) {return ExternalReactions;}
309   /// Returns the FGBuoyantForces pointer.
310   inline FGBuoyantForces* GetBuoyantForces(void) {return BuoyantForces;}
311   /// Returns the FGAircraft pointer.
312   inline FGAircraft* GetAircraft(void)        {return Aircraft;}
313   /// Returns the FGPropagate pointer.
314   inline FGPropagate* GetPropagate(void)      {return Propagate;}
315   /// Returns the FGAuxiliary pointer.
316   inline FGAuxiliary* GetAuxiliary(void)      {return Auxiliary;}
317   /// Returns the FGInput pointer.
318   inline FGInput* GetInput(void)              {return Input;}
319   /// Returns the FGGroundCallback pointer.
320   inline FGGroundCallback* GetGroundCallback(void) {return GroundCallback;}
321   /// Returns the FGState pointer.
322   inline FGState* GetState(void)              {return State;}
323   /// Retrieves the script object
324   inline FGScript* GetScript(void) {return Script;}
325   // Returns a pointer to the FGInitialCondition object
326   inline FGInitialCondition* GetIC(void)      {return IC;}
327   // Returns a pointer to the FGTrim object
328   FGTrim* GetTrim(void);
329   //@}
330
331   /// Retrieves the engine path.
332   inline string GetEnginePath(void)          {return EnginePath;}
333   /// Retrieves the aircraft path.
334   inline string GetAircraftPath(void)        {return AircraftPath;}
335   /// Retrieves the systems path.
336   inline string GetSystemsPath(void)         {return SystemsPath;}
337   /// Retrieves the full aircraft path name.
338   inline string GetFullAircraftPath(void)    {return FullAircraftPath;}
339
340   /** Retrieves the value of a property.
341       @param property the name of the property
342       @result the value of the specified property */
343   inline double GetPropertyValue(string property) {return instance->GetDouble(property);}
344
345   /** Sets a property value.
346       @param property the property to be set
347       @param value the value to set the property to */
348   inline void SetPropertyValue(string property, double value) {
349     instance->SetDouble(property, value);
350   }
351
352   /// Returns the model name.
353   string GetModelName(void) { return modelName; }
354
355   /// Returns the current time.
356   double GetSimTime(void);
357
358   /// Returns the current frame time (delta T).
359   double GetDeltaT(void);
360   
361   /// Returns a pointer to the property manager object.
362   FGPropertyManager* GetPropertyManager(void);
363   /// Returns a vector of strings representing the names of all loaded models (future)
364   vector <string> EnumerateFDMs(void);
365   /// Gets the number of child FDMs.
366   int GetFDMCount(void) {return ChildFDMList.size();}
367   /// Gets a particular child FDM.
368   childData* GetChildFDM(int i) {return ChildFDMList[i];}
369   /// Marks this instance of the Exec object as a "child" object.
370   void SetChild(bool ch) {IsChild = ch;}
371
372   /** Sets the output (logging) mechanism for this run.
373       Calling this function passes the name of an output directives file to
374       the FGOutput object associated with this run. The call to this function
375       should be made prior to loading an aircraft model. This call results in an
376       FGOutput object being built as the first Output object in the FDMExec-managed
377       list of Output objects that may be created for an aircraft model. If this call
378       is made after an aircraft model is loaded, there is no effect. Any Output
379       objects added by the aircraft model itself (in an &lt;output> element) will be
380       added after this one. Care should be taken not to refer to the same file
381       name.
382       An output directives file contains an &lt;output> &lt;/output> element, within
383       which should be specified the parameters or parameter groups that should
384       be logged.
385       @param fname the filename of an output directives file.
386     */
387   bool SetOutputDirectives(string fname);
388
389   /** Sets (or overrides) the output filename
390       @param fname the name of the file to output data to
391       @return true if successful, false if there is no output specified for the flight model */
392   bool SetOutputFileName(string fname) {
393     if (Outputs.size() > 0) Outputs[0]->SetOutputFileName(fname);
394     else return false;
395     return true;
396   }
397
398   /** Retrieves the current output filename.
399       @return the name of the output file for the first output specified by the flight model.
400               If none is specified, the empty string is returned. */
401   string GetOutputFileName(void) {
402     if (Outputs.size() > 0) return Outputs[0]->GetOutputFileName();
403     else return string("");
404   }
405
406   /** Executes trimming in the selected mode.
407   *   @param mode Specifies how to trim:
408   * - tLongitudinal=0
409   * - tFull
410   * - tGround
411   * - tPullup
412   * - tCustom
413   * - tTurn
414   * - tNone  */
415   void DoTrim(int mode);
416 //  void DoTrimAnalysis(int mode);
417
418   /// Disables data logging to all outputs.
419   void DisableOutput(void);
420   /// Enables data logging to all outputs.
421   void EnableOutput(void);
422   /// Pauses execution by preventing time from incrementing.
423   void Hold(void) {holding = true;}
424   /// Resumes execution from a "Hold".
425   void Resume(void) {holding = false;}
426   /// Returns true if the simulation is Holding (i.e. simulation time is not moving).
427   bool Holding(void) {return holding;}
428   /// Resets the initial conditions object and prepares the simulation to run again.
429   void ResetToInitialConditions(void);
430   /// Sets the debug level.
431   void SetDebugLevel(int level) {debug_lvl = level;}
432
433   struct PropertyCatalogStructure {
434     /// Name of the property.
435     string base_string;
436     /// The node for the property.
437     FGPropertyManager *node;
438   };
439
440   /** Builds a catalog of properties.
441   *   This function descends the property tree and creates a list (an STL vector)
442   *   containing the name and node for all properties.
443   *   @param pcs The "root" property catalog structure pointer.  */
444   void BuildPropertyCatalog(struct PropertyCatalogStructure* pcs);
445
446   /** Retrieves property or properties matching the supplied string.
447   *   A string is returned that contains a carriage return delimited list of all
448   *   strings in the property catalog that matches the supplied check string.
449   *   @param check The string to search for in the property catalog.
450   *   @return the carriage-return-delimited string containing all matching strings
451   *               in the catalog.  */
452   string QueryPropertyCatalog(string check);
453
454   // Print the contents of the property catalog for the loaded aircraft.
455   void PrintPropertyCatalog(void);
456
457   /// Use the MSIS atmosphere model.
458   void UseAtmosphereMSIS(void);
459
460   /// Use the Mars atmosphere model. (Not operative yet.)
461   void UseAtmosphereMars(void);
462
463   void SetTrimStatus(bool status){ trim_status = status; }
464   bool GetTrimStatus(void) const { return trim_status; }
465   void SetTrimMode(int mode){ ta_mode = mode; }
466   int GetTrimMode(void) const { return ta_mode; }
467
468 private:
469   static unsigned int FDMctr;
470   int Error;
471   unsigned int Frame;
472   unsigned int IdFDM;
473   unsigned short Terminate;
474   bool holding;
475   bool Constructing;
476   bool modelLoaded;
477   bool IsChild;
478   string modelName;
479   string AircraftPath;
480   string FullAircraftPath;
481   string EnginePath;
482   string SystemsPath;
483   string CFGVersion;
484   string Release;
485
486   bool trim_status;
487   int ta_mode;
488
489   static FGPropertyManager *master;
490
491   FGModel*            FirstModel;
492   FGGroundCallback*   GroundCallback;
493   FGState*            State;
494   FGAtmosphere*       Atmosphere;
495   FGFCS*              FCS;
496   FGPropulsion*       Propulsion;
497   FGMassBalance*      MassBalance;
498   FGAerodynamics*     Aerodynamics;
499   FGInertial*         Inertial;
500   FGGroundReactions*  GroundReactions;
501   FGExternalReactions* ExternalReactions;
502   FGBuoyantForces*    BuoyantForces;
503   FGAircraft*         Aircraft;
504   FGPropagate*        Propagate;
505   FGAuxiliary*        Auxiliary;
506   FGInput*            Input;
507   FGScript*           Script;
508   FGInitialCondition* IC;
509   FGTrim*             Trim;
510
511   FGPropertyManager* Root;
512   FGPropertyManager* instance;
513
514   vector <string> PropertyCatalog;
515   vector <FGOutput*> Outputs;
516   vector <childData*> ChildFDMList;
517
518   bool ReadFileHeader(Element*);
519   bool ReadChild(Element*);
520   bool ReadPrologue(Element*);
521   void ResetToInitialConditions(int mode);
522   bool Allocate(void);
523   bool DeAllocate(void);
524
525   void Debug(int from);
526 };
527 }
528 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
529 #endif