utils/GPSsmooth/MIDG_main.cxx

   1 #ifdef HAVE_CONFIG_H
   2 #  include <config.h>
   3 #endif
   4
   5 #ifdef HAVE_WINDOWS_H
   6 #  include <windows.h>
   7 #else
   8 #  include <netinet/in.h>       // htonl() ntohl()
   9 #endif
  10
  11 #include <iostream>
  12 #include <string>
  13
  14 #include <plib/sg.h>
  15
  16 #include <simgear/constants.h>
  17 #include <simgear/io/lowlevel.hxx> // endian tests
  18 #include <simgear/io/sg_file.hxx>
  19 #include <simgear/io/sg_serial.hxx>
  20 #include <simgear/io/raw_socket.hxx>
  21 #include <simgear/math/sg_geodesy.hxx>
  22 #include <simgear/timing/timestamp.hxx>
  23
  24 #include <Network/net_ctrls.hxx>
  25 #include <Network/net_fdm.hxx>
  26
  27 #include "MIDG-II.hxx"
  28
  29
  30 using std::cout;
  31 using std::endl;
  32 using std::string;
  33
  34
  35 // Network channels
  36 static simgear::Socket fdm_sock, ctrls_sock;
  37
  38 // midg data
  39 MIDGTrack track;
  40
  41 // Default ports
  42 static int fdm_port = 5505;
  43 static int ctrls_port = 5506;
  44
  45 // Default path
  46 static string infile = "";
  47 static string serialdev = "";
  48 static string outfile = "";
  49
  50 // Master time counter
  51 float sim_time = 0.0f;
  52 double frame_us = 0.0f;
  53
  54 // sim control
  55 SGTimeStamp last_time_stamp;
  56 SGTimeStamp current_time_stamp;
  57
  58 // altitude offset
  59 double alt_offset = 0.0;
  60
  61 // skip initial seconds
  62 double skip = 0.0;
  63
  64 // for speed estimate
  65 // double last_lat = 0.0, last_lon = 0.0;
  66 // double kts_filter = 0.0;
  67
  68 bool inited = false;
  69
  70
  71 // The function htond is defined this way due to the way some
  72 // processors and OSes treat floating point values.  Some will raise
  73 // an exception whenever a "bad" floating point value is loaded into a
  74 // floating point register.  Solaris is notorious for this, but then
  75 // so is LynxOS on the PowerPC.  By translating the data in place,
  76 // there is no need to load a FP register with the "corruped" floating
  77 // point value.  By doing the BIG_ENDIAN test, I can optimize the
  78 // routine for big-endian processors so it can be as efficient as
  79 // possible
  80 static void htond (double &x)
  81 {
  82     if ( sgIsLittleEndian() ) {
  83         int    *Double_Overlay;
  84         int     Holding_Buffer;
  85
  86         Double_Overlay = (int *) &x;
  87         Holding_Buffer = Double_Overlay [0];
  88
  89         Double_Overlay [0] = htonl (Double_Overlay [1]);
  90         Double_Overlay [1] = htonl (Holding_Buffer);
  91     } else {
  92         return;
  93     }
  94 }
  95
  96 // Float version
  97 static void htonf (float &x)
  98 {
  99     if ( sgIsLittleEndian() ) {
 100         int    *Float_Overlay;
 101         int     Holding_Buffer;
 102
 103         Float_Overlay = (int *) &x;
 104         Holding_Buffer = Float_Overlay [0];
 105
 106         Float_Overlay [0] = htonl (Holding_Buffer);
 107     } else {
 108         return;
 109     }
 110 }
 111
 112
 113 static void midg2fg( const MIDGpos pos, const MIDGatt att,
 114                      FGNetFDM *fdm, FGNetCtrls *ctrls )
 115 {
 116     unsigned int i;
 117
 118     // Version sanity checking
 119     fdm->version = FG_NET_FDM_VERSION;
 120
 121     // Aero parameters
 122     fdm->longitude = pos.lon_deg * SGD_DEGREES_TO_RADIANS;
 123     fdm->latitude = pos.lat_deg * SGD_DEGREES_TO_RADIANS;
 124     fdm->altitude = pos.altitude_msl + alt_offset;
 125     fdm->agl = -9999.0;
 126     fdm->psi = att.yaw_rad; // heading
 127     fdm->phi = att.roll_rad; // roll
 128     fdm->theta = att.pitch_rad; // pitch;
 129
 130     fdm->phidot = 0.0;
 131     fdm->thetadot = 0.0;
 132     fdm->psidot = 0.0;
 133
 134     // estimate speed
 135     // double az1, az2, dist;
 136     // geo_inverse_wgs_84( pos.altitude_msl, last_lat, last_lon,
 137     //                     pos.lat_deg, pos.lon_deg, &az1, &az2, &dist );
 138     // double v_ms = dist / (frame_us / 1000000);
 139     // double v_kts = v_ms * SG_METER_TO_NM * 3600;
 140     // kts_filter = (0.99 * kts_filter) + (0.01 * v_kts);
 141     fdm->vcas = pos.speed_kts;
 142     // last_lat = pos.lat_deg;
 143     // last_lon = pos.lon_deg;
 144     // cout << "kts_filter = " << kts_filter << " vel = " << pos.speed_kts << endl;
 145
 146     fdm->climb_rate = 0; // fps
 147     // cout << "climb rate = " << aero->hdota << endl;
 148     fdm->v_north = 0.0;
 149     fdm->v_east = 0.0;
 150     fdm->v_down = 0.0;
 151     fdm->v_wind_body_north = 0.0;
 152     fdm->v_wind_body_east = 0.0;
 153     fdm->v_wind_body_down = 0.0;
 154     fdm->stall_warning = 0.0;
 155
 156     fdm->A_X_pilot = 0.0;
 157     fdm->A_Y_pilot = 0.0;
 158     fdm->A_Z_pilot = 0.0 /* (should be -G) */;
 159
 160     // Engine parameters
 161     fdm->num_engines = 1;
 162     fdm->eng_state[0] = 2;
 163     // cout << "state = " << fdm->eng_state[0] << endl;
 164     double rpm = ((pos.speed_kts - 15.0) / 65.0) * 2000.0 + 500.0;
 165     if ( rpm < 0.0 ) { rpm = 0.0; }
 166     if ( rpm > 3000.0 ) { rpm = 3000.0; }
 167     fdm->rpm[0] = rpm;
 168
 169     fdm->fuel_flow[0] = 0.0;
 170     fdm->egt[0] = 0.0;
 171     // cout << "egt = " << aero->EGT << endl;
 172     fdm->oil_temp[0] = 0.0;
 173     fdm->oil_px[0] = 0.0;
 174
 175     // Consumables
 176     fdm->num_tanks = 2;
 177     fdm->fuel_quantity[0] = 0.0;
 178     fdm->fuel_quantity[1] = 0.0;
 179
 180     // Gear and flaps
 181     fdm->num_wheels = 3;
 182     fdm->wow[0] = 0;
 183     fdm->wow[1] = 0;
 184     fdm->wow[2] = 0;
 185
 186     // the following really aren't used in this context
 187     fdm->cur_time = 0;
 188     fdm->warp = 0;
 189     fdm->visibility = 0;
 190
 191     // cout << "Flap deflection = " << aero->dflap << endl;
 192     fdm->left_flap = 0.0;
 193     fdm->right_flap = 0.0;
 194
 195     fdm->elevator = -fdm->theta * 1.0;
 196     fdm->elevator_trim_tab = 0.0;
 197     fdm->left_flap = 0.0;
 198     fdm->right_flap = 0.0;
 199     fdm->left_aileron = fdm->phi * 1.0;
 200     fdm->right_aileron = -fdm->phi * 1.0;
 201     fdm->rudder = 0.0;
 202     fdm->nose_wheel = 0.0;
 203     fdm->speedbrake = 0.0;
 204     fdm->spoilers = 0.0;
 205
 206     // Convert the net buffer to network format
 207     fdm->version = htonl(fdm->version);
 208
 209     htond(fdm->longitude);
 210     htond(fdm->latitude);
 211     htond(fdm->altitude);
 212     htonf(fdm->agl);
 213     htonf(fdm->phi);
 214     htonf(fdm->theta);
 215     htonf(fdm->psi);
 216     htonf(fdm->alpha);
 217     htonf(fdm->beta);
 218
 219     htonf(fdm->phidot);
 220     htonf(fdm->thetadot);
 221     htonf(fdm->psidot);
 222     htonf(fdm->vcas);
 223     htonf(fdm->climb_rate);
 224     htonf(fdm->v_north);
 225     htonf(fdm->v_east);
 226     htonf(fdm->v_down);
 227     htonf(fdm->v_wind_body_north);
 228     htonf(fdm->v_wind_body_east);
 229     htonf(fdm->v_wind_body_down);
 230
 231     htonf(fdm->A_X_pilot);
 232     htonf(fdm->A_Y_pilot);
 233     htonf(fdm->A_Z_pilot);
 234
 235     htonf(fdm->stall_warning);
 236     htonf(fdm->slip_deg);
 237
 238     for ( i = 0; i < fdm->num_engines; ++i ) {
 239         fdm->eng_state[i] = htonl(fdm->eng_state[i]);
 240         htonf(fdm->rpm[i]);
 241         htonf(fdm->fuel_flow[i]);
 242         htonf(fdm->egt[i]);
 243         htonf(fdm->cht[i]);
 244         htonf(fdm->mp_osi[i]);
 245         htonf(fdm->tit[i]);
 246         htonf(fdm->oil_temp[i]);
 247         htonf(fdm->oil_px[i]);
 248     }
 249     fdm->num_engines = htonl(fdm->num_engines);
 250
 251     for ( i = 0; i < fdm->num_tanks; ++i ) {
 252         htonf(fdm->fuel_quantity[i]);
 253     }
 254     fdm->num_tanks = htonl(fdm->num_tanks);
 255
 256     for ( i = 0; i < fdm->num_wheels; ++i ) {
 257         fdm->wow[i] = htonl(fdm->wow[i]);
 258         htonf(fdm->gear_pos[i]);
 259         htonf(fdm->gear_steer[i]);
 260         htonf(fdm->gear_compression[i]);
 261     }
 262     fdm->num_wheels = htonl(fdm->num_wheels);
 263
 264     fdm->cur_time = htonl( fdm->cur_time );
 265     fdm->warp = htonl( fdm->warp );
 266     htonf(fdm->visibility);
 267
 268     htonf(fdm->elevator);
 269     htonf(fdm->elevator_trim_tab);
 270     htonf(fdm->left_flap);
 271     htonf(fdm->right_flap);
 272     htonf(fdm->left_aileron);
 273     htonf(fdm->right_aileron);
 274     htonf(fdm->rudder);
 275     htonf(fdm->nose_wheel);
 276     htonf(fdm->speedbrake);
 277     htonf(fdm->spoilers);
 278 }
 279
 280
 281 static void send_data( const MIDGpos pos, const MIDGatt att ) {
 282     int len;
 283     int fdmsize = sizeof( FGNetFDM );
 284
 285     // cout << "Running main loop" << endl;
 286
 287     FGNetFDM fgfdm;
 288     FGNetCtrls fgctrls;
 289
 290     midg2fg( pos, att, &fgfdm, &fgctrls );
 291     len = fdm_sock.send(&fgfdm, fdmsize, 0);
 292 }
 293
 294
 295 void usage( const string &argv0 ) {
 296     cout << "Usage: " << argv0 << endl;
 297     cout << "\t[ --help ]" << endl;
 298     cout << "\t[ --infile <infile_name>" << endl;
 299     cout << "\t[ --serial <dev_name>" << endl;
 300     cout << "\t[ --outfile <outfile_name> (capture the data to a file)" << endl;
 301     cout << "\t[ --hertz <hertz> ]" << endl;
 302     cout << "\t[ --host <hostname> ]" << endl;
 303     cout << "\t[ --broadcast ]" << endl;
 304     cout << "\t[ --fdm-port <fdm output port #> ]" << endl;
 305     cout << "\t[ --ctrls-port <ctrls output port #> ]" << endl;
 306     cout << "\t[ --altitude-offset <meters> ]" << endl;
 307     cout << "\t[ --skip-seconds <seconds> ]" << endl;
 308 }
 309
 310
 311 int main( int argc, char **argv ) {
 312     double hertz = 60.0;
 313     string out_host = "localhost";
 314     bool do_broadcast = false;
 315
 316     // process command line arguments
 317     for ( int i = 1; i < argc; ++i ) {
 318         if ( strcmp( argv[i], "--help" ) == 0 ) {
 319             usage( argv[0] );
 320             exit( 0 );
 321         } else if ( strcmp( argv[i], "--hertz" ) == 0 ) {
 322             ++i;
 323             if ( i < argc ) {
 324                 hertz = atof( argv[i] );
 325             } else {
 326                 usage( argv[0] );
 327                 exit( -1 );
 328             }
 329         } else if ( strcmp( argv[i], "--infile" ) == 0 ) {
 330             ++i;
 331             if ( i < argc ) {
 332                 infile = argv[i];
 333             } else {
 334                 usage( argv[0] );
 335                 exit( -1 );
 336             }
 337         } else if ( strcmp( argv[i], "--outfile" ) == 0 ) {
 338             ++i;
 339             if ( i < argc ) {
 340                 outfile = argv[i];
 341             } else {
 342                 usage( argv[0] );
 343                 exit( -1 );
 344             }
 345         } else if ( strcmp( argv[i], "--serial" ) == 0 ) {
 346             ++i;
 347             if ( i < argc ) {
 348                 serialdev = argv[i];
 349             } else {
 350                 usage( argv[0] );
 351                 exit( -1 );
 352             }
 353         } else if ( strcmp( argv[i], "--host" ) == 0 ) {
 354             ++i;
 355             if ( i < argc ) {
 356                 out_host = argv[i];
 357             } else {
 358                 usage( argv[0] );
 359                 exit( -1 );
 360             }
 361         } else if ( strcmp( argv[i], "--broadcast" ) == 0 ) {
 362           do_broadcast = true;
 363         } else if ( strcmp( argv[i], "--fdm-port" ) == 0 ) {
 364             ++i;
 365             if ( i < argc ) {
 366                 fdm_port = atoi( argv[i] );
 367             } else {
 368                 usage( argv[0] );
 369                 exit( -1 );
 370             }
 371         } else if ( strcmp( argv[i], "--ctrls-port" ) == 0 ) {
 372             ++i;
 373             if ( i < argc ) {
 374                 ctrls_port = atoi( argv[i] );
 375             } else {
 376                 usage( argv[0] );
 377                 exit( -1 );
 378             }
 379         } else if ( strcmp( argv[i], "--altitude-offset" ) == 0 ) {
 380             ++i;
 381             if ( i < argc ) {
 382                 alt_offset = atof( argv[i] );
 383             } else {
 384                 usage( argv[0] );
 385                 exit( -1 );
 386             }
 387         } else if ( strcmp( argv[i], "--skip-seconds" ) == 0 ) {
 388             ++i;
 389             if ( i < argc ) {
 390                 skip = atof( argv[i] );
 391             } else {
 392                 usage( argv[0] );
 393                 exit( -1 );
 394             }
 395         } else {
 396             usage( argv[0] );
 397             exit( -1 );
 398         }
 399     }
 400
 401     // Setup up outgoing network connections
 402
 403     simgear::Socket::initSockets(); // We must call this before any other net stuff
 404
 405     if ( ! fdm_sock.open( false ) ) {  // open a UDP socket
 406         cout << "error opening fdm output socket" << endl;
 407         return -1;
 408     }
 409     if ( ! ctrls_sock.open( false ) ) {  // open a UDP socket
 410         cout << "error opening ctrls output socket" << endl;
 411         return -1;
 412     }
 413     cout << "open net channels" << endl;
 414
 415     fdm_sock.setBlocking( false );
 416     ctrls_sock.setBlocking( false );
 417     cout << "blocking false" << endl;
 418
 419     if ( do_broadcast ) {
 420         fdm_sock.setBroadcast( true );
 421         ctrls_sock.setBroadcast( true );
 422     }
 423
 424     if ( fdm_sock.connect( out_host.c_str(), fdm_port ) == -1 ) {
 425         perror("connect");
 426         cout << "error connecting to outgoing fdm port: " << out_host
 427              << ":" << fdm_port << endl;
 428         return -1;
 429     }
 430     cout << "connected outgoing fdm socket" << endl;
 431
 432     if ( ctrls_sock.connect( out_host.c_str(), ctrls_port ) == -1 ) {
 433         perror("connect");
 434         cout << "error connecting to outgoing ctrls port: " << out_host
 435              << ":" << ctrls_port << endl;
 436         return -1;
 437     }
 438     cout << "connected outgoing ctrls socket" << endl;
 439
 440     if ( infile.length() ) {
 441         // Load data from a track data
 442         track.load( infile );
 443         cout << "Loaded " << track.pos_size() << " position records." << endl;
 444         cout << "Loaded " << track.att_size() << " attitude records." << endl;
 445
 446         int size = track.pos_size();
 447
 448         double current_time = track.get_pospt(0).get_seconds();
 449         cout << "Track begin time is " << current_time << endl;
 450         double end_time = track.get_pospt(size-1).get_seconds();
 451         cout << "Track end time is " << end_time << endl;
 452         cout << "Duration = " << end_time - current_time << endl;
 453
 454         // advance skip seconds forward
 455         current_time += skip;
 456
 457         frame_us = 1000000.0 / hertz;
 458         if ( frame_us < 0.0 ) {
 459             frame_us = 0.0;
 460         }
 461
 462         SGTimeStamp start_time;
 463         start_time.stamp();
 464         int pos_count = 0;
 465         int att_count = 0;
 466
 467         MIDGpos pos0, pos1;
 468         pos0 = pos1 = track.get_pospt( 0 );
 469
 470         MIDGatt att0, att1;
 471         att0 = att1 = track.get_attpt( 0 );
 472
 473         while ( current_time < end_time ) {
 474             // cout << "current_time = " << current_time << " end_time = "
 475             //      << end_time << endl;
 476
 477             // Advance position pointer
 478             while ( current_time > pos1.get_seconds()
 479                     && pos_count < track.pos_size() )
 480             {
 481                 pos0 = pos1;
 482                 ++pos_count;
 483                 // cout << "count = " << count << endl;
 484                 pos1 = track.get_pospt( pos_count );
 485             }
 486             // cout << "p0 = " << p0.get_time() << " p1 = " << p1.get_time()
 487             //      << endl;
 488
 489             // Advance attitude pointer
 490             while ( current_time > att1.get_seconds()
 491                     && att_count < track.att_size() )
 492             {
 493                 att0 = att1;
 494                 ++att_count;
 495                 // cout << "count = " << count << endl;
 496                 att1 = track.get_attpt( att_count );
 497             }
 498             //  cout << "pos0 = " << pos0.get_seconds()
 499             // << " pos1 = " << pos1.get_seconds() << endl;
 500
 501             double pos_percent;
 502             if ( fabs(pos1.get_seconds() - pos0.get_seconds()) < 0.00001 ) {
 503                 pos_percent = 0.0;
 504             } else {
 505                 pos_percent =
 506                     (current_time - pos0.get_seconds()) /
 507                     (pos1.get_seconds() - pos0.get_seconds());
 508             }
 509             // cout << "Percent = " << percent << endl;
 510             double att_percent;
 511             if ( fabs(att1.get_seconds() - att0.get_seconds()) < 0.00001 ) {
 512                 att_percent = 0.0;
 513             } else {
 514                 att_percent =
 515                     (current_time - att0.get_seconds()) /
 516                     (att1.get_seconds() - att0.get_seconds());
 517             }
 518             // cout << "Percent = " << percent << endl;
 519
 520             MIDGpos pos = MIDGInterpPos( pos0, pos1, pos_percent );
 521             MIDGatt att = MIDGInterpAtt( att0, att1, att_percent );
 522             // cout << current_time << " " << p0.lat_deg << ", " << p0.lon_deg
 523             //      << endl;
 524             // cout << current_time << " " << p1.lat_deg << ", " << p1.lon_deg
 525             //      << endl;
 526             // cout << (double)current_time << " " << pos.lat_deg << ", "
 527             //      << pos.lon_deg << " " << att.yaw_deg << endl;
 528             if ( pos.lat_deg > -500 ) {
 529             printf( "%.3f  %.4f %.4f %.1f  %.2f %.2f %.2f\n",
 530                     current_time,
 531                     pos.lat_deg, pos.lon_deg, pos.altitude_msl,
 532                     att.yaw_rad * 180.0 / SG_PI,
 533                     att.pitch_rad * 180.0 / SG_PI,
 534                     att.roll_rad * 180.0 / SG_PI );
 535             }
 536
 537             send_data( pos, att );
 538
 539             // Update the elapsed time.
 540             static bool first_time = true;
 541             if ( first_time ) {
 542                 last_time_stamp.stamp();
 543                 first_time = false;
 544             }
 545
 546             current_time_stamp.stamp();
 547             /* Convert to ms */
 548             double elapsed_us = (current_time_stamp - last_time_stamp).toUSecs();
 549             if ( elapsed_us < (frame_us - 2000) ) {
 550                 double requested_us = (frame_us - elapsed_us) - 2000 ;
 551                 ulMilliSecondSleep ( (int)(requested_us / 1000.0) ) ;
 552             }
 553             current_time_stamp.stamp();
 554             while ( (current_time_stamp - last_time_stamp).toUSecs() < frame_us ) {
 555                 current_time_stamp.stamp();
 556             }
 557
 558             current_time += (frame_us / 1000000.0);
 559             last_time_stamp = current_time_stamp;
 560         }
 561
 562         cout << "Processed " << pos_count << " entries in "
 563              << current_time_stamp - start_time << " seconds."
 564              << endl;
 565     } else if ( serialdev.length() ) {
 566         // process incoming data from the serial port
 567
 568         int count = 0;
 569         double current_time = 0.0;
 570
 571         MIDGpos pos;
 572         MIDGatt att;
 573
 574         uint32_t pos_time = 1;
 575         uint32_t att_time = 1;
 576
 577         // open the serial port device
 578         SGSerialPort input( serialdev, 115200 );
 579         if ( !input.is_enabled() ) {
 580             cout << "Cannot open: " << serialdev << endl;
 581             return false;
 582         }
 583
 584         // open up the data log file if requested
 585         if ( !outfile.length() ) {
 586             cout << "no --outfile <name> specified, cannot capture data!"
 587                  << endl;
 588             return false;
 589         }
 590         SGFile output( outfile );
 591         if ( !output.open( SG_IO_OUT ) ) {
 592             cout << "Cannot open: " << outfile << endl;
 593             return false;
 594         }
 595
 596         while ( input.is_enabled() ) {
 597             // cout << "looking for next message ..." << endl;
 598             int id = track.next_message( &input, &output, &pos, &att );
 599             cout << "message id = " << id << endl;
 600             count++;
 601
 602             if ( id == 10 ) {
 603                 if ( att.get_msec() > att_time ) {
 604                     att_time = att.get_msec();
 605                     current_time = att_time;
 606                 } else {
 607                     cout << "oops att back in time" << endl;
 608                 }
 609             } else if ( id == 12 ) {
 610                 if ( pos.get_msec() > pos_time ) {
 611                     pos_time = pos.get_msec();
 612                     current_time = pos_time;
 613                 } else {
 614                     cout << "oops pos back in time" << endl;
 615                 }
 616             }
 617
 618             if ( pos.lat_deg > -500 ) {
 619             // printf( "%.3f  %.4f %.4f %.1f  %.2f %.2f %.2f\n",
 620             //         current_time,
 621             //         pos.lat_deg, pos.lon_deg, pos.altitude_msl,
 622             //         att.yaw_rad * 180.0 / SG_PI,
 623             //         att.pitch_rad * 180.0 / SG_PI,
 624             //         att.roll_rad * 180.0 / SG_PI );
 625             }
 626
 627             send_data( pos, att );
 628         }
 629     }
 630
 631     return 0;
 632 }