utils/GPSsmooth/MIDG_main.cxx

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