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