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_body_u = 0.0;
 152     fdm->v_body_v = 0.0;
 153     fdm->v_body_w = 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_body_u);
 228     htonf(fdm->v_body_v);
 229     htonf(fdm->v_body_w);
 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 fdmsize = sizeof( FGNetFDM );
 283
 284     FGNetFDM fgfdm;
 285     FGNetCtrls fgctrls;
 286
 287     midg2fg( pos, att, &fgfdm, &fgctrls );
 288     fdm_sock.send(&fgfdm, fdmsize, 0);
 289 }
 290
 291
 292 void usage( const string &argv0 ) {
 293     cout << "Usage: " << argv0 << endl;
 294     cout << "\t[ --help ]" << endl;
 295     cout << "\t[ --infile <infile_name>" << endl;
 296     cout << "\t[ --serial <dev_name>" << endl;
 297     cout << "\t[ --outfile <outfile_name> (capture the data to a file)" << endl;
 298     cout << "\t[ --hertz <hertz> ]" << endl;
 299     cout << "\t[ --host <hostname> ]" << endl;
 300     cout << "\t[ --broadcast ]" << endl;
 301     cout << "\t[ --fdm-port <fdm output port #> ]" << endl;
 302     cout << "\t[ --ctrls-port <ctrls output port #> ]" << endl;
 303     cout << "\t[ --altitude-offset <meters> ]" << endl;
 304     cout << "\t[ --skip-seconds <seconds> ]" << endl;
 305 }
 306
 307
 308 int main( int argc, char **argv ) {
 309     double hertz = 60.0;
 310     string out_host = "localhost";
 311     bool do_broadcast = false;
 312
 313     // process command line arguments
 314     for ( int i = 1; i < argc; ++i ) {
 315         if ( strcmp( argv[i], "--help" ) == 0 ) {
 316             usage( argv[0] );
 317             exit( 0 );
 318         } else if ( strcmp( argv[i], "--hertz" ) == 0 ) {
 319             ++i;
 320             if ( i < argc ) {
 321                 hertz = atof( argv[i] );
 322             } else {
 323                 usage( argv[0] );
 324                 exit( -1 );
 325             }
 326         } else if ( strcmp( argv[i], "--infile" ) == 0 ) {
 327             ++i;
 328             if ( i < argc ) {
 329                 infile = argv[i];
 330             } else {
 331                 usage( argv[0] );
 332                 exit( -1 );
 333             }
 334         } else if ( strcmp( argv[i], "--outfile" ) == 0 ) {
 335             ++i;
 336             if ( i < argc ) {
 337                 outfile = argv[i];
 338             } else {
 339                 usage( argv[0] );
 340                 exit( -1 );
 341             }
 342         } else if ( strcmp( argv[i], "--serial" ) == 0 ) {
 343             ++i;
 344             if ( i < argc ) {
 345                 serialdev = argv[i];
 346             } else {
 347                 usage( argv[0] );
 348                 exit( -1 );
 349             }
 350         } else if ( strcmp( argv[i], "--host" ) == 0 ) {
 351             ++i;
 352             if ( i < argc ) {
 353                 out_host = argv[i];
 354             } else {
 355                 usage( argv[0] );
 356                 exit( -1 );
 357             }
 358         } else if ( strcmp( argv[i], "--broadcast" ) == 0 ) {
 359           do_broadcast = true;
 360         } else if ( strcmp( argv[i], "--fdm-port" ) == 0 ) {
 361             ++i;
 362             if ( i < argc ) {
 363                 fdm_port = atoi( argv[i] );
 364             } else {
 365                 usage( argv[0] );
 366                 exit( -1 );
 367             }
 368         } else if ( strcmp( argv[i], "--ctrls-port" ) == 0 ) {
 369             ++i;
 370             if ( i < argc ) {
 371                 ctrls_port = atoi( argv[i] );
 372             } else {
 373                 usage( argv[0] );
 374                 exit( -1 );
 375             }
 376         } else if ( strcmp( argv[i], "--altitude-offset" ) == 0 ) {
 377             ++i;
 378             if ( i < argc ) {
 379                 alt_offset = atof( argv[i] );
 380             } else {
 381                 usage( argv[0] );
 382                 exit( -1 );
 383             }
 384         } else if ( strcmp( argv[i], "--skip-seconds" ) == 0 ) {
 385             ++i;
 386             if ( i < argc ) {
 387                 skip = atof( argv[i] );
 388             } else {
 389                 usage( argv[0] );
 390                 exit( -1 );
 391             }
 392         } else {
 393             usage( argv[0] );
 394             exit( -1 );
 395         }
 396     }
 397
 398     // Setup up outgoing network connections
 399
 400     simgear::Socket::initSockets(); // We must call this before any other net stuff
 401
 402     if ( ! fdm_sock.open( false ) ) {  // open a UDP socket
 403         cout << "error opening fdm output socket" << endl;
 404         return -1;
 405     }
 406     if ( ! ctrls_sock.open( false ) ) {  // open a UDP socket
 407         cout << "error opening ctrls output socket" << endl;
 408         return -1;
 409     }
 410     cout << "open net channels" << endl;
 411
 412     fdm_sock.setBlocking( false );
 413     ctrls_sock.setBlocking( false );
 414     cout << "blocking false" << endl;
 415
 416     if ( do_broadcast ) {
 417         fdm_sock.setBroadcast( true );
 418         ctrls_sock.setBroadcast( true );
 419     }
 420
 421     if ( fdm_sock.connect( out_host.c_str(), fdm_port ) == -1 ) {
 422         perror("connect");
 423         cout << "error connecting to outgoing fdm port: " << out_host
 424              << ":" << fdm_port << endl;
 425         return -1;
 426     }
 427     cout << "connected outgoing fdm socket" << endl;
 428
 429     if ( ctrls_sock.connect( out_host.c_str(), ctrls_port ) == -1 ) {
 430         perror("connect");
 431         cout << "error connecting to outgoing ctrls port: " << out_host
 432              << ":" << ctrls_port << endl;
 433         return -1;
 434     }
 435     cout << "connected outgoing ctrls socket" << endl;
 436
 437     if ( infile.length() ) {
 438         // Load data from a track data
 439         track.load( infile );
 440         cout << "Loaded " << track.pos_size() << " position records." << endl;
 441         cout << "Loaded " << track.att_size() << " attitude records." << endl;
 442
 443         int size = track.pos_size();
 444
 445         double current_time = track.get_pospt(0).get_seconds();
 446         cout << "Track begin time is " << current_time << endl;
 447         double end_time = track.get_pospt(size-1).get_seconds();
 448         cout << "Track end time is " << end_time << endl;
 449         cout << "Duration = " << end_time - current_time << endl;
 450
 451         // advance skip seconds forward
 452         current_time += skip;
 453
 454         frame_us = 1000000.0 / hertz;
 455         if ( frame_us < 0.0 ) {
 456             frame_us = 0.0;
 457         }
 458
 459         SGTimeStamp start_time;
 460         start_time.stamp();
 461         int pos_count = 0;
 462         int att_count = 0;
 463
 464         MIDGpos pos0, pos1;
 465         pos0 = pos1 = track.get_pospt( 0 );
 466
 467         MIDGatt att0, att1;
 468         att0 = att1 = track.get_attpt( 0 );
 469
 470         while ( current_time < end_time ) {
 471             // cout << "current_time = " << current_time << " end_time = "
 472             //      << end_time << endl;
 473
 474             // Advance position pointer
 475             while ( current_time > pos1.get_seconds()
 476                     && pos_count < track.pos_size() )
 477             {
 478                 pos0 = pos1;
 479                 ++pos_count;
 480                 // cout << "count = " << count << endl;
 481                 pos1 = track.get_pospt( pos_count );
 482             }
 483             // cout << "p0 = " << p0.get_time() << " p1 = " << p1.get_time()
 484             //      << endl;
 485
 486             // Advance attitude pointer
 487             while ( current_time > att1.get_seconds()
 488                     && att_count < track.att_size() )
 489             {
 490                 att0 = att1;
 491                 ++att_count;
 492                 // cout << "count = " << count << endl;
 493                 att1 = track.get_attpt( att_count );
 494             }
 495             //  cout << "pos0 = " << pos0.get_seconds()
 496             // << " pos1 = " << pos1.get_seconds() << endl;
 497
 498             double pos_percent;
 499             if ( fabs(pos1.get_seconds() - pos0.get_seconds()) < 0.00001 ) {
 500                 pos_percent = 0.0;
 501             } else {
 502                 pos_percent =
 503                     (current_time - pos0.get_seconds()) /
 504                     (pos1.get_seconds() - pos0.get_seconds());
 505             }
 506             // cout << "Percent = " << percent << endl;
 507             double att_percent;
 508             if ( fabs(att1.get_seconds() - att0.get_seconds()) < 0.00001 ) {
 509                 att_percent = 0.0;
 510             } else {
 511                 att_percent =
 512                     (current_time - att0.get_seconds()) /
 513                     (att1.get_seconds() - att0.get_seconds());
 514             }
 515             // cout << "Percent = " << percent << endl;
 516
 517             MIDGpos pos = MIDGInterpPos( pos0, pos1, pos_percent );
 518             MIDGatt att = MIDGInterpAtt( att0, att1, att_percent );
 519             // cout << current_time << " " << p0.lat_deg << ", " << p0.lon_deg
 520             //      << endl;
 521             // cout << current_time << " " << p1.lat_deg << ", " << p1.lon_deg
 522             //      << endl;
 523             // cout << (double)current_time << " " << pos.lat_deg << ", "
 524             //      << pos.lon_deg << " " << att.yaw_deg << endl;
 525             if ( pos.lat_deg > -500 ) {
 526             printf( "%.3f  %.4f %.4f %.1f  %.2f %.2f %.2f\n",
 527                     current_time,
 528                     pos.lat_deg, pos.lon_deg, pos.altitude_msl,
 529                     att.yaw_rad * 180.0 / SG_PI,
 530                     att.pitch_rad * 180.0 / SG_PI,
 531                     att.roll_rad * 180.0 / SG_PI );
 532             }
 533
 534             send_data( pos, att );
 535
 536             // Update the elapsed time.
 537             static bool first_time = true;
 538             if ( first_time ) {
 539                 last_time_stamp.stamp();
 540                 first_time = false;
 541             }
 542
 543             current_time_stamp.stamp();
 544             /* Convert to ms */
 545             double elapsed_us = (current_time_stamp - last_time_stamp).toUSecs();
 546             if ( elapsed_us < (frame_us - 2000) ) {
 547                 double requested_us = (frame_us - elapsed_us) - 2000 ;
 548                 ulMilliSecondSleep ( (int)(requested_us / 1000.0) ) ;
 549             }
 550             current_time_stamp.stamp();
 551             while ( (current_time_stamp - last_time_stamp).toUSecs() < frame_us ) {
 552                 current_time_stamp.stamp();
 553             }
 554
 555             current_time += (frame_us / 1000000.0);
 556             last_time_stamp = current_time_stamp;
 557         }
 558
 559         cout << "Processed " << pos_count << " entries in "
 560              << current_time_stamp - start_time << " seconds."
 561              << endl;
 562     } else if ( serialdev.length() ) {
 563         // process incoming data from the serial port
 564
 565         int count = 0;
 566
 567         MIDGpos pos;
 568         MIDGatt att;
 569
 570         uint32_t pos_time = 1;
 571         uint32_t att_time = 1;
 572
 573         // open the serial port device
 574         SGSerialPort input( serialdev, 115200 );
 575         if ( !input.is_enabled() ) {
 576             cout << "Cannot open: " << serialdev << endl;
 577             return false;
 578         }
 579
 580         // open up the data log file if requested
 581         if ( !outfile.length() ) {
 582             cout << "no --outfile <name> specified, cannot capture data!"
 583                  << endl;
 584             return false;
 585         }
 586         SGFile output( outfile );
 587         if ( !output.open( SG_IO_OUT ) ) {
 588             cout << "Cannot open: " << outfile << endl;
 589             return false;
 590         }
 591
 592         while ( input.is_enabled() ) {
 593             // cout << "looking for next message ..." << endl;
 594             int id = track.next_message( &input, &output, &pos, &att );
 595             cout << "message id = " << id << endl;
 596             count++;
 597
 598             if ( id == 10 ) {
 599                 if ( att.get_msec() > att_time ) {
 600                     att_time = att.get_msec();
 601                     //current_time = att_time;
 602                 } else {
 603                     cout << "oops att back in time" << endl;
 604                 }
 605             } else if ( id == 12 ) {
 606                 if ( pos.get_msec() > pos_time ) {
 607                     pos_time = pos.get_msec();
 608                     //current_time = pos_time;
 609                 } else {
 610                     cout << "oops pos back in time" << endl;
 611                 }
 612             }
 613
 614             if ( pos.lat_deg > -500 ) {
 615             // printf( "%.3f  %.4f %.4f %.1f  %.2f %.2f %.2f\n",
 616             //         current_time,
 617             //         pos.lat_deg, pos.lon_deg, pos.altitude_msl,
 618             //         att.yaw_rad * 180.0 / SG_PI,
 619             //         att.pitch_rad * 180.0 / SG_PI,
 620             //         att.roll_rad * 180.0 / SG_PI );
 621             }
 622
 623             send_data( pos, att );
 624         }
 625     }
 626
 627     return 0;
 628 }