projects/microb2010/tests/static_beacon/static_beacon.c

   1 /*
   2  *  Copyright Droids Corporation (2009)
   3  *  Olivier Matz <zer0@droids-corp.org>
   4  *
   5  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   8  *  (at your option) any later version.
   9  *
  10  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13  *  GNU General Public License for more details.
  14  *
  15  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
  16  *  along with this program; if not, write to the Free Software
  17  *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  18  *
  19  *  Revision : $Id: main.c,v 1.8 2009-05-02 10:08:09 zer0 Exp $
  20  *
  21  */
  22
  23 #include <math.h>
  24
  25 #include <aversive.h>
  26 #include <aversive/wait.h>
  27 #include <aversive/pgmspace.h>
  28
  29 #include <uart.h>
  30
  31 /*
  32  * Leds: PD5 -> PD7
  33  * Photodiodes: PC0 PC1
  34  * IR: PB1, OC1A
  35  */
  36
  37 /*
  38  * hfuse:  RSTDISBL=1 WTDON=1 SPIEN=0 CKOPT=0 EESAVE=1 BOOTSZ1=0 BOOTSZ0=0 BOOTRST=1
  39  * lfuse:  BODLEVEL=1 BODEN=1 SUT1=1 SUT0=1 CKSEL3=1 CKSEL2=1 CKSEL1=1 CKSEL0=1
  40  */
  41
  42 //#define NO_MODULATION
  43 #define WAIT_LASER
  44 //#define MODUL_455KHZ
  45 //#define MODUL_56KHZ
  46 #define MODUL_38KHZ
  47 //#define SPEED_40RPS
  48 #define SPEED_10RPS
  49
  50 /* beacon identifier: must be odd, 3 bits */
  51 #define BEACON_ID 0x1
  52 #define BEACON_ID_MASK 0x7
  53 #define BEACON_ID_SHIFT 0
  54
  55 /* */
  56 #define FRAME_DATA_MASK  0x0FF8
  57 #define FRAME_DATA_SHIFT 3
  58
  59 #if (defined MODUL_455KHZ)
  60 #define N_PERIODS   10
  61 #define N_CYCLES_0  17
  62 #define N_CYCLES_1  17
  63 #elif (defined MODUL_56KHZ)
  64 #define N_PERIODS   15
  65 #define N_CYCLES_0  143
  66 #define N_CYCLES_1  143
  67 #elif (defined MODUL_38KHZ)
  68 #define N_PERIODS   15
  69 #define N_CYCLES_0  210
  70 #define N_CYCLES_1  210
  71 #else
  72 #error "no freq defined"
  73 #endif
  74
  75 #define MIN_DIST 150.
  76 #define MAX_DIST 3600.
  77 #define LASER_DIST 25.
  78
  79 #define N_CYCLES_PERIOD (N_CYCLES_0 + N_CYCLES_1)
  80
  81 #define LED_PORT PORTD
  82 #define LED_DDR  DDRD
  83 #define LED1_BIT  5
  84 #define LED2_BIT  6
  85 #define LED3_BIT  7
  86
  87 #define LED_TOGGLE(port, bit) do {              \
  88           if (port & _BV(bit))                  \
  89                   port &= ~_BV(bit);            \
  90           else                                  \
  91                   port |= _BV(bit);             \
  92   } while(0)
  93
  94 #define LED1_ON()  sbi(LED_PORT, LED1_BIT)
  95 #define LED1_OFF() cbi(LED_PORT, LED1_BIT)
  96 #define LED1_TOGGLE() LED_TOGGLE(LED_PORT, LED1_BIT)
  97 #define LED2_ON()  sbi(LED_PORT, LED2_BIT)
  98 #define LED2_OFF() cbi(LED_PORT, LED2_BIT)
  99 #define LED2_TOGGLE() LED_TOGGLE(LED_PORT, LED2_BIT)
 100 #define LED3_ON()  sbi(LED_PORT, LED3_BIT)
 101 #define LED3_OFF() cbi(LED_PORT, LED3_BIT)
 102 #define LED3_TOGGLE() LED_TOGGLE(LED_PORT, LED3_BIT)
 103
 104 #define IR_PORT PORTB
 105 #define IR_DDR  DDRB
 106 #define IR_BIT  1
 107
 108 /* FRAME must be odd */
 109 /* #define FRAME 0x0B /\* in little endian 1-1-0-1 *\/ */
 110 /* #define FRAME_LEN 4 */
 111 #define FRAME 0xAA5B /* in little endian */
 112 #define FRAME_LEN 16
 113
 114 /* pin returns !0 when nothing, and 0 when laser is on photodiode */
 115 #define PHOTO_PIN PINB
 116 #define PHOTO_BIT 0
 117 #define READ_PHOTO() (!!(PHOTO_PIN & (_BV(PHOTO_BIT))))
 118
 119 /* IR_DELAY **must** be < 32768 */
 120 #if (defined SPEED_10RPS)
 121 #define MIN_INTER_TIME    ((uint16_t)(160*2))  /* t~=160us dist=350cm */
 122 #define MAX_INTER_TIME    ((uint16_t)(8000*2)) /* t=8ms dist=10cm */
 123 #define IR_DELAY          ((uint16_t)(8000*2))
 124 #define INTER_LASER_TIME   30 /* in ms */
 125 #elif (defined SPEED_40RPS)
 126 #define MIN_INTER_TIME    ((uint16_t)(40*16))  /* t~=40us dist=350cm */
 127 #define MAX_INTER_TIME    ((uint16_t)(2000*16)) /* t=2ms dist=10cm */
 128 #define IR_DELAY          ((uint16_t)(2000*16))
 129 #define INTER_LASER_TIME   10 /* in ms */
 130 #else
 131 #error "speed not defined"
 132 #endif
 133
 134 extern prog_uint16_t framedist_table[];
 135 /* basic functions to transmit on IR */
 136
 137 static inline void xmit_0(void)
 138 {
 139         uint16_t t = ((N_CYCLES_PERIOD * N_PERIODS) / 4);
 140 #ifdef NO_MODULATION
 141         cbi(IR_PORT, IR_BIT);
 142 #else
 143         TCCR1B = 0;
 144         TCCR1A = 0;
 145 #endif
 146         _delay_loop_2(t); /* 4 cycles per loop */
 147 }
 148
 149 static inline void xmit_1(void)
 150 {
 151         uint16_t t = ((N_CYCLES_PERIOD * N_PERIODS) / 4);
 152 #ifdef NO_MODULATION
 153         sbi(IR_PORT, IR_BIT);
 154 #else
 155         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12);
 156         TCNT1 = N_CYCLES_PERIOD-1;
 157         TCCR1A = _BV(COM1A1) | _BV(WGM11);
 158         ICR1 = N_CYCLES_PERIOD;
 159         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12) | _BV(CS10);
 160 #endif
 161         _delay_loop_2(t); /* 4 cycles per loop */
 162 }
 163
 164 /* transmit in manchester code */
 165
 166 static inline void xmit_manchester_0(void)
 167 {
 168         xmit_0();
 169         xmit_1();
 170 }
 171
 172 static inline void xmit_manchester_1(void)
 173 {
 174         xmit_1();
 175         xmit_0();
 176 }
 177
 178 /* transmit a full frame. Each byte is lsb first. */
 179
 180 static void xmit_bits(uint32_t frame, uint8_t nbit)
 181 {
 182         uint8_t i;
 183
 184         for (i=0; i<nbit; i++) {
 185                 if (frame & 1)
 186                         xmit_manchester_1();
 187                 else
 188                         xmit_manchester_0();
 189
 190                 /* next bit */
 191                 frame >>= 1UL;
 192         }
 193         xmit_0();
 194 }
 195
 196 #ifdef WAIT_LASER
 197 /* val is 12 bits. Return the 16 bits value that includes the 4 bits
 198  * cksum in MSB. */
 199 static uint16_t do_cksum(uint16_t val)
 200 {
 201         uint16_t x, cksum;
 202
 203         x = (val & 0xfff);
 204         /* add the three 4-bits blocks of x together */
 205         cksum = x & 0xf;
 206         x = x >> 4;
 207         cksum += x & 0xf;
 208         cksum = (cksum & 0xf) + ((cksum & 0xf0) >> 4);
 209         x = x >> 4;
 210         cksum += x & 0xf;
 211         cksum = (cksum & 0xf) + ((cksum & 0xf0) >> 4);
 212         cksum = (~cksum) & 0xf;
 213         return (cksum << 12) + (val & 0xfff);
 214 }
 215
 216 /* get the frame from laser time difference, return 0 on error (this
 217  * frame cannot be sent). */
 218 static uint32_t get_frame(uint16_t laserdiff)
 219 {
 220         uint32_t frame = 0;
 221         uint16_t frame_dist = 256;
 222         uint16_t step, val;
 223
 224         /* for calibration, return the time */
 225         if (0)
 226                 return laserdiff;
 227
 228         for (step = 128; step != 0; step /= 2) {
 229                 val = pgm_read_word(&framedist_table[frame_dist]);
 230                 if (laserdiff > val)
 231                         frame_dist -= step;
 232                 else
 233                         frame_dist += step;
 234         }
 235
 236         frame |= ((uint32_t)(frame_dist & FRAME_DATA_MASK) << FRAME_DATA_SHIFT);
 237
 238         /* process cksum and return */
 239         return do_cksum(frame);
 240 }
 241
 242 /* Wait 2 consecutive rising edges on photodiode. Return 0 on success,
 243  * in this case, the 'when' pointed area is assigned to the time when
 244  * IR signal should be sent. The 'laserdiff' pointer is the time
 245  * between the 2 lasers, in timer unit. */
 246 static inline int8_t wait_laser(uint16_t *when, uint16_t *laserdiff)
 247 {
 248         uint16_t time1, time2;
 249         uint16_t diff;
 250
 251 #ifdef SPEED_40RPS
 252         /* set timer to 16Mhz, we will use ICP */
 253         TCCR1A = 0;
 254         TCCR1B = _BV(CS10);
 255 #else /* 10 RPS */
 256         /* set timer to 2Mhz, we will use ICP */
 257         TCCR1A = 0;
 258         TCCR1B = _BV(CS11);
 259 #endif
 260
 261         /* wait until all is off (inverted logic)  */
 262         while (READ_PHOTO() == 0);
 263         TIFR = _BV(ICF1);
 264
 265         /* wait falling edge */
 266         while ((TIFR & _BV(ICF1)) == 0);
 267         time1 = ICR1;
 268
 269         LED1_ON();
 270
 271         /* wait a bit to avoid oscillations */
 272         while ((uint16_t)(TCNT1-time1) < MIN_INTER_TIME);
 273         TIFR = _BV(ICF1);
 274
 275         /* wait next falling edge + timeout */
 276         while ((TIFR & _BV(ICF1)) == 0) {
 277                 diff = TCNT1 - time1;
 278                 if (diff > MAX_INTER_TIME)
 279                         return -1;
 280         }
 281
 282         LED2_ON();
 283
 284         /* get time of 2nd laser */
 285         time2 = ICR1;
 286         TIFR = _BV(ICF1);
 287
 288         /* process time difference */
 289         diff = time2 - time1;
 290         if (diff < MIN_INTER_TIME)
 291                 return -1;
 292
 293         *when = time1 + (diff/2) + IR_DELAY;
 294         *laserdiff = diff;
 295
 296         /* laser ok */
 297         return 0;
 298 }
 299 #endif
 300
 301 /* */
 302
 303 int main(void)
 304 {
 305         /* must be odd */
 306         uint32_t frame = FRAME;
 307 #ifdef WAIT_LASER
 308         int8_t ret;
 309         uint16_t when = 0;
 310         uint16_t diff = 0;
 311 #endif
 312         /* LEDS */
 313         LED_DDR = _BV(LED1_BIT) | _BV(LED2_BIT) | _BV(LED3_BIT);
 314         IR_DDR |= _BV(IR_BIT);
 315
 316         uart_init();
 317         fdevopen(uart0_dev_send, uart0_dev_recv);
 318         sei();
 319
 320 #if 0
 321         while (1) {
 322                 int16_t c;
 323                 c = uart_recv_nowait(0);
 324                 if (c != -1)
 325                         printf("%c", (char)(c+1));
 326                 LED1_ON();
 327                 wait_ms(500);
 328                 LED1_OFF();
 329                 wait_ms(500);
 330         }
 331 #endif
 332
 333 #if 0
 334         while (1) {
 335                 if (READ_PHOTO())
 336                         LED1_ON();
 337                 else
 338                         LED1_OFF();
 339         }
 340 #endif
 341
 342 #ifndef NO_MODULATION
 343         /* configure PWM */
 344         ICR1 = N_CYCLES_PERIOD;
 345         OCR1A = N_CYCLES_1;
 346         TCCR1A = _BV(COM1A1) | _BV(WGM11);
 347         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12);
 348 #endif
 349
 350 #if 0
 351         /* test freq */
 352         ICR1 = N_CYCLES_PERIOD;
 353         OCR1A = N_CYCLES_1;
 354         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12);
 355         TCNT1 = N_CYCLES_PERIOD-1;
 356         TCCR1A = _BV(COM1A1) | _BV(WGM11);
 357         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12) | _BV(CS10);
 358         while (1);
 359 #endif
 360
 361 #if 1
 362         /* test freq ~ 400khz */
 363         ICR1 = 38;
 364         OCR1A = 19;
 365         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12);
 366         TCNT1 = 37;
 367         TCCR1A = _BV(COM1A1) | _BV(WGM11);
 368         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12) | _BV(CS10);
 369
 370         /* motor PWM 50%, 8khz */
 371         DDRB |= 0x08;
 372         OCR2 = 50;
 373         TCCR2 = _BV(WGM21) | _BV(WGM20) | _BV(COM21) | _BV(CS21) ;
 374
 375         while (1);
 376 #endif
 377
 378
 379         /* configure timer 0, prescaler = 64 */
 380         TCCR0 = _BV(CS01) | _BV(CS00);
 381
 382         while (1) {
 383
 384 #ifdef WAIT_LASER
 385                 ret = wait_laser(&when, &diff);
 386
 387                 LED1_OFF();
 388                 LED2_OFF();
 389
 390                 if (ret)
 391                         continue;
 392
 393                 frame = get_frame(diff);
 394                 /* cannot convert into frame... skip it */
 395                 if (frame == 0) {
 396                         wait_ms(INTER_LASER_TIME);
 397                         continue;
 398                 }
 399
 400                 /* wait before IR xmit */
 401                 while ((int16_t)(when-TCNT1) > 0);
 402 #endif
 403
 404                 LED3_ON();
 405                 /* ok, transmit frame */
 406                 xmit_bits(frame, FRAME_LEN);
 407
 408                 LED3_OFF();
 409
 410                 /* don't watch a laser during this time */
 411                 wait_ms(INTER_LASER_TIME);
 412         }
 413         return 0;
 414 }