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_20RPS
  49 //#define SPEED_10RPS
  50
  51 /* beacon identifier: must be odd, 3 bits */
  52 #define BEACON_ID 0x1
  53 #define BEACON_ID_MASK 0x7
  54 #define BEACON_ID_SHIFT 0
  55
  56 /* */
  57 #define FRAME_DATA_MASK  0x0FF8
  58 #define FRAME_DATA_SHIFT 3
  59
  60 #if (defined MODUL_455KHZ)
  61 #define N_PERIODS   15
  62 #define N_CYCLES_0  17
  63 #define N_CYCLES_1  17
  64 #elif (defined MODUL_56KHZ)
  65 #define N_PERIODS   15
  66 #define N_CYCLES_0  143
  67 #define N_CYCLES_1  143
  68 #elif (defined MODUL_38KHZ)
  69 #define N_PERIODS   15
  70 #define N_CYCLES_0  210
  71 #define N_CYCLES_1  210
  72 #else
  73 #error "no freq defined"
  74 #endif
  75
  76 #define MIN_DIST 150.
  77 #define MAX_DIST 3600.
  78 #define LASER_DIST 25.
  79
  80 #define N_CYCLES_PERIOD (N_CYCLES_0 + N_CYCLES_1)
  81
  82 #define LED_PORT PORTD
  83 #define LED_DDR  DDRD
  84 #define LED1_BIT  5
  85 #define LED2_BIT  6
  86 #define LED3_BIT  7
  87
  88 #define LED_TOGGLE(port, bit) do {              \
  89           if (port & _BV(bit))                  \
  90                   port &= ~_BV(bit);            \
  91           else                                  \
  92                   port |= _BV(bit);             \
  93   } while(0)
  94
  95 #define LED1_ON()  sbi(LED_PORT, LED1_BIT)
  96 #define LED1_OFF() cbi(LED_PORT, LED1_BIT)
  97 #define LED1_TOGGLE() LED_TOGGLE(LED_PORT, LED1_BIT)
  98 #define LED2_ON()  sbi(LED_PORT, LED2_BIT)
  99 #define LED2_OFF() cbi(LED_PORT, LED2_BIT)
 100 #define LED2_TOGGLE() LED_TOGGLE(LED_PORT, LED2_BIT)
 101 #define LED3_ON()  sbi(LED_PORT, LED3_BIT)
 102 #define LED3_OFF() cbi(LED_PORT, LED3_BIT)
 103 #define LED3_TOGGLE() LED_TOGGLE(LED_PORT, LED3_BIT)
 104
 105 #define IR_PORT PORTB
 106 #define IR_DDR  DDRB
 107 #define IR_BIT  1
 108
 109 /* FRAME must be odd */
 110 /* #define FRAME 0x0B /\* in little endian 1-1-0-1 *\/ */
 111 /* #define FRAME_LEN 4 */
 112 #define FRAME 0x4A5B /* in little endian */
 113 #define FRAME_LEN 16
 114
 115 /* pin returns !0 when nothing, and 0 when laser is on photodiode */
 116 #define PHOTO_PIN PINB
 117 #define PHOTO_BIT 0
 118 #define READ_PHOTO() (!!(PHOTO_PIN & (_BV(PHOTO_BIT))))
 119
 120 /* IR_DELAY **must** be < 32768 */
 121 #if (defined SPEED_10RPS)
 122 #define MIN_INTER_TIME    ((uint16_t)(160*2))  /* t~=160us dist=350cm */
 123 #define MAX_INTER_TIME    ((uint16_t)(8000*2)) /* t=8ms dist=10cm */
 124 #define IR_DELAY          ((uint16_t)(8000*2))
 125 #define INTER_LASER_TIME   30 /* in ms */
 126 #elif (defined SPEED_20RPS)
 127 #define MIN_INTER_TIME    ((uint16_t)(40*16))   /* t~=80us dist=350cm */
 128 #define MAX_INTER_TIME    ((uint16_t)(2000*16)) /* t=2ms dist=? >10cm */
 129 #define IR_DELAY          ((uint16_t)(2000*16))
 130 #define INTER_LASER_TIME   10 /* in ms */
 131 #elif (defined SPEED_40RPS)
 132 #define MIN_INTER_TIME    ((uint16_t)(40*16))  /* t~=40us dist=350cm */
 133 #define MAX_INTER_TIME    ((uint16_t)(2000*16)) /* t=2ms dist=10cm */
 134 #define IR_DELAY          ((uint16_t)(2000*16))
 135 #define INTER_LASER_TIME   10 /* in ms */
 136 #else
 137 #error "speed not defined"
 138 #endif
 139
 140 extern prog_uint16_t framedist_table[];
 141 /* basic functions to transmit on IR */
 142
 143 static inline void xmit_0(void)
 144 {
 145         uint16_t t = ((N_CYCLES_PERIOD * N_PERIODS) / 4);
 146 #ifdef NO_MODULATION
 147         cbi(IR_PORT, IR_BIT);
 148 #else
 149         TCCR1B = 0;
 150         TCCR1A = 0;
 151 #endif
 152         _delay_loop_2(t); /* 4 cycles per loop */
 153 }
 154
 155 static inline void xmit_1(void)
 156 {
 157         uint16_t t = ((N_CYCLES_PERIOD * N_PERIODS) / 4);
 158 #ifdef NO_MODULATION
 159         sbi(IR_PORT, IR_BIT);
 160 #else
 161         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12);
 162         TCNT1 = N_CYCLES_PERIOD-1;
 163         TCCR1A = _BV(COM1A1) | _BV(WGM11);
 164         ICR1 = N_CYCLES_PERIOD;
 165         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12) | _BV(CS10);
 166 #endif
 167         _delay_loop_2(t); /* 4 cycles per loop */
 168 }
 169
 170 /* transmit in manchester code */
 171
 172 static inline void xmit_manchester_0(void)
 173 {
 174         xmit_0();
 175         xmit_1();
 176 }
 177
 178 static inline void xmit_manchester_1(void)
 179 {
 180         xmit_1();
 181         xmit_0();
 182 }
 183
 184 /* transmit a full frame. Each byte is lsb first. */
 185
 186 static void xmit_bits(uint32_t frame, uint8_t nbit)
 187 {
 188         uint8_t i;
 189
 190         for (i=0; i<nbit; i++) {
 191                 if (frame & 1)
 192                         xmit_manchester_1();
 193                 else
 194                         xmit_manchester_0();
 195
 196                 /* next bit */
 197                 frame >>= 1UL;
 198         }
 199         xmit_0();
 200 }
 201
 202 #ifdef WAIT_LASER
 203 /* val is 12 bits. Return the 16 bits value that includes the 4 bits
 204  * cksum in MSB. */
 205 static uint16_t do_cksum(uint16_t val)
 206 {
 207         uint16_t x, cksum;
 208
 209         x = (val & 0xfff);
 210         /* add the three 4-bits blocks of x together */
 211         cksum = x & 0xf;
 212         x = x >> 4;
 213         cksum += x & 0xf;
 214         cksum = (cksum & 0xf) + ((cksum & 0xf0) >> 4);
 215         x = x >> 4;
 216         cksum += x & 0xf;
 217         cksum = (cksum & 0xf) + ((cksum & 0xf0) >> 4);
 218         cksum = (~cksum) & 0xf;
 219         return (cksum << 12) + (val & 0xfff);
 220 }
 221
 222 /* get the frame from laser time difference, return 0 on error (this
 223  * frame cannot be sent). */
 224 static uint32_t get_frame(uint16_t laserdiff)
 225 {
 226         uint32_t frame = 0;
 227         uint16_t frame_dist = 256;
 228         uint16_t step, val;
 229
 230         /* for calibration, return the time */
 231         if (0)
 232                 return laserdiff;
 233
 234         for (step = 128; step != 0; step /= 2) {
 235                 val = pgm_read_word(&framedist_table[frame_dist]);
 236                 if (laserdiff > val)
 237                         frame_dist -= step;
 238                 else
 239                         frame_dist += step;
 240         }
 241
 242         frame |= ((uint32_t)(frame_dist & FRAME_DATA_MASK) << FRAME_DATA_SHIFT);
 243
 244         /* process cksum and return */
 245         return do_cksum(frame);
 246 }
 247
 248 /* Wait 2 consecutive rising edges on photodiode. Return 0 on success,
 249  * in this case, the 'when' pointed area is assigned to the time when
 250  * IR signal should be sent. The 'laserdiff' pointer is the time
 251  * between the 2 lasers, in timer unit. */
 252 static inline int8_t wait_laser(uint16_t *when, uint16_t *laserdiff)
 253 {
 254         uint16_t time1, time2;
 255         uint16_t diff;
 256
 257 #if (defined SPEED_40RPS) || (defined SPEED_20RPS)
 258         /* set timer to 16Mhz, we will use ICP */
 259         TCCR1A = 0;
 260         TCCR1B = _BV(CS10);
 261 #else /* 10 RPS */
 262         /* set timer to 2Mhz, we will use ICP */
 263         TCCR1A = 0;
 264         TCCR1B = _BV(CS11);
 265 #endif
 266
 267         /* wait until all is off (inverted logic)  */
 268         while (READ_PHOTO() == 0);
 269         TIFR = _BV(ICF1);
 270
 271         /* wait falling edge */
 272         while ((TIFR & _BV(ICF1)) == 0);
 273         time1 = ICR1;
 274
 275         LED1_ON();
 276
 277         /* wait a bit to avoid oscillations */
 278         while ((uint16_t)(TCNT1-time1) < MIN_INTER_TIME);
 279         TIFR = _BV(ICF1);
 280
 281         /* wait next falling edge + timeout */
 282         while ((TIFR & _BV(ICF1)) == 0) {
 283                 diff = TCNT1 - time1;
 284                 if (diff > MAX_INTER_TIME)
 285                         return -1;
 286         }
 287
 288         LED2_ON();
 289
 290         /* get time of 2nd laser */
 291         time2 = ICR1;
 292         TIFR = _BV(ICF1);
 293
 294         /* process time difference */
 295         diff = time2 - time1;
 296         if (diff < MIN_INTER_TIME)
 297                 return -1;
 298
 299         *when = time1 + (diff/2) + IR_DELAY;
 300         *laserdiff = diff;
 301
 302         /* laser ok */
 303         return 0;
 304 }
 305 #endif
 306
 307 /* */
 308
 309 int main(void)
 310 {
 311         /* must be odd */
 312         uint32_t frame = FRAME;
 313 #ifdef WAIT_LASER
 314         int8_t ret;
 315         uint16_t when = 0;
 316         uint16_t diff = 0;
 317 #endif
 318         /* LEDS */
 319         LED_DDR = _BV(LED1_BIT) | _BV(LED2_BIT) | _BV(LED3_BIT);
 320         IR_DDR |= _BV(IR_BIT);
 321
 322         uart_init();
 323         fdevopen(uart0_dev_send, uart0_dev_recv);
 324         sei();
 325
 326 #if 0
 327         while (1) {
 328                 int16_t c;
 329                 c = uart_recv_nowait(0);
 330                 if (c != -1)
 331                         printf("%c", (char)(c+1));
 332                 LED1_ON();
 333                 wait_ms(500);
 334                 LED1_OFF();
 335                 wait_ms(500);
 336         }
 337 #endif
 338
 339 #if 0
 340         while (1) {
 341                 if (READ_PHOTO())
 342                         LED1_ON();
 343                 else
 344                         LED1_OFF();
 345         }
 346 #endif
 347
 348 #ifndef NO_MODULATION
 349         /* configure PWM */
 350         ICR1 = N_CYCLES_PERIOD;
 351         OCR1A = N_CYCLES_1;
 352         TCCR1A = _BV(COM1A1) | _BV(WGM11);
 353         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12);
 354 #endif
 355
 356 #if 0
 357         /* test freq */
 358         ICR1 = N_CYCLES_PERIOD;
 359         OCR1A = N_CYCLES_1;
 360         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12);
 361         TCNT1 = N_CYCLES_PERIOD-1;
 362         TCCR1A = _BV(COM1A1) | _BV(WGM11);
 363         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12) | _BV(CS10);
 364         while (1);
 365 #endif
 366
 367 #if 0
 368         /* test freq ~ 400khz */
 369         ICR1 = 38;
 370         OCR1A = 19;
 371         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12);
 372         TCNT1 = 37;
 373         TCCR1A = _BV(COM1A1) | _BV(WGM11);
 374         TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12) | _BV(CS10);
 375
 376         /* motor PWM 50%, 8khz */
 377         DDRB |= 0x08;
 378         OCR2 = 50;
 379         TCCR2 = _BV(WGM21) | _BV(WGM20) | _BV(COM21) | _BV(CS21) ;
 380
 381         while (1);
 382 #endif
 383
 384
 385         /* configure timer 0, prescaler = 64 */
 386         TCCR0 = _BV(CS01) | _BV(CS00);
 387
 388         while (1) {
 389
 390 #ifdef WAIT_LASER
 391                 ret = wait_laser(&when, &diff);
 392
 393                 LED1_OFF();
 394                 LED2_OFF();
 395
 396                 if (ret)
 397                         continue;
 398
 399                 frame = get_frame(diff);
 400                 /* cannot convert into frame... skip it */
 401                 if (frame == 0) {
 402                         wait_ms(INTER_LASER_TIME);
 403                         continue;
 404                 }
 405
 406                 /* wait before IR xmit */
 407                 while ((int16_t)(when-TCNT1) > 0);
 408 #endif
 409
 410                 LED3_ON();
 411                 /* ok, transmit frame */
 412                 xmit_bits(frame, FRAME_LEN);
 413
 414                 LED3_OFF();
 415
 416                 /* don't watch a laser during this time */
 417                 wait_ms(INTER_LASER_TIME);
 418         }
 419         return 0;
 420 }