Hardware Access/es

From Free Pascal wiki
Jump to: navigation, search

Deutsch (de) English (en) español (es) français (fr) magyar (hu) 日本語 (ja) 한국어 (ko) polski (pl) português (pt) русский (ru) slovenčina (sk) 中文(中国大陆)‎ (zh_CN)

Descripción

Esta página es el comienzo de un tutorial que trata del acceso a dispositivos hardware. Estos dispositivos incluyen entre otros: ISA, PCI, USB, puerto paralelo, puerto serie, etc.

El acceso a dispositivos hardware no esta implementado en la modalidad multiplataforma ni para el Runtime ni para el LCL de Free Pascal, por lo que este tutorial básicamente cubrirá los métodos de acceso a hardware en las diferentes plataformas. El código puede ser compilado en diferentes entornos utilizando compilaciones condicionales, como las siguientes:

 uses
  Classes, SysUtils, LResources, Forms, Controls, Graphics, Dialogs, ExtCtrls,
 {$IFDEF WIN32}
   Windows;
 {$ENDIF}
 {$IFDEF Unix}
   ports;
 {$ENDIF}

No se sabe todavía, hasta el momento, si MAC OS X/x86 permitirá el acceso hardware. Puede que lo permita, por lo que puede que con el tiempo aparezcan drivers como io.dll.

Comparación entre serie y paralelo

Las tarjetas ISA, PCI y el puerto paralelo se comunican con el ordenador utilizando un protocolo paralelo. El puerto serie y los dispositivos USB en cambio con un protocolo serie. Como tanto el procesador como todos los lenguajes de programación trabajan en una aproximación a datos en paralelo, el acceso a esta clase de protocolos es más fácil de implementar en la parte software. Por ejemplo, cuando se accede a una variable de tipo entero (Integer), es posible acceder a su valor asociado con un simple mandato. Con un protocolo serie, sin embargo, se puede conocer sólamente un bit en cada vez, y se hace necesario unir todos los bits para tener un dato con significado.

La comunicación serie es difícil de implementar directamente, pero puede resultar razonablemente sencillo si se utiliza un componente prediseñado. También se bastante difícil en la parte hardware, por lo que algunos dispositivos utilizan Cirtuitos Integrados especializados o incluso Microcontroladores para implementarlo.

A continuación se presenta una breve comparación de protocolos de acceso a hardware:


Velocidad Dificultad de implementación hardware
Puerto serie Muy lenta (< E5 bit/s) Media
Puerto Paralelo Lenta (~ E6 bit/s) Sencilla
Tarjeta ISA Media (~ E7 bit/s) Media
USB Media (~ E7 bit/s) Laboriosa
Tarjeta PCI Muy rápida (> E9 bit/s) Muy laboriosa

Comunicación Paralelo

Usando inpout32.dll para Windows

Windows tiene diferentes modos de acceder a los dispositivos hardware en las series 9x y NT. En las series 9x (95,98,Me) los programas pueden acceder al hardware directamente, al igual que se hacía en DOS. En las series NT (Windows NT y XP), no es posible tal acceso directamente, por lo que se hace necesario un driver de dispositivo que permita el acceso a los puertos como un mecanismo de seguridad. Esto ocasiona que el desarrollo de un driver implique un aumento significativo en costes y tiempo empleado.

Afortunadamente existe una librería que resuelve este problema. Si se detecta un sistema con Windows NT se descomprime un controlador de dispositivo del kernel (HWInterface.sys) y lo instala, mientras que si detecta un sistema Windows 9x, entonces simplemente utiliza código en ensamblador para acceder al hardware.

Pero, ¿Como utilizo esta librería?, ¡Simple!, tiene solamente dos funciones, Inp32 y Out32, y su uso es muy intuitivo.

Cargaremos la libreria dinámicamente, por lo que definiremos ambas funciones primero:

 type
   TInp32 = function(Address: SmallInt): SmallInt; stdcall;
   TOut32 = procedure(Address: SmallInt; Data: SmallInt); stdcall;
  • Address representa la dirección del puerto que se desea acceder
  • Out32 envía datos al puerto que se especifica como dirección (Address)
  • Inp32 retorna un byte desde el puerto que se especifica como dirección (Address)

Ahora ya podemos cargar la librería. Esto puede implementarse en una sección como por ejemplo en el método OnCreate dentro del form principal:

 type
   TMyForm = class(TForm)
   .........
   private
     { declaraciones privadas }
     Inpout32: THandle;  { tipo manejador para el puerto }
     Inp32: TInp32;
     Out32: TOut32;
   .........
 implementation
   .........
 procedure TMyForm.FormCreate(Sender: TObject);
 begin
 {$IFDEF WIN32}
   Inpout32 := LoadLibrary('inpout32.dll');
   if (Inpout32 <> 0) then
   begin
     // needs overtyping, plain Delphi's @Inp32 = GetProc... leads to compile errors
     Inp32 := TInp32(GetProcAddress(Inpout32, 'Inp32'));
     if (@Inp32 = nil) then Caption := 'Error';
     Out32 := TOut32(GetProcAddress(Inpout32, 'Out32'));
     if (@Out32 = nil) then Caption := 'Error';
   end
   else Caption := 'Error';
 {$ENDIF}
 end;

Si se carga la librería en la sección OnCreate no se debe olvidar descargarlo en la sección OnDestroy:

 procedure TMyForm.FormDestroy(Sender: TObject);
 begin
 {$IFDEF WIN32}
   FreeLibrary(Inpout32);
 {$ENDIF}
 end;

Este es un simple ejemplo de como utilizar la función Inp32:

 {$IFDEF WIN32}
   myLabel.Caption := IntToStr(Inp32($0220));
 {$ENDIF}

Este código ha sido testeado con una tarjeta ISA en el puerto $0220, utilizando Lazarus 0.9.10 en Windows XP. Por supuesto es necesario tener Windows en la clausula uses para que funcione el código. Para el desarrollo solamente necesitas incluir "input32.dll" en el mismo directorio en que se encuentra la aplicación.

La página principal de esta librería se encuentra en: www.logix4u.net/inpout32.htm *ver discusión*

Using assembler on Windows 9x

En Windows 9x se permite el acceso directo al hardware por lo que es posible utilizar código ensamblador para acceder al mismo. Supongamos que queremos escribir el valor $CC en el puerto $320. Lo podemos realizar con las siguientes líneas de código (este ejemplo utiliza la sintaxis ATT en lugar de la de Intel):

 {$ASMMODE ATT}
 ...
    asm
        movl $0x320, %edx
        movb $0xCC, %al
        outb %al, %dx
    end ['EAX','EDX'];

Resolución de problemas en Windows

Una posible fuente de problemas al utilizar hardware paralelo que no soporta Plug&Play en Windows es que Windows puede asignar el puerto utilizado por el hardware a otro dispositivo. Puedes encontrar instrucciones en la siguiente URL, de como indicar a Windows que no asigne la dirección del disoositivo a dispositivos Plug&Play:

http://support.microsoft.com/kb/135168

Utilizando ioperm para acceder puertos en Linux

La mejor manera de acceder al hardware en Linux es a través de drivers de dispositivos, pero, debido a la complejidad de crear un driver, algunas veces un método rápido es más útil.

En orden a usar la unit "ports" bajo Linux, el programa debe arrancarse como usuario root, y debe llamarse a IOPerm para establecer los permisos apropiados para acceso al puerto. Se puede encontrar documentación sobre la unit "ports" en la siguiente URL: [1]

Lo primero que debemos hacer es enlazar a (g)libc y llamar a IOPerm. En Free Pascal existe una unidad que enlaza enteramente a (g)libc, pero da lugar a problemas cuando se utiliza directamente por la aplicación y por tanto enlazarla estáticamente directamente a la librería (g)libc no es una buena idea porque siempre cambia de manera incomprensible entre versiones. Funciones como ioperm, como siempre, es poco probable que cambien.

 {$IFDEF Linux}
 function ioperm(from: Cardinal; num: Cardinal; turn_on: Integer): Integer; cdecl; external 'libc';
 {$ENDIF}
  • "from" representa el primer puerto a ser accedido.
  • "num" es el número de puertos despueś de acceder al primero, por lo que ioperm($220, 8, 1) permitirá el accceso por parte del programa a todos los puertos entre $220 y $227, ambos inclusive.

Después de enlazar a IOPerm se puede utiliar port[<Address>] para acceder a los puertos:

 {$IFDEF Linux}
   i := ioperm($220, 8, 1); { se enlaza IOPerm }
   port[$220] := $00; { utilizamos port para escribir el valor $00 en el puerto $220 }
   myLabel.Caption := 'ioperm: ' + IntToStr(i);
   i := Integer(port[$220]);
   myOtherLabel.Caption := 'response: ' + IntToStr(i);
 {$ENDIF}

Este código fue testeado con una tarjeta ISA en el puerto $0220, utilizando Lazarus 0.9.10 en Mandriva Linux 2005 y Damn Small Linux 1.5.

Acceso general a hardware en UNIX

{$IFDEF Unix}
Uses Clib;   // retrieve libc library name.
{$ENDIF}

{$IFDEF Unix}
function ioperm(from: Cardinal; num: Cardinal; turn_on: Integer): Integer; cdecl; external clib;
{$ENDIF}


Note that FPC provides an abstraction for ioperm called "fpioperm" in unit x86, and also defines out and inport functions. These functions are currently implemented for Linux/x86 and FreeBSD/x86.

No se recomienda enlazar a libc a menos que sea absolutamente necesario debido a un posible diseño y portabilidad de funciones.

Tampoco se recomienda el enlace manual a libc (declarando tal cual libc importado por funciones que son accesibles desde cualquier parte). Por ejemplo la línea de importación de libc fallará innecesariamente si la librería estandar no se llama desde libc, como por ejemplo libroot en BeOS, o en plataformas que no utilicen símbolos C estandar).

Note 2 Utilizar la unidad _unit_ libc no es recomendable bajo ninguna circunstancia salvo para compatibilidad con Kylix. Esto es debido a que esta unidad es relativamente poco portable (debido a la excesiva exposición de estructuras y otros símbolos privados) y debe modificarse solamente tan poco como sea posible fuera de lo que implique su compatibilidad con Kylix.

Comunicación Serie

La sección External Links tiene tutoriales para puertos serie bajo UNIX y Windows.

USB

libusb

Una posibilidad para múltiples plataformas, para Linux, BSDs y Mac OS X es libusb.

Las cabeceras se listan en http://www.freepascal.org/contrib/db.php3?category=Miscellaneous:

Nombre Autor Versión Fecha Enlace Aclaraciones
libusb.pp Uwe Zimmermann 0.1.12 2006-06-29 http://www.sciencetronics.com/download/fpc_libusb.tgz
libusb.pas Johann Glaser 2005-01-14 http://www.johann-glaser.at/projects/libusb.pas
fpcusb Joe Jared 0.11-14 2006-02-02 http://relays.osirusoft.com/fpcusb.tgz enlace de descarga roto

FTDI

Si utilizas uno de los circuitos integrados (IC o chips) listados en FTDI, puedes utilizar sus cabeceras pascal para el interface dllcon los chips.

Enlaces externos

Comparación de velocidades para protocolos de comunicación:

  1. http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_port#Speed
  2. http://www.lvr.com/jansfaq.htm - Jan Axelson's Parallel Port FAQ
  3. http://en.wikipedia.org/wiki/USB#Transfer_Speed
  4. http://en.wikipedia.org/wiki/PCI#Conventional_PCI_bus_specifications

Enlaces de comunicación serie:

  1. Bajo UNIX: [2]
  2. Bajo Windows: http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dnfiles/html/msdn_serial.asp
  3. Componente Synaser: http://synapse.ararat.cz/
  4. Comport Delphi package: http://sourceforge.net/projects/comport/

Osciloscopio Digital ISA - Un ejemplo de acceso a hardware con todo el código fuente incluido:[3]