Hardware Access/ru

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)

Обзор

Данная страница является началом руководства по доступу к аппаратным устройствам в Lazarus. Эти устройства включают в себя: ISA, PCI, USB, параллельный порт, последовательный порт.

Мультиплатформенный подход для доступ к устройствам не реализован в Free Pascal Runtime Library или через LCL, поэтому это руководство кратко описывает способы доступа к аппаратным устройствам для различных платформ. Код может быть откомпилирован для различных сред при помощи директив компилятора, например:

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

В настоящее время неизвестно, допустим ли доступ к аппаратным устройствам в Mac OS X/x86. Эта система может не допускать такого доступа. В таком случае, со временем должен появится драйвер наподобие io.dll.

Сравнение параллельного и последовательного протоколов

Устройства ISA, PCI и Параллельный Порт взаимодействуют с компьютером посредством параллельного протокола. Последовательный порт и устройства USB используют последовательный протокол. Поскольку процессор и, соответственно, языки програмирования работают с параллельным доступом к данным, работу с таким протоколом легче реализовать на стороне программного обеспечения. Например, когда Вы обращаетесь к целочисленной переменной, Вы можете получить ее значение при помощи одной комманды. В то же время, при использовании последовательного протокола, Вы можете узнать только один бит в каждый момент времени, и Вам будет необходимо соединить все биты вместе для получения значения.

Последовательное соединение тяжело реализовать напрямую, но может быть реализовано посредством специальных компонент. Реализация последовательного протокола также сложна и на стороне аппаратного обеспечения - для этой цели используются специализированные интегральные схемы и микроконтроллеры.

Краткое сравнение протоколов:

Скорость Сложность аппаратной реализации
Последовательный порт Очень низкая (< E5 бит/с) Средняя
Параллельный порт Низкая (~ E6 бит/с) Низкая
Устройство ISA Средняя (~ E7 бит/с) Средняя
USB Средняя (~ E7 бит/с) Высокая
Устройство PCI Очень высокая (> E9 бит/с) Очень высокая

Параллельное соединение

Использование inpout32.dll в ОС Windows

Существуют различные пути доступа к аппаратному обеспечению в Windows 9x и NT. В 9x (95, 98, Me) программа может обращаться к аппаратному обеспечению напрямую, как и в DOS. В NT (Windows NT и XP) такой доступ невозможен. Архитектурой NT подразумевается что взаимодействие с аппаратными портами должно производиться через драйвер устройстав. Этот подход реализован из соображений безопасности, однако разработка драйвера может стоить слишком больших денег и времени для небольших проектов.

К счастью, существует библиотека, решающую данную проблему. В случае, если обнаружена Windows NT, она извлекает и устанавливает в систему драйвер устройства HWInterface.sys. В случае Windows 9x она просто использует ассемблер для доступа к оборудованию.

Но как использовать эту библиотеку? Очень просто! Она содержит только двее функции: Inp32 и Out32, назначение которых интуитивно понятно.

Мы загрузим библиотеку динамически, поэтому сначала определим обе функции:

 type
   TInp32 = function(Address: SmallInt): SmallInt; stdcall;
   TOut32 = procedure(Address: SmallInt; Data: SmallInt); stdcall;
  • Address является адресом порта, к которому необходимо получить доступ
  • Out32 отправляет данные Data в порту, указанный параметром Address
  • Inp32 возвращает байт из порта, указанного параметром Address

Теперь можно загружать библиотеку. Это можно реализовать, например в методе OnCreate главной формы программы:

 type
   TMyForm = class(TForm)
   .........
   private
     { private declarations }
     Inpout32: THandle;
     Inp32: TInp32;
     Out32: TOut32;
   .........
 implementation
   .........
 procedure TMyForm.FormCreate(Sender: TObject);
 begin
 {$IFDEF WIN32}
   Inpout32 := LoadLibrary('inpout32.dll');
   if (Inpout32 <> 0) then
   begin
     // обычное @Inp32 = GetProc... как в Delphi приводит к ошибкам компиляции
     Inp32 := TInp32(GetProcAddress(Inpout32, 'Inp32'));
     if (@Inp32 = nil) then Caption := 'Error';
     Out32 := TOut32(GetProcAddress(Inpout32, 'Out32'));
     if (@Out32 = nil) then Caption := 'Error';
   end
   else Caption := 'Error';
 {$ENDIF}
 end;

Если Вы загрузили библиотеку в методе OnCreate, не забудьте выгрузить ее в методе OnDestroy:

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

Пример использования функции Inp32:

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

Код был проверен с собственным устройством ISA на порте $0220, используя Lazarus 0.9.10 в ОС Windows XP. Вам потребуется подключить модуль Windows в разделе uses для запуска приложения. Для развертывания Вам потребуется библиотека "inpout32.dll" в одном каталоге с приложением.

Домашняя страница приложения: www.logix4u.net/inpout32.htm *См. обсуждение*

Использование ассемблера в ОС Windows 9x

В Windows 9x Вы также можете использовать код на ассемблере. Например, Вы хотите записать значение $CC в порт $320. Вот как будет выглядеть код:

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

Проблемы в ОС Windows

Одна из возможных проблем, возникающих при использовании доступа к параллельным устройствам не поддерживающим Plug And Play, заключается в том, что Windows может присвоить порт, используемый Вашим оборудованием другому устройству. Инструкции, как заставить Windows не присваивать адрес вашего устройства устройствам Plug And Play можно найти по ссылке ниже:

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

Использование ioperm для доступа к портам в Linux

Наилучшим способом доступа к аппаратуре в Linux является использование драйверов устройств, но, всвязи со сложностью создания драйвера, иногда может быть полезен быстрый способ.

Для использования модуля "ports" в Linux, программа должна быть запущена от имени пользователя root и должен быть вызван IOPerm для установки разрешений для доступа к порту. Вы можете найти документацию по модулю "ports" здесь.

Первое, что необходимо сделать, это соединиться с (g)libc и вызвать IOPerm. Модуль, позволяющий соединиться с (g)libc существует в free pascal, но этот модуль создает проблемы при использовании напрямую из приложения и статическом подключении библиотеки (g)libc. Это не очень хорошее решение, поскольку она часто изменяется от версии к версии несовместимым образом. Однако такие функции как ioperm, вряд ли будут изменяться.

 {$IFDEF Linux}
 function ioperm(from: Cardinal; num: Cardinal; turn_on: Integer): Integer; cdecl; external 'libc';
 {$ENDIF}
  • "from" обозначает первый порт, к которому будет осуществлен доступ.
  • "num" означает количество портов, идущих после первого, к которым будет осуществлен доступ; таким образом ioperm($220, 8, 1) разрешает доступ из программы ко всем портам в диапазоне от $220 до $227.

После вызова IOPerm Вы можете использовать port[<Адрес>] для доступа к портам.

 {$IFDEF Linux}
   i := ioperm($220, 8, 1);
   port[$220] := $00;
   myLabel.Caption := 'ioperm: ' + IntToStr(i);
   i := Integer(port[$220]);
   myOtherLabel.Caption := 'response: ' + IntToStr(i);
 {$ENDIF}

Этот код был тестирован на собственном устройстве ISA на порте $0220, используя Lazarus 0.9.10 на Mandriva Linux 2005 и Damn Small Linux 1.5

Общий аппаратный доступ в ОС 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}


Замечание FPC предоставляет абстракцию ioperm, названную "fpioperm" в модуле x86, и также определяет функции out и inport. Эти функции в настоящее время реализованы для ОС Linux/x86 и FreeBSD/x86.

Не рекомендуется подключение к libc кроме крайней необходимости всвязи с функциями развертывания и совместимости. Также, ручное подключение libc (объявляя специальные функции libc, доступные в других местах), как сделано выше не рекомендуется (например в ОС, где стандартная библиотека C назывется не libc, как, например, libroot в BeOS).

Замечание 2 Использование _модуля_ libc не рекомендуется ни при каких обстоятельствах, кроме как для совместимости с Kylix. Это вызвано тем, что модуль относительно непереносимый и должен быть модифицирован как можно меньше в связи с вопросам совместимости с Kylix.

Последовательное соединение

Раздел Внешние ссылки содержит руководства по последовательным портам для UNIX и Windows.

USB

libusb

Кросплатформенная реализация для Linux, BSDs и Mac OS X: libusb.

Заголовки перечислены на http://www.freepascal.org/contrib/db.php3?category=Miscellaneous:

название автор версия дата ссылка отметки
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 ссылка для загрузки не работает

FTDI

Если вы используете микросехему от FTDI, Вы можете использовать паскалевские заголовки для их интерфейсной dll.

Внешние ссылки

Сравнение скорости коммуникационных протоколов:

  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

Ссылки по последовательному протоколу:

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

Цифровой осцилоскоп ISA - Пример аппаратного доступа с исходными текстами:

[2]