Hardware Access/ru

From Free Pascal wiki
Jump to navigationJump to search
The printable version is no longer supported and may have rendering errors. Please update your browser bookmarks and please use the default browser print function instead.

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 macOS/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 macOS: 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]