Search
prgsem-main.Linux
linux-vdso.so.1 libpthread.so.0 libdl.so.2 librt.so.1 libc.so.6 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
Na řešení staticky linkované a přenositelné aplikace pracujeme. Pokud se zadaří aktualizujeme. Děkujeme za pochopení.
— Jan Faigl 2018/05/16 07:26 CEST Aktualizace: Linux binární spustitelný soubor
— Jan Faigl 2018/04/26 19:15 CEST Aktualizace: Nucleo aplikace v1.0 (test aktualizace zdrojových souboru pro mbed r149 a vyšší)
— Jan Faigl 2017/05/16 05:11 AKDT Aktualizace: Oprava výpočtu RGB složek barevného obrázku.
— Jan Faigl 2017/05/16 09:43 AKDT Aktualizace: Přidána dynamicky linkovaný binárka prgsem-main.dynamic.Linux
prgsem-main.dynamic.Linux
— Jan Faigl 2017/05/23 10:43 CEST Aktualizace: Linux verze dynamicky linkovaná na systémové knihovny prgsem-main.Linux, přidání ikony aplikace a funkce pro vyprázdnění fronty zpráv grafického rozhraní.
Semestrální práce navazuje na implementaci HW 10, kterou rozšiřuje o výpočet fraktálu, který mapuje dynamický systém v části komplexní roviny do 2D obrázku. Konkrétně se jedná o výpočet Juliovy množiny, který je dán rekurzivní rovnicí: $$z_{i+1}= z_i^2 + c,$$ pro kterou vyšetřujeme, zdali pro nějaké zvolené komplexní číslo $c$ posloupnost čísel $z_i$ diverguje či nikoliv. Pro příslušný bod $z_0\in\mathbb{C}$ tak dostáváme posloupnosti hodnot $z_1, z_2, \ldots,z_n$ a říkáme, že bod $z_0$ patří do Juliovy množiny, pokud je posloupnost hodnot $z_1, z_2, \ldots,z_n$ omezená, tj. nediverguje. Test divergence posloupnosti můžeme imperativně otestovat pro zvolený počet prvků posloupnosti $n$ tak, že ověříme, že platí $|z_i|< 2$ pro $0 < i \le n$. Tedy v případě, že absolutní hodnota libovolného komplexního čísla $z_i$ z posloupnosti $z_i\in{z_1, z_n,\ldots, n}$ je větší nebo rovna 2 posloupnost diverguje a bod $z_0$ leží vně Juliovy množiny. Přesnost určení zdali $z_0\in\mathbb{C}$ patří nebo nepatří do Juliovy množiny záleží na počtu testovaných prvků posloupnosti ${z_1, z_2, \ldots, z_n}$. Pro větší hodnoty $n$ může být výpočet náročnější, hodnota ale bude přesnější. Dále můžeme využít hodnotu prvního konkrétního kroku $z_k$, $0<k\le n$, pro který není splněna podmína $|z_k|<2$ využít k obarvení odpovídajícího bodu komplexní roviny a vytvořit tak barevný obrázek Juliovy množiny např.
Uvedený obrázek odpovídá zobrazení části komplexní roviny definované intervaly mezi body $-1.6-1.1j$ a $1.6+1.1j$ na obrázek o rozměru 640$\times$480 pro $c=-0.4 +0.6j$ a $n=60$. Body patřící do Juliovy množiny jsou zobrazeny černě a body, které do množiny nepatří, jsou označeny barvou podle příslušné hodnoty $k$, při které bylo poprvé detekováno, že bod $z_0$ do množiny nepatří, tj. $|z_k|>2$ pro konkrétní $z_0$. Barva je vypočtena po složkách RGB podle
kde $t$ je podíl $k/n$, tj. číslo od 0 do 1.
Nejzajímavější části Juliovy množiny jsou tak její okraje a zmenšením části komplexní roviny, ze které vybíráme komplexní čísla $z_0$ můžeme přibližit okraj např.
Například pro obdélníkový výřez komplexní roviny definovaný body $a,b\in\mathbb{C}$ mapovaný do obrázku s rozlišením $320\times 240$ získáme:
Program na Nucleo desce počítá konkrétní část fraktálu podle zadaných parametrů, které jsou z ovládací aplikace zasílány po sériovém portu. Vlastní výpočet probíhá tak, že řídicí aplikace zašle zprávu MSG_COMPUTE, která specifikuje část výpočtu tzv. chunk ID (cid). Výchozím bodem obdélníkového výřezu pro výpočet je dán komplexním číslem $re + im j$ a počtem hodnot (sloupců) na reálné ose (z leva do prava) a počtem hodnot (řádku) na imaginární ose (zhora dolů). Krok sloupce a řádku, spolu s hodnotou komplexního čísla $c$ a počtem kroků je součástí zprávy MSG_SET_COMPUTE. Definice jednotlivých zpráv odpovídá definici složeného typu struct message v souboru message.h
MSG_COMPUTE
MSG_SET_COMPUTE
struct message
message.h
// Definition of the communication messages typedef enum { MSG_OK, // ack of the received message MSG_ERROR, // report error on the previously received command MSG_ABORT, // abort - from user button or from serial port MSG_DONE, // report the requested work has been done MSG_GET_VERSION, // request version of the firmware MSG_VERSION, // send version of the firmware as major,minor, patch level, e.g., 1.0p1 MSG_STARTUP, // init message (id, up to 9 bytes long string, cksum) MSG_SET_COMPUTE, // set computation parameters MSG_COMPUTE, // request computation of a batch of tasks (chunk_id, nbr_tasks) MSG_COMPUTE_DATA, // computed result (chunk_id, result) MSG_NBR } message_type; #define STARTUP_MSG_LEN 9 typedef struct { uint8_t major; uint8_t minor; uint8_t patch; } msg_version; typedef struct { uint8_t message[STARTUP_MSG_LEN]; } msg_startup; typedef struct { double c_re; // re (x) part of the c constant in recursive equation double c_im; // im (y) part of the c constant in recursive equation double d_re; // increment in the x-coords double d_im; // increment in the y-coords uint8_t n; // number of iterations per each pixel } msg_set_compute; typedef struct { uint8_t cid; // chunk id double re; // start of the x-coords (real) double im; // start of the y-coords (imaginary) uint8_t n_re; // number of cells in x-coords uint8_t n_im; // number of cells in y-coords } msg_compute; typedef struct { uint8_t cid; // chunk id uint8_t i_re; // x-coords uint8_t i_im; // y-coords uint8_t iter; // number of iterations } msg_compute_data; typedef struct { uint8_t type; // message type union { msg_version version; msg_startup startup; msg_set_compute set_compute; msg_compute compute; msg_compute_data compute_data; } data; uint8_t cksum; // message command } message;
Inicializační zpráva MSG_STARTUP může být například definována jako
MSG_STARTUP
message msg = { .data.startup.message = { 'P', 'R', 'G', '-', 'S', 'E', 'M', '-', '1' } };
Výchozí hodnoty parametrů seriové komunikace jsou 8 datových bitů, 1 stop bit, žádná parita a rychlost 115200 baud (tj. 115200 bps pro přenos přes rozhraní RS-232/USB).
MSG_GET_VERSION
MSG_VERSION
MSG_ERROR
MSG_OK
MSG_COMPUTE_DATA
MSG_DONE
MSG_ABORT
V případě zaslání zprávy MSG_SET_COMPUTE nebo i MSG_COMPUTE jsou nastaveny nové hodnoty a výpočet pokračuje podle posledně zadaných hodnot. Kdykoliv (i v případě běžícího výpočtu) je možné si vyžádat verzi firmware Nuclea zasláním zprávy MSG_GET_VERSION, na kterou Nucleo promptně odpovídá MSG_VERSION.
Typický průběh komunikace mezi PC a Nucleo deskou může vypadat například následovně:
Z definice zpráv je nutné uvažovat omezený rozsah n_re a n_im zprávy MSG_SET_COMPUTE, který spolu s bajtovou reprezentací c_id udává, jak je možné organizovat výpočet a jak velké obrázky (rozlišení) je možné aplikací počítat. Dále je omezen počet kroků $n$ v rozsahu 8-mi bitového celého kladného čísla (typ uint8_t). Pragmaticky však nemá příliš smysl výpočet pro hodnoty $n$ vyšší než 200.
n_re
n_im
c_id
uint8_t
Implementaci Nucleo aplikace lze přímo založit na řešení HW 10, která bude rozšířena o reakci na zprávu MSG_SET_COMPUTE a MSG_COMPUTE spolu s funkcí pro výpočet části fraktálu pro jednoduchost v základní implementaci realizované jako posloupnost dílčích výpočtů jednotlivých pixelů, které jsou po jednom odesílány zprávami MSG_COMPUTE_DATA.
Implementaci ovládací aplikace lze také založit na řešení HW 10, která vyčítá hodnoty stiknutých kláves a příslušně reaguje. Výpis stavu aplikace lze jednoduše realizovat textovým výpisem (pro základní implementací semestrální práce). Způsob ovládání není striktně předepsán a záleží na invenci řešení. Může například reagovat na stisk následujících kláves:
return EXIT_SUCCESS;
V průběhu běhu aplikce může program vypisovat dílčí stavy a události na standardní (chybový) výstup s nějakým jednoduchým rozlišením kategorie typu výpisu např. INFO, DEBUG, WARN, ERROR:
INFO
DEBUG
WARN
ERROR
"ERROR: Cannot open serial port %s\n", serial "INFO: Create thread '%s' %s\n", threads_names[i], ( r == 0 ? "OK" : "FAIL") "INFO: Get version requested\n" "INFO: Set new computation resolution %dx%d no. of chunks: %d\n", ... "WARN: New computation parameters requested but it is discarded due to on ongoing computation\n" "INFO: Set new computation resolution %dx%d no. of chunks: %d\n", .. "INFO: New computation chunk id: %d for part %d x %d\n", msg.data.compute.cid, msg.data.compute.n_re, msg.data.compute.n_im "WARN: New computation requested but it is discarded due on ongoing computation\n" "INFO: Chunk reset request\n" "WARN: Chunk reset request discarded, it is currently computing\n" "WARN: Abort requested but it is not computing\n" "WARN: received grid results is out of range of the current grid" "ERROR: send_message() does not send all bytes of the message!\n" "INFO: Nucleo restarted - '%s'\n", str "INFO: Receive ok from Nucleo\n" "INFO: Nucleo firmware ver. %d.%d-p%d\n", msg->data.version.major, msg->data.version.minor, msg->data.version.patch "INFO: Nucleo firmware ver. %d.%d\n", msg->data.version.major, msg->data.version.minor "WARN: Receive error from Nucleo\n" "INFO: Abort from Nucleo\n" "DEBUG: received results %d\n", computation.grid[idx] "WARN: received grid results is out of range of the current grid" "WARN: received compute data has cid %d which is different from cid %d - cannot align data to the grid properly\x0a", msg->data.compute_data.cid, computation.cid "WARN: Nucleo sends new data without computing \n" "INFO: Nucleo reports the computation is done computing: %d\n", computation.computing "INFO: Prepare new chunk of data cid: %d\n", msg_send.data.compute.cid "ERROR: send_message() does not send all bytes of the message!\n" "INFO: Call join to the thread %s\n", threads_names[i] "INFO: Joining the thread %s has been %s\n", threads_names[i], (r == 0 ? "OK" : "FAIL") "INFO: Exit input thead %p\n", pthread_self() "ERROR: Unknown message type has been received 0x%x\n - '%c'", c, c "ERROR: Cannot parse message type %d\n", msg_buf[0] "WARN: the packet has not been received discard what has been read\n" "ERROR: Cannot receive data from the serial port\n" "INFO: Exit serial_rx_thread %p\n", pthread_self() "DEBUG: Write message: "
Vlastní zobrazení fraktálu lze realizovat s využitím knihovny SDL a pro jednoduchost například s využitím modulu xwin_sdl.zip, který obsahuje pouze tři funkce:
int xwin_init(int w, int h);
void xwin_close();
void xwin_redraw(int w, int h, unsigned char *img);
img
void xwin_poll_events(void);
S ohledem na rychlost komunikace je doporučeno v základní implementaci počítat pouze malý obrázek, např. $320\times 240$, pro který může vedle terminálového vstupu okno aplikace vypadat například
Knihovnu SDL je doporučeno použít ve verzi 2, tj. např. sdl2-2.0.5 a potřebné adresáře s hlavičkovými soubory a knihovnami pro linkování přidat prostřednictvím nástroje sdl2-config např. přidat do Makefile:
sdl2-config
Makefile
CFLAGS+=$(shell sdl2-config --cflags) LDFLAGS+=$(shell sdl2-config --libs)
Hodnocení implementace obou částí zadání semestrální práce je složeno ze tří kategorií funkcionalit: základních, dodatečných (extra) a bonusových. Všechny zdrojové kódy je nutné nahrát do odevzdávacího systému BRUTE a to nejpozději k termínu odevzdání. Funkčnost aplikace bude hodnocena na základě uploadovaných souborů. Kromě vlastních funkcionalit je součástí hodnocení také prokázání orientace v kódu. Hodnocení bude provedeno dle časových dispozic hodnotitele a autora/ky semestrální práce, což by ideálně mělo proběhnout v průběhu semestru, nejpozději v posledním výukovém týdnu semestru. Dle časových a prostorových dispozic může dojít k vlastnímu hodnocení až v průběhu zkouškového, proto je pro termín odevzdání rozhodující datum uploadu všech souborů do odevzdávacího systému.
Zvláště hodnocené funkcionality podstatným způsobem rozšiřují možnosti aplikace a uživatelského komfortu. Níže uvedený výčet je indikativní spolu s možným bodovým ziskem a představuje vodítko jakým směrem lze aplikaci rozšířit s využitím funkcí a knihoven, které jsou nutné pro realizaci základní verze aplikace.
// Definice zprávy ''MSG_COMPUTE_DATA_BURST'' může například vypadat typedef struct { uint8_t chunk_id; uint16_t length; // number of pixels in the data message uint8_t *iters; // pointer to the array of the compute number of iterations // particular values of the array are transmitted; thus, // marshaling and unmarshaling have to be properly handled // together with the proper memory managing } msg_compute_data_burst;
MSG_SET_BAUD_RATE
Maximální počet bodů za povedené dodatečné funkcionality může hodnotitel v odůvodněných případech navýšit v rámci bonusových funkcionalit.
Bonusové funkcionality představují významné rozšíření aplikace, které vyžaduje využití dodatečných knihoven nebo mnohem náročnější implementaci a testování než v případě zvláště hodnocených (extra) funkcionalit. Možnostem rozšíření se omezení nekladou, je však nutné zvolit vhodný kompromis mezi nápadem na rozšíření a jeho odpovídající implementací a otestováním, tj. zajímavé nápady, které se nepodaří implementovat a dostatečně otestovat pro uspokojivou uživatelskou zkušenost s aplikací nebudou ohodnoceny tak jako méně ambiciozní, ale za to propracovanější rozšíření.
Příklady možných rozšíření o bonusové funkcionality mohou být:
SDL_Event
TTF_RenderText_Solid