Cílem úlohy je rozvést zkušenosti s využitím pojmenované roury pro komunikaci aplikace v počítači s poskytnutým Modulem a s prací s více vlákny pro zpracování více zdrojů událostí.

Implementujete více-vláknový program, který bude komunikovat s programem generujícím signál (sigen) prostřednictvím pojmenované roury, ovládat generování signálu (nastavovat parametry) a vyčítat generovaný signál, který zobrazí v grafickém okně s využitím přiložené knihovny xwin_otk_plot založené na grafické knihovně otk_lib. Komunikační protokol probíhá prostřednictvím zpráv definovaných v přiložených souborech messages.h a messages.c, které obsahují funkce pro marshaling a unmarshaling struktur zpráv do/z pole bajtů.

Od programu se očekává následující funkcionalita:

• Program využívá samostatná vlákna pro zpracování vstupu z klavesnice, čtení zpráv z generátoru sigen (pojmenovaná roura) a hlavní vlákna.
• K synchronizace můžete využít přiloženou implementaci fronty zpráv event_queue.h a event_queue.c.
• Program nastavuje generátor a spouští generování signálu, který zobrazuje prostřednictvím přiložené knihovny funkcí xwin_set_plot() a xwin_redraw_plot().
• Nastavuje parametry generátoru EKG (ECG) signálu heart_rate_mean, low_frequency, high_frequency a low_high_frequency_ratio, například klávesami '1' až '8' a to v rozsahu definovaném v message.h.
• Na stisk klávesy g reaguje zasláním zprávy MSG_GET_VERSION a následně zobrazí odpověď.
• Na stisk klávesy s reaguje zasláním zprávy MSG_SET_SIGNAL s aktuálním nastavením generátoru signálu.
• Na stisk klávesy r reaguje zasláním požadavku na generování signálu MSG_SIGNAL, který následně přijme a zobrazí v grafu. Signál je zaslán v jedné nebo několika zprávách o maximální delce 128 hodnot.
• Přijem signálu je možné přerušit stiskem klávesy a.
• Na stisk klávesy c reaguje smazáním grafu.
• Program je korektně ukončen po stisku klávesy q.
• Úkol: Implementujte generování, příjem a zobrazení několika signálu (vícenásobné zaslání MSG_SIGNAL) ideálně každý s jiným nastavením. Program bude po stisku klávesy b automaticky komunikovat s generátorem, spouštět genrování signálu a nastavovat jeho parametry. Generování je možné kdykoliv přerušit stiskem klávesy a (abort).

Ovladací aplikace sigen je více-vláknovým program, který reaguje na stisk kláves, vstup z pojmenované roury a zapisuje do pojmenované roury. Program má dva volitelné argumenty, kterými jsou pojmenovaná roura vstupu a pojmenovaná roura výstupu. Výchozí hodnoty odpovídají volání:

./sigen /tmp/sigen.in /tmp/sigen.out

Po spouštení program zasílá (zapisuje do výstupní pojmenované roury) zprávu MSG_STARTUP, která obsahuje textovou zprávu “PRG-SIGEN”. Program reaguje na příjem zpráv (viz komunikační protokol) a generuje signál, jehož parametry lze měnit zasláním zprávy MSG_SET_SIGNAL

Program reaguje na stisk následujících kláves

• a - ABORT - Přerušení generování (posílání signálu) a zaslání zprávy MSG_ABORT.
• r - REBOOT - Soft “restart” generátoru, zašle zprávu MSG_STARTUP podobně jako při spuštení programu.
• q - QUIT Ukončení programu.

Program sigen generuje signál dle zadaných parametrů, které jsou zasílány z ovládací aplikace zprávou MSG_SET_SIGNAL. Vlastní generování probíhá tak, že řídicí aplikace zašle zprávu MSG_SIGNAL, na kterou sigen reaguje zasláním několika zpráva MSG_SIGNAL_DATA s obsahem hodnot definující konkrétní rozsah signálu. Definice jednotlivých zpráv odpovídá definici složeného typu struct message v souboru 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_SIGNAL,      // set signal parameters 
   MSG_SIGNAL,          // request signal of a batch of tasks (chunk_id)
   MSG_SIGNAL_DATA,     // computed result (chunk_id, result) 
   MSG_NBR
} message_type;
 
 
typedef struct {
   uint8_t major;
   uint8_t minor;
   uint8_t patch;
} msg_version;
 
typedef struct {
   uint8_t message[STARTUP_MSG_LEN];
} msg_startup;
 
#define HEART_RATE_MEAN_MIN 10.0
#define HEART_RATE_MEAN_MAX 200.0
#define LOW_FREQ_MIN 0.1
#define LOW_FREQ_MAX 0.5
#define HIGH_FREQ_MIN 0.25
#define HIGH_FREQ_MAX 1.0
#define LOW_HIGH_FREQ_RATIO_MIN 0.0
#define LOW_HIGH_FREQ_RATIO_MAX 1.0
 
typedef struct {
   double heart_rate_mean; // default: 60; 10--200;
   double low_frequency; // default: 0.1; 0.1--0.5;
   double high_frequency; //default: 0.25; 0.25--1.0;
   double low_high_frequency_ratio; //default: 0.5 0-1;
} msg_set_signal;
 
typedef struct {
   uint8_t cid;  // chunk id
   uint8_t n; // actual no. of valid data values
   float values[SIGNAL_DATA_SIZE];
} msg_signal_data;
 
typedef struct {
   uint8_t type;   // message type
   uint8_t cksum; // message command
   union {
      msg_version version;
      msg_startup startup;
      msg_set_signal set_signal;
      msg_signal_data signal_data;
   } data;
} message;

Inicializační zpráva MSG_STARTUP je definována jako

message msg = { .data.startup.message =  { 'P', 'R', 'G', '-', 'S', 'I', 'G', 'E', 'N' } };

• Po startu program posílá zprávu MSG_STARTUP
• Na příjem zprávy MSG_GET_VERSION odpovídá MSG_VERSION nebo MSG_ERROR
• Na příjem zprávy MSG_SET_SIGNAL odpovídá Nucleo MSG_OK nebo MSG_ERROR (v případě, že požadované parametry jsou mimo definovaný rozsah).
• Na příjem zprávy MSG_SIGNAL odpovídá MSG_OK a zahajuje generování signálu nebo v případě chyby posílá MSG_ERROR. Generovaný signál je posílán postupně v několika zprávách MSG_SIGNAL_DATA. Po dokončení výpočtu zasílá zprávu MSG_DONE.
• Generování je možné přerušit zasláním zprávy MSG_ABORT, na kterou odpovídá MSG_OK a přeruší a ukončí aktuáně probíhající generování/zasílání signálu.
• Po přerušení posílá zprávu MSG_ABORT.
• Přerušení je možné také stiskem klávesy 'a'.

V případě zaslání zprávy MSG_SET_SIGNAL nebo i MSG_SIGNAL jsou nastaveny nové hodnoty a generování signálu pokračuje podle posledně zadaných hodnot. Kdykoliv (i v případě běžícího generování signálu) je možné si vyžádat verzi programu zasláním zprávy MSG_GET_VERSION, na kterou generátor promptně odpovídá MSG_VERSION.

Typický průběh komunikace mezi PC a Nucleo deskou může vypadat například následovně:

• sigen: MSG_STARTUP
• Prog.: MSG_GET_VERSION
• sigen: MSG_VERSION
• Prog.: MSG_SET_SIGNAL
• sigen: MSG_OK
• Prog.: MSG_SIGNAL
• sigen: MSG_OK
• sigen: MSG_COMPUTE_DATA
• sigen: MSG_COMPUTE_DATA
• sigen: MSG_COMPUTE_DATA
• sigen: MSG_COMPUTE_DATA
• …
• sigen: MSG_COMPUTE_DATA
• sigen: MSG_DONE

Doporučený postup implementace a tipy k implementaci naleznete zde Doporučení a tipy pro HW 9B

Odevzdávejte zip archiv, který bude obsahovat všechny podpůrné soubory, které jste dostali k dispozici, implementovanou logiku aplikace prga-hw9b-main.c, implementovanou frontu event_queue.c, a všechny další soubory, které využíváte.

Program pokud možno realizujte na cvičení, nahrajte do odevzdávacího systému. Funkčnost programu ověří učitel.