Hardware Access/pt

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Visão Geral

Está página é o inicio de um tutorial sobre acesso a dispositivos de hardware no Lazarus. Estes dispositivos incluem, mas não se limitam a: Placas ISA e PCI, as portas paralela e serial e USB.

Acessar o hardware de uma maneira completamente multi-plataforma não é implementada pela biblioteca RunTime do Free Pascal ou pela LCL, assim este tutorial cobre métodos diferentes para diferentes plataformas. O código pode ser compilado em ambientes diferentes utilizando compilação condicional. Abaixo segue um exemplo disso: 

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

Não se sabe ainda, até esse momento, se Mac OS x/x86 permitirá acesso HW. Ele pode não permitir isso, embora eu assuma neste caso , em tempo, que drivers como io.dll aparecerão.

Comparação entre Paralelo e Serial

Placas ISA, Placas PCI e a Porta Paralela comunicam-se com o computador utilizando um protocolo de comunição paralela. A Porta Serial e dispositivos USB trabalham com um protocolo serial. Como o processando e, consequentemente, as linguagens de programação trabalham com uma abordagem paralela aos dados, esse tipo de acesso é mais fácil de ser implementado no lado do software. Ao acessar uma variável do tipo inteiro, por exemplo, você pode acessar seu conteúdo inteiro com um único comando. Com o protocolo serial apenas um bit é enviado de cada vez e é preciso juntá-los para depois poder compreender os dados.

A Comunicação serial é difícil de ser implementada diretamente, mas pode ser muito fácil se utilizarmos um componente pronto. Ela também é mais difícil no lado do hardware, logo muitos dispositivos utilizam Circuitos Integrados especialmente desenvolvidos ou até microcontroladores para implementar o protocolo serial.

Agora uma breve comparação dos protocolos de comunicação:

Velocidade Dificuldade de implementação do hardware
Porta Serial Muito lenta (< E5 bit/s) Média
Porta Paralela Lenta (~ E6 bit/s) Fácil
Placa ISA Média (~ E7 bit/s) Média
USB Média (~ E7 bit/s) Difícil
Placa PCI Muito Rápida (> E9 bit/s) Muito difícil

Comunicação Paralela

Utilizando a inpout32.dll para Windows

O Windows tem diferentes formas para acessar dispositivos de hardware na série 9x e na série NT. A série 9x (95, 98, Me) os programas podem acessar as portas diretamente, da mesma maneira que era feito no DOS. A série NT, porém, não permite isto e todos acesso as portas devem ser feitos através de Dispositivos Drivers. Isto é um mecanismo de segurança, mas pode complicar o desenvolvimento de aplicativos pequenos que apenas precisam acessar uma determinada porta.

Felizmente existe uma biblioteca que carrega dentro de si um driver. Quando ela é chamada para acessar uma determinada porta ela detecta se o Windows em operação é da série NT e, em caso afirmativo, descomprime o driver Hwinterface.sys e o instala no kernel. Se a série 9x for detectada ele simplesmente utiliza instruções de assembler para acessar o hardware.

Mas como utilizar a biblioteca? Simples! Ela possuí apenas duas funções, Inp32 e Out32, e seu uso é bastante intuitivo.

Nós estaremos carregando a biblioteca dinamicamente, então é bom definir as funções antes: 

 type
   TInp32 = function(Address: ShortInt): ShortInt; stdcall;
   TOut32 = procedure(Address: ShortInt; Data: ShortInt); stdcall;
  • Address representa o endereço da porta a ser acessada.
  • Out32 envida Dados para a porta.
  • Inp32 returna um byte da porta no Address.

Agora podemos carregar a biblioteca. Isto pode ser implementado num lugar como o evento OnCreate do seu formulário principal: 

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

Se você carregar a biblioteca no evento OnCreate não esqueça de descarrega-la no evento OnDestroy: 

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

Aqui está um exemplo de uso da função Inp32: 

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

Este código foi testado com uma placa ISA própria na porta$0220, utilizando o Lazarus 0.9.10 no Windows XP. Obviamente é necessário possuir a unidade Windows na cláusula "uses" para que este código possa funcionar. Para distribuir um aplicativo que utilize a biblioteca você precisa apenas incluir a "inpout32.dll" no mesmo diretório do executável.

Está é a página principal da biblioteca: www.logix4u.net/inpout32.htm

Usando assembler no Windows 9x

No Windows 9x você pode também utilizar código assembler. Supondo que você deseja escrever em $CC para a portal $320. O seguinte código fará isso: 

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

Troubleshooting no Windows

Uma possível fonte de confusão usando hardware paralelo que não suporta Plug and Play no Windows é que o Windows pode associar a porta utilizada pelo seu hardware para outro dispositivo. Você pode procurar instruções na URL a seguir sobre como falar para o Windows não associar o endereço de seu dispositivo para dispositivos Plug And Play:

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

Utilizando ioperm para acessar portas no Linux

A melhor maneira de acessar dispositivos de hardware no Linux é através de drivers, mas, devido a complexidade envolvida na criação de um, às vezes um método mais simples é muito útil.

Para utilizar a unidade "ports" no Linux, seu programa deve ser executado como super-usuário (ex: root) e a função IOPerm deve ser chamada para definir as permissões de acesso as portas. Você pode encontrar documentação sobre a unidade "ports" aqui.

A primeira coisa a ser feita é estabelecer um vínculo com o (g)libc e chamar a função IOPerm. Uma unidade que estabelece vínculos para todo o (g)libc existe no Free Pascal, mas ela causa problemas quando é utilizada diretamente pela aplicação e vinculação estática, além do que não é uma boa idéia porque ela mudança frequentemente entre versões em uma incompatível maneira. Funções como ioperm, entretanto, são improváveis de serem modificadas. 

 {$IFDEF Linux}
 function ioperm(from: Cardinal; num: Cardinal; turn_on: Integer): Integer; cdecl; external 'libc';
 {$ENDIF}
  • "from" representa a primeira porta a ser acessada.
  • "num" é o número de portas após a primeira a serem acessadas, assim ioperm($220, 8, 1) dará ao programa acesso a todos portas entre e incluindo $220 e $227.

Após vincular OIPerm você pode utilizar port[<Endereço>] para acessar as portas. 

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

Este código for testado com uma placa ISA própria na porta $0220, utilizando o Lazarus 0.9.10 no Mandriva Linux 2005 e no Damn Small Linux 1.5.

Acesso geral ao Hardware UNIX

{$IFDEF Unix}
Uses Clib;   // recupera o nome da biblioteca libc.
{$ENDIF}

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


Nota Note que o FPC fornece uma abstração para ioperm chamada "fpioperm" na unit x86, e também define funções out e inport. Essas funções atualmente são implementadas por Linux/x86 e FreeBSD/x86.

Não é recomendado vincular libc a menos que seja absolutamente necessário para possibilitar o desenvolvimento e portabilidades das funções. Também a vinculação manual da libc (declarando importações pontuais libc para funções que estão disponíveis noutros países) como feito anteriormente não é recomendado (ex: a importação libc na linha acima irá falhar se, desnecessariamente, o padrão lib C não é chamado libc, como por exemplo libroot no BeOS, ou em plataformas com simbolos não-padrão C estragados).

Nota 2 Usar _unit_ libc não é recomendado sob quaisquer outras cirscunstâncias do que a compatibilidade com Kylix. Isso porque a unit é relativamente não-portável (garanta a exposição das estruturas e outros símbolos privados) e deve ser modificada tão pouco quanto possível fora das questões de compatibilidades com Kylix.

Comunicação Serial

A seção de Links Externos tem tutoriais de portas seriais UNIX e Windows.

USB

libusb

Uma possibilidade multi-plataforma para Linux, BSDs e Mac OS X é a libusb.

Os cabeçalhos estão listado em http://www.freepascal.org/contrib/db.php3?category=Miscellaneous:

nome autor versão data link comentários
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 link download quebrado

FTDI

Se você usa um dos chips da FTDI, você pode os cabeçalhos pascal da sua interface de dll para o chip.

Links Externos

Comparação de velocidade de Protocolos de Comunicação

  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

Links de Comunicação Serial:

  1. Em UNIX: [1]
  2. Em 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. Pacote Delphi Comport: http://sourceforge.net/projects/comport/

ISA Digital Oscilloscope - Um exemplo de acesso ao hardware com fonte completo incluso:

[2]

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