EV3G与原生C++程序通信实验贴

ntwuhui · 发表于 2014-3-21 23:44:13

本帖最后由 ntwuhui 于 2014-3-25 23:19 编辑

   此贴中文乐高首发，转帖者请注明出处，特此声明！
   最近研读EV3魔方机器人程序，发现其使用官方软件（图形化编程工具LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition，下面简称EV3G，G为Graphic简称）配合原生C++（mc3solver-v1p1.rtf）很好地完成了复原魔方这一复杂的工程，通信大概如此：EV3G主程序扫描的结果通过文件的形式（mc3dat.rtf）交给mc3solver程序，mc3solver.rtf将复原方法亦通过该文件将其传给主程序。
   该程序给我们提供了一个非常好的设计复杂工程的思路：主程序通过传感器进行原始数据采集以及结果的输出处理（比如合适的运动等），利用原生C++程序可以很好的完成更复杂的算法，比如复杂的搜索算法（解魔方、走迷宫等）、模式识别（声音、图形文字、人脸识别等），二者之间通过文件作为桥梁进行双向通信。
   原生C++程序天生有个缺点，无法通过EV3按钮直接选择，要想运行它，目前我只了解以下两种，一是bricxcc下面直接下载并运行，方法见这里，二是用telnet客户端软件登录进去运行，telnet又有两个办法，1是自制连接线的方法，见这里，2是通过wifi连接进去，telnet时选择IP地址即可；不过一个具体的项目以上方法都不太妥当，魔方机器人给我们提供了另一种运行原生C++程序的方法。
   首先要把刷成自制固件1.05M版，为什么呢？我的想法是这样的：当我们运行主程序时，1.05M版会自动调用autoruan.rtf程序，而autorun.rtf本质是一个脚本程序，内容如下：

#!/bin/sh
if [ -x mc3solver-v1p1.rtf ]
then
./mc3solver-v1p1.rtf &
fi

复制代码

   不难读懂意思：如果文件mc3solver-v1p1.rtf是可执行的文件，那么就执行它。
      这样该程序就可以作为后台程序一直运行，等待与主程序通信。
      通过多次反复开机重启实验，终于弄明白上述脚本程序是在ev3开机后自动运行，并非是调用主程序时运行，这也是为什么魔方机器人把mc3solver.rtf导入进去以后需要重启的原因。

ntwuhui · 发表于 2014-3-21 23:44:59

实验准备：
硬件：
1、EV3套装（家庭版或者教育版，刷新固件至1.05M）
2、WIFI适配器（NetGear WNA1100 USB WIFI dongle）
3、USB连接线（内置于EV3套装）
软件：
1、EV3官方软件（家庭版或者教育版均可）
2、Bricxcc（环境搭建步骤见这里：http://bbs.cmnxt.com/thread-13374-1-1.html）

ntwuhui · 发表于 2014-3-21 23:45:50

本帖最后由 ntwuhui 于 2014-3-22 17:10 编辑

知识准备：
由于通过使用文件进行通信，必然需要用到文件的读写操作，翻阅相关资料得知基于ARM的EV3固件采用POSIX（Portable Operating System Interface，可移植操作系统接口），通过度娘找到如下资料。POSIX 文件操作，其中关于文件读写操作如下：
1、打开文件Open
表头文件：

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

复制代码

函数定义：

int open( const char * pathname, int flags);
int open( const char * pathname,int flags, mode_t mode);

复制代码

参数说明：
   Pathname：指向欲打开的文件路径字符串
   flags：打开文件的方式（节选）
   O_RDONLY: 以只读方式打开文件
   O_WRONLY: 以只写方式打开文件
   O_RDWR: 以可读写方式打开文件。
   上述三种标志是互斥的，也就是不可同时使用，但可与下列标志利用OR(|)运算符组合。
   O_CREAT：若文件不存在则自动建立该文件。
   O_TRUNC：若文件存在并且以可写的方式打开时，此标志会令文件长度清为0，而原来存于该文件的资料也会消失。
   O_APPEND：当读写文件时会从文件尾开始移动，也就是所写入的数据会以附加的方式加入到文件后面。

   mode：在建立新文件时才会生效，此外真正建文件时的权限会受到umask值所影响，因此该文件权限应该为（mode-umaks）。
   S_IRWXU00700 权限：代表该文件所有者具有可读、可写及可执行的权限。
   S_IRUSR 或S_IREAD，00400权限：代表该文件所有者具有可读取的权限。
   S_IWUSR 或S_IWRITE，00200 权限：代表该文件所有者具有可写入的权限。
   S_IXUSR 或S_IEXEC，00100 权限：代表该文件所有者具有可执行的权限。

   返回值：  若所有欲核查的权限都通过了检查则返回0 值，表示成功，只要有一个权限被禁止则返回-1。
2、建立文件Create
表头文件：

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

复制代码

函数定义：

int creat(const char * pathname, mode_tmode);

复制代码

函数说明：参数pathname指向欲建立的文件路径字符串。关于参数mode请参考open（）函数。Creat()相当于使用下列的调用方式调用open()

open(const char * pathname ,(O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC));

复制代码

3、关闭文件close
表头文件：

#include<unistd.h>

复制代码

函数定义：

int close(int fd);

复制代码

函数说明：当使用完文件后若已不再需要则可使用close()关闭该文件，close()会让数据写回磁盘，并释放该文件所占用的资源。参数fd为先前由open()或creat()所返回的文件描述词。
返回值：若文件顺利关闭则返回0，发生错误时返回-1。
4、读文件read
表头文件：

#include<unistd.h>

复制代码

函数定义：

ssize_t read(int fd,void * buf ,size_t count);

复制代码

函数说明：read()会把参数fd 所指的文件传送count个字节到buf指针所指的内存中。若参数count为0，则read()不会有作用并返回0。返回值为实际读取到的字节数，如果返回0，表示已到达文件尾或是无可读取的数据，此外文件读写位置会随读取到的字节移动。
返回值：如果顺利，read()会返回实际读到的字节数，最好能将返回值与参数count 作比较，若返回的字节数比要求读取的字节数少，则有可能读到了文件尾、从管道(pipe)或终端机读取，或者是read()被信号中断了读取动作。当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中，而文件读写位置则无法预期。
5、写文件write
表头文件：

#include<unistd.h>

复制代码

函数定义：

ssize_t write (int fd,const void * buf,size_t count);

复制代码

函数说明：write()会把参数buf所指的内存写入count个字节到参数fd所指的文件内。当然，文件读写位置也会随之移动。
返回值：如果顺利，write()会返回实际写入的字节数。当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中。

ntwuhui · 发表于 2014-3-21 23:46:20

本帖最后由 ntwuhui 于 2014-4-1 15:01 编辑

实验一： EV3G到C++

1、传递文本
Step1：EV3G端的文件读写
项目文件名：test1.ev3p
包括两个程序：WriteFile、ReadFile
WriteFile内容如下：

ReadFile内容如下：

程序下载到EV3内，执行前显示效果：

选中WriteFile并运行，效果如下：

执行完毕，会增加文件Hello（这里区分大小写）

执行ReadFile检验一下：

读取成功！
打开Bricxcc, 依次单击菜单Tool、Explorer

双击打开test1文件夹：

这里可以很清晰的看到由EV3G生成的文件会自动加上扩展名rtf，Hello的完整名称为Hello.rtf；右击该文件，选择View，会显示内容如下：

00000 48 65 6C 6C 6F 0D 45 56 33 0D Hello.EV3.

复制代码

这里不难发现，EV3G程序在发送多个文本时会在文本末尾加上换行符0D，对应字符'\r'，在编写C++程序时需要特别注意这一点。

Step2：编写C++程序并编译下载到EV3
在bricxcc中编写程序如下：

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
int main()
{
int i=0,fd,size;
char buffer[10];
fd=open("Hello.rtf",O_RDONLY);
size=read(fd,buffer,sizeof(buffer));
close(fd);
if (size){
printf("Open file success!\nRead %d bytes data\n\n",size);
for (i=0;i<size;i++)
if (buffer[i]=='\r') buffer[i] = '\n';
printf("%s",buffer);
}
else
printf("open file error!\n");
return 0;
}

复制代码

程序不多解释，其中为了正常显示，将换行符'\r'替换为回车符'\n'。保存后单击菜单Compile下面的Compile及Download；bricxcc会自动将程序下载到EV3，用上面类似的方法可以了解到readfile程序位于prjs文件夹下.
Step3 : 登陆EV3，运行C++程序
打开Putty，填入EV3正确的IP地址后，选择连接方式为Telnet

单击Open打开，输入账号root（密码为空）即可登陆EV3

这里用到几个常见命令：
cd 改变当前位置 ls 查看文件（夹）列表 cp 复制文件执行程序为 ./readfile
操作说明：
1、转到文件夹prjs（bricxcc默认编译下载位置）：cd lms2012/prjs
2、显示文件夹prjs内容：ls
3、复制文件readfile到文件夹test1内：cp readfile test1/readfile
4、执行readfile: ./readfile
至此实验成功！
若在代码中加入头文件：

#include "D:\BricxCC\API\ev3_lcd.h"
#include "D:\BricxCC\API\ev3_command.h"

复制代码

以及在代码 printf("%s",buffer); 之后增加

LcdInit();
LcdText(1,0,0,buffer);
Wait(SEC_1);
LcdExit();

复制代码

运行上述命令（./readfile）,EV3屏幕上会同时显示如下

2、传递数字
Step1：EV3G端的文件读写
项目文件名：test2.ev3p
包括两个程序：WriteFile、ReadFile
WriteFile内容如下：

ReadFile内容如下：

程序下载到EV3，选中WriteFile并运行，效果如下：

这里“Write Num ”这一行后面的数字会从1依次递增到10。
执行完毕，此程序会将1-10写入文件文件Number.rtf, 执行ReadFile检验一下：

读取成功！文件Number.rtf内容如下：

00000 31 0D 32 0D 33 0D 34 0D 35 0D 36 0D 37 0D 38 0D 1.2.3.4.5.6.7.8.
00010 39 0D 31 30 0D 9.10.

复制代码

可见数字与文本存储格式相同，数与数用换行符'\r'隔开

Step2：编写C++程序并编译下载到EV3
在bricxcc中编写程序如下：

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include "D:\BricxCC\API\ev3_lcd.h"
#include "D:\BricxCC\API\ev3_command.h"
int main()
{
int i,j,t,fd,size;
char buffer[21];
int num[10];
fd=open("Number.rtf",O_RDONLY);
size=read(fd,buffer,sizeof(buffer));
close(fd);
if (size){
printf("Open file success!\nRead %d bytes data\n\n",size);
j=0; t=0;
for (i=0;i<size;i++){
if (buffer[i]=='\r'){
num[j]=t;
printf("%d ",num[j]);
j++;
t=0;
} else
t=t*10+(buffer[i]-'0');
}
printf("\n");
LcdInit();
LcdText(1,0,0,buffer);
Wait(SEC_1);
LcdExit();
} else
printf("open file error!\n");
printf("\n");
return 0;
}

复制代码

程序说明：这里我仍然采用字符格式读取文件，读入成功后利用换行符逐一将字符转换为数字，（PS：应该有更简单的办法，暂时不清楚怎么弄）
编译下载到EV3。
Step3 : 登陆EV3，运行C++程序
用Putty登陆到EV3执行如下：

EV3屏幕上会同时显示如下

小结：由EV3G生成的文件会自动在文件名后增加扩展名rtf，不管是写入文本还是数字，一次写入后均会使用换行符'\r'（16进制：0D）结束；C++程序可以利用这一字符进行数据的分析与读取。

ntwuhui · 发表于 2014-3-21 23:46:43

本帖最后由 ntwuhui 于 2014-4-13 12:29 编辑

实验二：C++到EV3G的通信
本过程可简单的理解为是实验一的反向过程（C++：写入文件，EV3G：读取文件）
1、传递文本
Step1：编写C++程序生成目标文件
程序如下：

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
int fd,size;
char buffer[]="Hello\rEV3\r";
fd=open("Hello.rtf",O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT);
size=write(fd,buffer,10);
close(fd);
if (size)
printf("Write file success!\nWrite %d bytes data\n\n",size);
else
printf("Write file error!\n");
return 0;
}

复制代码

执行后生成符合EV3G能够读取的格式文件Hello.rtf
Step2：EV3G端的文件读取
这个过程就简单了，直接使用实验一test1.ev3p中的ReadFile程序即可，程序运行效果和前述完全相同！

2、传递数字
Step1：编写C++程序生成目标文件
程序如下：

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
int main()
{
int i,fd,size,num[10];
char buffer[21]={0},cnum[3];
for (i=0;i<10;i++) num[i]=i+1;
for (i=0;i<10;i++)
{
sprintf(cnum,"%d",num[i]); // num to string
strcat(buffer,cnum);
strcat(buffer,"\r");
}
fd=open("Number.rtf",O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT);
size=write(fd,buffer,sizeof(buffer));
close(fd);
if (size)
printf("write file success!\nwrite %d bytes data\n",size);
else
printf("write file error!\n");
printf("\n");

复制代码

执行后生成符合EV3G能够读取的格式文件Number.rtf
Step2：EV3G端的文件读取
同上，直接使用实验二test2.ev3p中的ReadFile程序即可，程序运行效果和前述完全相同！

ntwuhui · 发表于 2014-3-21 23:47:08

本帖最后由 ntwuhui 于 2014-4-15 16:02 编辑

实验三：双向通信

为简单起见，这里以计算1+2+3+...+10为例；EV3传递10个数字给C++程序；C++程序计算完毕将结果回传显示。
项目各文件介绍如下：
(1)、命令文件cmd.rtf
作用：数据传送方向
说明：0表示从EV3到C++传递信息（EV3：写，C++：读），1表示从C++到EV3传递信息（C++：写，EV3：读）
(2)、数据文件Number.rtf
作用：需要传递的具体数据（同上，也是双向传递的）
(3)、脚本程序autorun.rtf
作用：用于自启动C++端程序
代码如下：(这里假定为test.rtf)

#!/bin/sh
if [ -x test.rtf ]
then
./test.rtf &
fi

复制代码

(4)、EV3G项目文件test3.ev3p
说明：程序test为项目主程序
代码如下：（可修改项目test2.ev3p中WirteFile得到，后面增加以下内容）

其中第二、三行为新增部分，逻辑就不多解释了。
(5)、C++程序文件说明：此程序通过脚本autorun.rtf自动加载，驻留后台运行！
代码如下：（程序中有注释）

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
// Wait for EV3
void WaitforEV3()
{
char buffer[2],ch='1';
int fd=-1;
while (ch=='1') {
while (fd==-1) {
fd=open("cmd.rtf",O_RDONLY);
read(fd,buffer,2);
close(fd);
}
ch=buffer[0];
fd=(ch=='0')?1:-1;
}
}
// Read data from EV3
void ReadfromEV3(int num[])
{
int fd,size;
int i,j,t;
char buffer[21];
//read data from file
fd=open("Number.rtf",O_RDONLY);
size=read(fd,buffer,sizeof(buffer));
close(fd);
// Prepare data
j=0; t=0;
for (i=0;i<size;i++)
if (buffer[i]=='\r'){
num[j]=t;
j++;
t=0;
}
else t=t*10+(buffer[i]-'0');
}
// Send Result to EV3
void WritetoEV3(int t)
{
int fd;
char cnum[3],buffer[3];
//write data to file
fd=open("Number.rtf",O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT);
sprintf(cnum,"%d",t);
strcat(buffer,cnum);
strcat(buffer,"\r");
write(fd,buffer,3);
close(fd);
//Notice EV3
fd=open("cmd.rtf",O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT);
write(fd,"1\r",2);
close(fd);
}
int main()
{
int i,j,result;
int num[10];
while(1){
printf("Waiting for EV3...\n");
WaitforEV3();
printf("Read data from EV3\n");
ReadfromEV3(num);
// Core Calculate
result=0;
printf("Calculting...\n");
for (i=0;i<10;i++) result+=num[i];
printf("Write data to EV3\n");
WritetoEV3(result);
}
return 0;
}

复制代码

几点说明:
1、调试时本人采用了telnet方式交互运行，建议最终运行时将上述代码中所有printf注释掉，并将该文件复制到test3文件夹下（注意改名为test.rtf）；
2、项目初始只有三个文件：test.rbf、test.rtf、autorua.rtf，其余文件均为自动生成；
3、C++端程序test.rtf、autorun.rtf也可以用EV3G软件下载到EV3。

运行EV3G程序test效果如下：

至此实验圆满结束！

jzbora · 发表于 2014-3-22 08:51:06

不错，支持一下

blackblue · 发表于 2014-3-22 09:04:49

水师研究EV3已经有点功力了!给力啊!

不过现在的原生C++相对EV3的应用,我总觉得太费事了,可能后续国外的一些大神会有更方便的办法......

目前状态下,觉得JAVA相对EV3,可能更好用一点.

ntwuhui · 发表于 2014-3-22 13:13:30

更好的办法恐怕得从底层革起，彻底把固件给换了！

生活进行中。 · 发表于 2014-3-23 11:02:45

lz的介绍让人有豁然开朗的感觉，感谢各位的奉献以及指导。

18651982955 · 发表于 2014-3-30 21:01:32

EV3是基于LINUX系统的，不知道能不能在系统文件里找到和硬件相关的驱动程序。

18651982955 · 发表于 2014-3-30 21:03:37

另外在linux系统下是能直接运行.C++文件的。

ntwuhui · 发表于 2014-4-7 20:05:10

18651982955 发表于 2014-3-30 21:01
EV3是基于LINUX系统的，不知道能不能在系统文件里找到和硬件相关的驱动程序。

找驱动应该从源码考虑：https://github.com/mindboards/ev3sources/tree/master/lms2012

bg9aba · 发表于 2015-2-27 11:15:34

感谢

安安 · 发表于 2017-3-7 12:45:25

有看没有懂，大神厉害，一定要自己完成一次，抓紧学习

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EV3G与原生C++程序通信实验贴

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