[linux]Zdalne-sterowanie-Linuksem-za-pomoca-wiiremote'a.pdf

Programowanie wiiremote’a

Zdalne sterowanie Linuksem za pomocą wiiremote'a

Linuksem za pomocą

wiiremote'a

Bartłomiej Burdukiewicz

Pewnie zdecydowana większość z was słyszała o rewolucyjnych kontrolerach marki Nintendo,

które zadebiutowały wraz z wydaniem konsoli Wii. Nie wiele osób zdaje sobie sprawę, że możemy

wykorzystać je do innych celów. Dzięki bibliotece libcwiid połączymy go z naszym komputerem.

jak w prosty sposób możemy napisać

oprogramowanie do zdalnego stero-

wania Linuksem wykorzystując wii-

remote’a, aby tego dokonać zapoznamy się z bibliote-

ką libcwiid dzięki której w łatwy sposób zaprogramu-

jemy nasz pilot, użyjemy także urządzenia znakowego

uinput, do stworzenia wirtualnej myszy. Będziemy do te-

go potrzebować skonigurowany interfejs bluetooth, mo-

duł uinput, bibliotekę libcwiid oraz dwie diody led (cho-

dzi tu głównie o dwa źródła podczerwieni, możemy użyć

świecznika). Omówione przeze mnie zostaną najważ-

niejsze funkcje, rozwiązania. Program będziemy budo-

wać w czterech stadiach, na koniec każdego, umieszcza-

ne będą listingi z kodem, który należy dodać (będzie to

oczywiście rozszerzona wersja, o różnego rodzaju wa-

runki sprawdzające, komunikaty, niektóre elementy z

powodzeniem można ignorować wg własnego uznania).

Wszystkie polecenia jakie będę używał w artykule są

oparte o dystrybucje Linuksa Debian w wersji Squeeze.

Należy pamiętać, że podczas instalacji pakietów wyma-

gane są prawa administratora.

Przygotowywanie interfejsu Bluetooth

Jeżeli chcemy nawiązać jakiekolwiek połączenie z na-

szym pilotem, będziemy potrzebować modułu bluetooth,

jeśli posiadamy komputer przenośny zazwyczaj jest już

wbudowany, w przeciwnym przypadku prawdopodobnie

musimy go dokupić. Cena adapterów bluetooth w dzisiej-

szych czasach jest naprawdę niewielka, można je nabyć

za niecałe 10zł, dobrym pomysłem jest uprzednie spraw-

dzenie kompatybilności urządzenia z naszym systemem,

chyba nikt nie lubi wyrzucać pieniędzy w błoto. Przejdź-

my teraz do koniguracji. Należy zainstalować usługę blu-

ez poleceniem

aptitude install bluez

zaraz po instalacji wystartuje nasza usługa, aby sprawdzić

czy poprawnie skonigurowała urządzenie bluetooth na-

leży wykonać polecenie hciconig, jeśli na liście znajdzie

się interfejs hci0 wszystko jest w porządku. Możemy do-

datkowo wytestować nasz moduł skanując sieć bluetooth

w poszukiwaniu urządzeń za pomocą polecenia hcito-

ol scan .

marzec 2010

Zdalne sterowanie

W artykule chciałbym zaprezentować

Programowanie wiiremote’a

Zdalne sterowanie Linuksem za pomocą wiiremote'a

Wiiremote

Zanim przejdziemy do programowania, parę

słów o tym niezwykłym pilocie. Wiiremote

komunikuje się z konsolą Wii poprzez inter-

fejs bluetooth, składa się z 12 przycisków,

wliczam tu także “strzałki”, jeden z nich

to klawisz specjalny o nazwie power, słu-

ży do wyłączania/wyłączania konsoli, zry-

wa także połączenie bluetooth, co umożliwi

w kontrolowany sposób zakończenie naszej

aplikacji. Kontroler wyposażony jest także

w 4 diody led, służące do informowania o

stanie baterii lub id kontrolera, silnik które-

go głównym zadaniem jest wprawianie pilo-

ta w drganie, mały głośniczek nisko tonowy,

i najważniejsze kamerę oraz akcelerometr.

Dzięki kamerze możemy pobierać współ-

rzędne punktów podczerwieni, co posłuży

nam w aplikacji. Wbudowany akcelerometr

pozwala wykryć ruchy ręki, bazując na tych

danych możemy stworzyć prosty system ge-

stów. To by było na wszystko gdyby nie port

rozszerzeń, dzięki różnego rodzaju dodat-

kom takimi jak nunchuk , classic controller

lub wiimote motion plus rozszerzamy funk-

cjonalność naszego kontrolera. Firma Nin-

tendo szykuje nawet pulsometr jako kolej-

ny dodatek.

Zaczynamy

Na początek napiszemy prosty szkielet, któ-

ry z czasem rozbudujemy, funkcjonalność

jaką będzie posiadał program w tym sta-

dium to możliwość połączenia się z kon-

trolerem oraz krótki raport o statusie po-

łączenia.

W pierwszej kolejności stwórzmy kata-

log w którym będziemy trzymać źródła. Do

edycji polecam program QtCreator domyśl-

nie służy on do tworzenia aplikacji w Qt, lecz

z powodzeniem można wykorzystywać do

kompilacji/edycji prostych oraz zaawanso-

wany programów w C/C++.

Pierwszym krokiem będzie dodanie do

sekcji include pliku nagłówkowego cwiid.h ,

aby móc korzystać z dobrodziejstw jakie

udostępnia nam biblioteka libcwiid . Następ-

nie musimy określić pule adresów MAC jakie

będą dopuszczone do połączenia, każde urzą-

dzenie bluetooth jest identyi kowane przez

unikalny adres MAC, jak wcześniej wspo-

mniałem nasz pilot także posiada interfejs

bluetooth. Jeżeli chcemy uniknąć sprawdza-

nia adresu MAC dla naszego kontrolera pro-

ponuje użyć adresu, który dopuszcza wszyst-

kie urządzenia.

daniem jest zwolnienie połączenia, warto pa-

miętać, aby przed zakończeniem programu

ją wykonać, w przeciwnym przypadku mo-

że prowadzić to do trudnych w wykryciu pro-

blemów.

W tej chwili nasz program powinien wy-

glądać tak jak w pierwszym listingu, w kodzie

umieściłem funkcje sleep() , ponieważ czas

oczekiwania na połączenie jest stosunkowo

dość krótki, unikamy w ten sposób niepowo-

dzenia spowodowanego przez zbyt późno wci-

śnięte przyciski 1 oraz 2.

Callback

Callback, czyli wywołanie zwrotne, o któ-

rym wcześniej wspominałem, będzie nam

potrzebne do odbierania wiadomości z nasze-

go kontrolera. Aby wykorzystać ten mecha-

nizm musimy stworzyć specyi czną funkcje

na wzór typu cwiid_mesg_callback_t , któ-

ra powinna wyglądać, jak niżej

void wiimote_callback(cwiid_wiimote_t

*wiimote, int mesg_count, union

cwiid_mesg mesg_array[], struct

timespec *timestamp)

{

}

Libcwiid

Libcwiid jest to biblioteka napisana w C,

umożliwia ona nawiązanie połączenia z

pilotem, kontrole działania, pobieranie

informacji/statusów, obsługuje większość

rozszerzeń, które są dostępne dla naszego

kontrolera. Dzisiejszy program będzie opar-

ty prawie w całości o tą bibliotekę, wiec na-

leżało by ją zainstalować w naszym syste-

mie, będziemy potrzebować także źródeł bi-

blioteki, aby wszystko zainstalować wystar-

czy wykonać

bdaddr_t bdaddr;

bacmp(&bdaddr, BDADDR_ANY);

Należy teraz stworzyć pętle for, która zajmie

się analizowaniem wszystkich wiadomości,

na podstawie zmiennej mesg_count określi-

my jak długo pętla ma się wykonywać. Ana-

lizowana będzie tablica, która posiada infor-

macje pobrane z wiiremota.

W pierwszej kolejności definiujemy typ

bdaddr_t , który będzie przechowywał

nasz MAC, następnie za pomocą bacmp()

przypisujemy adres BDADDR_ANY , aby ze-

zwolić na połączenie wszystkim urządze-

niom bez względu na to jaki adres MAC

posiadają.

for (int i = 0; i < mesg_count; ++i)

switch (mesg_array[i].type)

cwiid_wiimote_t *wiimote = cwiid_

connect(&bdaddr, CWIID_FLAG_MESG_

IFC);

Musimy przeanalizować składnik tablicy o

nazwie type, dzięki niemu określimy jakie-

go rodzaju wiadomości odbieramy, czy są to

stany klawiszy, informacje o statusie/baterii

itp.

aptitude install libcwiid1-dev

libcwiid1

Przejdźmy teraz do funkcji głównej, od któ-

rej zależy sukces naszego połączenia. Funk-

cja zwraca nam wskaźnik do struktury

cwiid_wiimote_t , jest to deskryptor nasze-

go urządzenia, jeśli wskaźnik przyjmie war-

tość różną od zera, połączenie zostało nawią-

zane. W pierwszym argumencie funkcji na-

leży przekazać wskaźnik do bdaddr, l aga

CWIID_FLAG_MESG_IFC udostępni nam moż-

liwość obsługi wywołania zwrotnego, o któ-

rym szerzej w następnym nagłówku.

Jeśli w naszej dystrybucji nie znajdziemy

paczki dla libcwiid, należy pobrać samodziel-

nie źródła ze strony domowej cwiid'a, skom-

pilować i zainstalować.

Nasz program zajmie się jedynie ana-

lizą trzech rodzajów wiadomości – o błę-

dach, stanach klawiszy oraz punktach pod-

czerwieni.

Uwaga

Należy pamiętać aby podczas kompi-

lacji naszego programu zlinkować go

z biblioteką libcwiid, używając parame-

tru -lcwiid .

cwiid_disconnect(wiimote);

Została nam jeszcze do omówienia bardzo

prosta funkcja cwiid_disconnect() , jej za-

Rysunek 1. Wiiremote oraz podstawowe akcesoria

www.lpmagazine.org

Programowanie wiiremote’a

Zdalne sterowanie Linuksem za pomocą wiiremote'a

case CWIID_MESG_ERROR:

disconnected = true;

break;

case CWIID_MESG_IR: break;

case CWIID_MESG_BTN: break;

stanie przerwane, dzieje się tak gdy odejdzie-

my za daleko z naszym pilotem (zasięg blu-

etooth to około 10m~, ale w praktyce bywa z

tym różnie, liczy się tu głównie jakość nasze-

go modułu) lub w razie przytrzymania przyci-

sku power. Zdeiniujmy zmienną disconnect ,

która będzie posiadała status naszego połącze-

nia, użyjemy do tego typu logicznego, ponie-

waż istnieją tylko dwa stany (urządzenie roz-

łączone lub połączone). Dodajmy wiec linię

kodu, która zmieni wartość logiczną naszej

zmiennej disconnected – na prawdę w razie

wystąpienia błędu.

Nasza funkcja callback'a jest już gotowa,

ale wymaga inicjacji, należy powiązać nasze

urządzenie (deskryptor) z funkcją wywołania

zwrotnego.

W tym stadium programu wykorzystamy tyl-

ko CWIID_MESG_ERROR , wiadomość jest gene-

rowana, kiedy połączenie z wiiremotem zo-

Listing 1. Szkielet aplikacji.

cwiid_set_rpt_mode(wiimote, CWIID_

RPT_STATUS | CWIID_RPT_BTN | CWIID_

RPT_IR);

cwiid_set_mesg_callback(wiimote,

&wiimote_callback);

#include <iostream>

#include <cwiid.h>

using namespace std ;

Zanim powiążemy nasz callback z urządze-

niem, warto byłoby ustalić jakie informacje

mają być “wysyłane”, służy do tego funkcja

cwiid_set_rpt_mode. Wytłumaczę teraz kolej-

no działania lag:

int main () {

bdaddr_t bdaddr ;

bacmp (& bdaddr , BDADDR_ANY );

cout << "Nacisnij 1+2 aby nawiazac polaczenie \n " ;

cout . lush ();

• CWIID_RPT_STATUS – dopuszcza do wy-

wołania zwrotnego, informacje o statusie

urządzenia

• CWIID_RPT_BTN – informacje o statusie

przycisków

• CWIID_RPT_IR – informacje o punktach

podczerwieni

sleep ( 3 );

cwiid_wiimote_t * wiimote = cwiid_connect (& bdaddr , CWIID_FLAG_MESG_IFC

| CWIID_FLAG_REPEAT_BTN );

if ( wiimote ) {

cout << "Polaczono \n " ;

cout . lush ();

} else {

cout << "Nie mozna ustanowic polaczenia \n " ;

cout . lush ();

return 0 ;

}

cwiid_disconnect ( wiimote );

return 0 ;

}

Pora na cwiid_set_mesg_callback() , w

drugim argumencie należy umieścić wskaźnik

do naszej funkcji wywołania zwrotnego. Nasz

callback jest gotowy, ale aplikacja nadal koń-

czy natychmiast działanie po ustanowieniu po-

łączenia, stworzymy zatem pętle która zablo-

kuje zakończenie programu.

do usleep(1000); while

(!disconnected);

Jako warunek zakończenia pętli użyjemy na-

szej zmiennej disconnected , gdy przyjmie

wartość prawdy, program zakończy działanie.

Efekt jaki uzyskaliśmy w tej chwili będzie wy-

glądał następująco, kiedy odejdziemy zbyt da-

leko program zakończy działanie lub jeśli wci-

śniemy przycisk power na naszym kontrole-

rze. W listingu nr 2 widzimy kod, który należy

dodać do naszego programu.

Rysunek 2. QtCreator

Uinput

Wraz z powstaniem lini 2.6.x Linuksa do

głównego kodu jądra został wprowadzony

nowy sterownik o nazwie uinput. Udostępnia

dość prosty system komunikacji z jądrem sys-

temu dzięki czemu możemy tworzyć wirtual-

ne urządzenia wyjścia oraz zarządzać nimi bez

problemu. W większości dystrybucji Linuksa

sterownik jest dodawany w formie modułu,

marzec 2010

Programowanie wiiremote’a

Zdalne sterowanie Linuksem za pomocą wiiremote'a

aby go załadować do pamięci należy wykonać

polecenie (z prawami administratora)

je na wykonywaniu operacji bez blokowa-

nia wykonania (asynchronicznie) należy wy-

czyścić strukturę uinput z różnych pamię-

ciowych śmieci, które mogą się tam zna-

leźć, memset() będzie idealna funkcją do te-

go zadania

strncpy(uinput.name, "wiimote", 7);

uinput.id.vendor = 1;

uinput.id.product = 1;

uinput.id.version = 1;

uinput.id.bustype = BUS_USB;

modprobe uinput

Dobrym pomysłem byłoby dodanie go do listy

modułów automatycznie ładowanych podczas

startu systemu, aby unikać manualnego łado-

wania za każdym razem, gdy system zostanie

uruchomiony ponownie. Gdyby okazało się że

nie ma go w naszym systemie należy go do-

kompilować ręcznie najlepiej w formie modu-

łu używając źródeł naszego jądra, możemy go

znaleźć w sekcji

memset(&uinput, 0, sizeof(uinput));

za pomocą strncpy() przypiszemy nazwę

dla urządzenia wyjścia, kolejno id.vendor ,

id.product , id.versation nie są zbyt

ważne, ale należy je wypełnić najlepiej je-

dynkami, dla bustype przypiszmy BUS_USB

można z powodzeniem użyć innych stałych

BUS_* ale nie będzie miało to żadnego zna-

czenia, przynajmniej jeśli chodzi o funk-

cjonowanie urządzenia wyjścia. Należy te-

raz zdei niować/przekazać do jądra syste-

w pierwszym parametrze przekazujemy

wskaźnik do naszej struktury, w drugim nale-

ży podać wartość znaku, którym zapełnimy ją,

ostatni parametr to wielkość pamięci która zo-

stanie nadpisana.

Gdy mamy już czystą strukturę uinput

możemy przypisać jej własności

Device Drivers ---> Input device

support ---> Miscellaneous devices --

-> User level driver support

Listing 2. Callback

Ok, rozbudujmy więc nasz program dodając

obsługę uinput, w pierwszej kolejności nale-

ży dodać nowe pliki nagłówkowe, które są

widoczne w listingu nr 3, następnie dodajmy

dwie zmienne

bool disconnected = false ;

void wiimote_callback ( cwiid_wiimote_t * wiimote , int mesg_count , union

cwiid_mesg mesg_array [] , struct timespec * timestamp )

{

for ( int i = 0 ; i < mesg_count ; ++ i ) switch ( mesg_array [ i ] . type )

{

case CWIID_MESG_ERROR :

cout << "Rozlaczono \n " ;

cout . l ush ();

disconnected = true ;

break ;

case CWIID_MESG_IR :

…

break ;

int uinput_fd;

struct uinput_user_dev uinput;

wstawmy je zaraz pod using namespace

std, tak aby były widoczne w całym progra-

mie, uinput_fd będzie przechowywał uchwyt

otwartego pliku, natomiast struktura uinput

podstawowe informacje dei niujące nasze no-

we urządzenie wyjścia.

uinput_fd = open("/dev/input/uinput",

O_WRONLY | O_NDELAY);

case CWIID_MESG_BTN :

…

break ;

}

Aby otworzyć plik użyjemy funkcji open() i

tu uwaga w moim przypadku ścieżka do pliku

uinput to /dev/input/uinput , ale może się

zdarzyć tak że będzie inna, należy sprawdzić

jeszcze /dev/uinput oraz /dev/misc/uinput.

Otwieramy plik do odczytu oraz zapisu więc

użyjemy l agi O_WRONLY , O_NDELAY wskazu-

int main ( int argc , char * argv []) {

…

Problemy z utworzeniem

urządzenia

cwiid_set_rpt_mode ( wiimote , CWIID_RPT_STATUS | CWIID_RPT_BTN |

CWIID_RPT_IR );

if ( cwiid_set_mesg_callback ( wiimote , & wiimote_callback )) {

cout << "Nie mozna utworzyc wywolania zwrotnego \n " ;

cout . l ush ();

return 0 ;

}

Jeśli mamy problemy z utworzeniem urzą-

dzenia prawdopodobnie jest to wina złych

uprawnień. Aby sprawdzić czy tak na-

prawdę jest wystarczy uruchomić nasz

program z prawami administratora, jeże-

li działa poprawnie należy zmienić upraw-

nienia dla pliku uinput za pomocą polece-

nia chmod .

do usleep ( 1000 ); while (! disconnected );

...

}

www.lpmagazine.org

Programowanie wiiremote’a

Zdalne sterowanie Linuksem za pomocą wiiremote'a

Listing 3. Obsługa uinput

…

#include <stdint.h>

#include <string.h>

#include <fcntl.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

#include <linux/input.h>

#include <linux/uinput.h>

using namespace std ;

int uinput_fd ;

struct uinput_user_dev uinput ;

void uinput_send_event ( int input_fd , __u16 type , __u16 code , __s32

value ) {

struct input_event event ;

memset (& event , 0 , sizeof ( event ));

event . type = type ;

event . code = code ;

event . value = value ;

write ( uinput_fd , & event , sizeof ( event ));

}

...

int main ( int argc , char * argv []) {

uinput_fd = open ( "/dev/input/uinput" , O_WRONLY | O_NDELAY );

if (! uinput_fd ) {

cout << "Nie mozna otworzyc urzadzenia uinput" ;

cout . lush ();

return 0 ;

}

memset (& uinput , 0 , sizeof ( uinput ));

strncpy ( uinput . name , "wiimote" , 7 );

uinput . id . vendor = 1 ;

uinput . id . product = 1 ;

uinput . id . version = 1 ;

uinput . id . bustype = BUS_USB ;

ioctl ( uinput_fd , UI_SET_EVBIT , EV_KEY );

ioctl ( uinput_fd , UI_SET_EVBIT , EV_ABS );

ioctl ( uinput_fd , UI_SET_ABSBIT , ABS_X );

ioctl ( uinput_fd , UI_SET_ABSBIT , ABS_Y );

ioctl ( uinput_fd , UI_SET_KEYBIT , BTN_LEFT );

ioctl ( uinput_fd , UI_SET_KEYBIT , BTN_RIGHT );

uinput . absmax [ ABS_X ] = 512 ;

uinput . absmin [ ABS_X ] = - 512 ;

uinput . abslat [ ABS_X ] = 0 ;

uinput . absfuzz [ ABS_X ] = 0 ;

uinput . absmax [ ABS_Y ] = 384 ;

uinput . absmin [ ABS_Y ] = - 384 ;

uinput . abslat [ ABS_Y ] = 0 ;

uinput . absfuzz [ ABS_Y ] = 0 ;

write ( uinput_fd , & uinput , sizeof ( uinput ));

if ( ioctl ( uinput_fd , UI_DEV_CREATE )) {

close ( uinput_fd );

cout << "Nie mozna stworzyc urzadzenia" ;

cout . lush ();

return 0 ;

}

...

mu informacje z jakich komponentów zbu-

dujemy nasze urządzenie wyjścia. Dla na-

szej myszy będziemy potrzebować deini-

cji obsługi klawiszy (lewy, prawy myszy)

oraz osie X, Y.

ioctl(uinput_fd, UI_SET_EVBIT,

EV_KEY);

ioctl(uinput_fd, UI_SET_EVBIT,

EV_ABS);

Powyższe funkcje należy wykonać, aby

w jakiekolwiek sposób móc deiniować

osie/klawisze. (inaczej bez nich deinicje dla

UI_SET_ABSBIT, UI_SET_KEYBIT nie mają

żadnego sensu)

ioctl(uinput_fd, UI_SET_ABSBIT,

ABS_X);

ioctl(uinput_fd, UI_SET_ABSBIT,

ABS_Y);

Zdeiniujmy teraz nasze osie X oraz Y, wy-

korzystamy do tego lag ABS_X oraz ABS_Y ,

należy zwrócić uwagę, że nie korzystamy

już z UI_SET_EVBIT , tylko z UI_SET_ABS-

BIT .

ioctl(uinput_fd, UI_SET_KEYBIT,

BTN_LEFT);

ioctl(uinput_fd, UI_SET_KEYBIT,

BTN_RIGHT);

Zostały teraz tylko klawisze myszy należy

zdeiniować BTN_LEFT oraz BTN_RIGHT .

Nie należy zapomnieć o określeniu prze-

działów dla naszych osi

uinput.absmax[ABS_X] = 512;

uinput.absmin[ABS_X] = -512;

uinput.abslat[ABS_X] = 0;

uinput.absfuzz[ABS_X] = 0;

uinput.absmax[ABS_Y] = 384;

uinput.absmin[ABS_Y] = -384;

uinput.abslat[ABS_Y] = 0;

uinput.absfuzz[ABS_Y] = 0;

Rysunek 3. Świecznik, wiiremote

marzec 2010

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: