🗐 電装工芸日記 - 舞台照明機器の製作とか -

今年は開発案件を進めたい

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 中華電機の Art-Net node を EoC で接続してみました。
 EoC とは「Ethernet over COAX」の略で、Ethernet を同軸ケーブルに通す手法です。75Ωの映像ケーブルに通せます。
 卓 → <EtherCable> → EoC → <75Ω同軸ケーブル> → EoC → <EtherCable> → node です。
 EoC の機器は「LINOVISION 同軸LANコンバーター」を使っています。
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 電源供給は PoEです。Receiver に PoE で電源を供給すると Transmitter 側の電源は同軸ケーブルで供給されます。
 Receiver と Transmitter の違いはどちらが電源の入力かってだけで Ethernet はごく普通に双方向です。
 今のところは PoEインジェクターを使っていますが、PoE の Ethernet-Hub も試してみるつもりです。

#[Art-Net]
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 研究用に中華電機から Art-Net の node を買ってみました。
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 タイムラグとかは実機を繋げて CUE として動かさないとわかりませんが、倉庫でのテストでは IN も OUT も極々当たり前に動きます。設定はPCからになりますが、設定アプリも素直で使いやすい。残念ながら5P仕様はありませんが、こんなんが15,000円くらいで買えてしまうのですから驚きです。同じメーカーと思わしき2ユニバースの物もあります。これは6,000円程度です。node を自作することも考えていますが、価格からすると買った方がいいですね。

 ただ、中華製のこの手にはアイソレーターが入っていません。自作のスプリッター基板と共にパッケージすればいいのかな?

追記
 5pin 仕様もありました。
 DoctorMX で見ますと綺麗なデータが出ています。

#[Art-Net]
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 C言語のポインタには面白い機能(使い方?)がありました。
 関数の呼び出しをポインタ化するのです。なんのこっちゃ?って話ですねぇ~。
 ソースコードの大半はそのままに、条件分岐で関数を差し替えるイメージです。オブジェクト指向の一歩手前?
 もちろん、構造体を含む変数もポインタを介して差し替えられます。
 DMXの場合、受信中のスタックから読み出すことは避けなければなりません。パケットの中身に不整合が起こるからです。例えばアドレス100までは最新の受信内容、101以降は1フレーム前の受信内容や全てゼロになるのです。2スロット構成のアトリビュートがアドレス100と101にまたがったらよろしくないことが起こります。リトルエンディアンだったら目も当てられません。
 この対策は2つのスタックを交代しながら使います。片方は受信に、1フレーム前のデータを持ったもう片方を出力処理に使い、条件が整えば役割を交代するのです。この場合どちらをどちらに使うかをポインタで指定出来れば全体の処理はスマートになります。ピンと来る方が少ないのはわかっていますが、ソースコードを書く上ではとても合理的な方法です。今の常識からしたら万分の一の処理能力のハードウェアしかなかった時代にC言語をデザインした人は本当の天才だと思います。勉強すればするほど「天才」って言葉が身に沁みます。自分はその成果に甘えるだけで感謝々々です。

 C言語を学ぶ上でポインタは難解な要素の筆頭ですが、自分の様にアタマの半分がPICマイコンのアセンブラで占められている者には案外すんなりと理解出来ました。メモリのアドレスを直接扱う方法だからです。当初は高級言語でメモリのアドレスを直接扱うなんてイメージはありませんでしたので躓きましたが、C言語が値渡ししか出来ない(参照渡しが出来ない)ことも含めるとポインタは合理的であり、C言語は高級言語ではなく汎用化を目指したアセンブラ言語と思えばイイらしいと思った次第。正しくはなくても私にはこの理解が自然でした。

 自分は PC8001(PC6001)-BASIC → Z80アセンブラ(当時小学生、挫折しました) → (20年空いて) → PICアセンブラ → Python → C言語(今) と進んできました。小学生の時分に論理演算、16進数、2進数を本能に焼き付け、成果は出せずともZ80アセンブラに挑んだことが今に活きているようです。小学生当時、戦前産まれの父母は数百円の漫画本は買ってくれませんでしたが高価な技術書やその筋の雑誌(月刊マイコンやBASICマガジンなど)は買ってくれました。100歳まであと数年のカウントダウンなのに林業を生業とし登山やスキーを楽しむ父と米寿間近で父の3倍は元気な母に絶大な感謝をする今日この頃。
 自分の今の最大の不安は三途の川の向こう岸で父母をお迎えすることです。あと100年くらいは部下や後輩に迷惑をかけずに現役をやってやろうと思っていますけど(笑

#C言語 #雑記
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 現場ですが、簡単なひな壇を組むだけの現地道具なので終演までヒマです。
 ArtNetPatch の ap_transmitter の構造を構造体配列を元に整理したのですが、割り切って構成したら案外軽い処理になりました。メモリの節約など考えず、条件分岐や計算を出来るだけ減らし繰り返しをヒトまとめにする方針だからでしょうか。
 実際に組んで実行時間を計測しなければなりませんが、パッチ処理の後にもディレイやプロファイルカーブの処理を入れられそうな予感がします。

 receive(受信)、bind(入力ユニバースを内部Bus(ユニバース)にパッチ、ここで数値をマージしてHTPミキサーとします)、pre-delay、pre-profile-curve、patch、post-delay、post-profile-curve、transmit といった流れで考えています。

 ついてはモジュール構成を少し変えます。
 ap_transmitter の中の数値操作と Art-net の出力を分割します。
 fps はともかく、すべてのユニバースを連続して送るのは避けた方がいいかなと思うので、ユニバース毎にインターバルを持たせるためです。

1)アプリの起動部とし、共有物を設定して以下のモジュールを呼ぶ「ap_main」
2)画面表示やユーザー操作を司る「ap_console」
3)Art-Netを受信する「ap_receiver」
4)受信値や設定値から出力値をまとめる「ap_effect」
5)Art-Net を出力する「ap_transmitter」
6)データのタイムアウト管理をする「ap_timeout」

 今後はタイムラグを減らす工夫を考えてみましょう。
 出力の目標は 30fps 以上、出来れば 36fps ですが、1/36秒以内に処理を一巡出来るなら遅れても1フレームとなります。無理ならスレッド的なアプローチで考えて出来るだけ遅れを少なくしましょう。
 何にしても、試作をして処理時間と処理負荷の計測が必要です。
 こんな複雑なシステムは10回くらい書き直すつもりで試すしかありません。素人の私が結果を完全に予測するなんで無理ですもん。

#[Art-Net] #器具の製作 #C言語
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 子プロセスを使う場合は親プロセスが落ちたらこれらも落とさないといけません。ゾンビとして残ってしまうからです。
 一般的にはメインから「終わりにしなさい」って指示を受けて落としますが、開発途中ではそうもいかないことがあります。
 ならば、「続けなさい」って指令が無ければタイムアウトすることにしましょう。親の存在確認をする方法もありますが、この方法なら管理が楽かも。

#C言語
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 ArtNetPatch の構成イメージが見えてきました。
 この後は「ap_transmitter」の具体化でしょうか。これが ArtNetPatch の核であり一番重い処理です。
 モジュール間を繋ぐ構造体配列が見えればその他のモジュールを作ることは可能ですし、画面表示とか作って手ごたえを感じたいってのはありますが、最終的にデータを取りまとめる「ap_transmitter」が見えませんと構造体配列を決めることが出来ません。

#[Art-Net] #器具の製作
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 と、なると、って書き出しは私のアタマの中の言葉のままですが、プロセスかスレッドかはともかく、処理のスジを次の様に分けようかと。

1)アプリの起動部で、共有物を設定して以下のモジュールを呼ぶ「ap_main」
2)画面表示やユーザー操作を司る「ap_console」
3)Art-Netを受信する「ap_receiver」
4)受信値や設定値から出力値まとめ、Art-Net を出力する「ap_transmitter」
5)データのタイムアウト管理をする「ap_timeout」

 大きなデータは共有メモリ「mmap」と「semaphore」でやりとりし、指示や返答は「queue」で繋げます。自分ナリに得手不得手を検討した結果です。

 タイムアウトを別枠で勝手にやらせる発想が出たら役割分担が楽になりました。
 これが出来るのも共有メモリとセマフォのオカゲです。

 まだまだ決定ではありませんが、タイミングがラフなところはOS に任せてしまえ!って思えたら気が楽になったかも。
 メモリ管理も処理タイミングの管理も OS に頼った方が間違いないのです。
 この役割分担をしたら RaspberryPi でも処理しきれそうな気になってきたかも。

追記
 成り行き任せで後回しにしても構わない処理はプロセスやスレッドを別にして区切りのいいところに短い「sleep」を入れればいい。こうすると OS のジャッジで急ぎと思われるプロセスやスレッドを優先的に処理をしてくれるようです。
 厳密なタイミング管理が必要なら「RTOS」ベースのカーネルを使ってガチガチに管理するのが良いと思いますが、そこまででない処理のため導入の敷居が高い RTOS を使うのはどうかと。

#[Art-Net] #器具の製作
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 Art-Net の処理についてタイミングをイロイロ検討してみました。
 まず、全受信のスタックと受信の次の工程に送るスタックは完全に別物にした方が良さそうです。先日の書き込みと真逆のことですが、Art-Net 全体のモニターをするためのスタックとパッチの前工程のスタックは別物にするってことです。細かい理由は割愛しますが、同じ結果を得られるならメモリを大食いしても処理は軽い方がいい。DMXの処理で使うメモリ量など増えても数KBですから、GBクラスのメモリを持った RaspberryPi で気にするこっちゃありません。また、全受信のスタックを元にすべてを行うと最低でも2秒分の履歴を残さなければなりませんが、モニターするだけなら最新値のスタックだけで済みますし、Delay では深い履歴が必要でもパッチにおけるユニバース数だけあればいいので、想定される入力のすべてを数秒分スタックするほどのメモリは不要です。結果、処理が軽くなってメモリの使用量が減るなら御の字ってことです。あとは、タイムアウトの処理も大きな理由です。パケット毎に受信時刻のチェックをすることになりますが、チェックするパケットの数が減り、モニターならチェック頻度を落としてタイムアウトの実効値が2秒とか3秒でも大丈夫です。
 データをどのように取り込んでスタックして処理するかのイメージを整理して処理時間や工数が最も少ないであろう構成を決めてからソースコードを書こうと思っています。

追記
 上記の考え方にするなら、パッチの前工程の処理をする位置や共有メモリの扱いを明確にしておけばソースを書き始められるかも。完全に Art-Net モニタです。受信の後の各種処理や画面表示を別プロセスにするのでまだまだ考えることはありますけどね。
 今思い付いたのですが、タイムアウトの処理を別プロセスや別スレッドにしたら受信プロセスが凄く簡単になるかも。socket の受信をタイムアウトせずに何かを受信するまでブロックするってことです。シングルプロセスの PIC マイコンに慣れ過ぎて手作業のマルチスレッド処理がアタマの中で前提になっているようです。ブロックすることが一般的な処理をあえてタイムアウトさせてエラー処理するくらいならプロセスを分けてタイムアウトさせずに待たせればいいのです。OSが得意な部分はOSにやってもらえばいいのです。

#[Art-Net] #器具の製作
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 Art-Net の扱いを送信元8、ユニバース各8、44fpsにしますと毎秒の最大受信パケット数は2,816です。1パケットあたり355usec以下で捌かないといけません。実用においてここまでの量になることは無いと思いますし、確認する環境を整えるのも現実的ではありませんが、一度は想定最大負荷をかけてみたいものです。

 実作業を始められるのがいつになるかわかりませんが基本設計は進めます。アタマが空いてる時のヒマ潰しにはちょうどいいですし。

#器具の製作
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 Art-Netの扱いにアイデアを一つ。
 送信元を識別するにはIPv4アドレスがキーになると思います。運が悪くなければ送信元毎にユニークなハズです。これの扱い。

 IPv4アドレスは4バイト長(32bit)で構成され、文字列で表しても7~15文字です。
 これを一つの整数にまとめてしまうアイデアです。一般的にint型は4バイト長ですから、丸めてしまえばint型にしても情報は欠落しません。
 こうすれば、4つの数字や7~15文字のテキストよりも扱いが簡単で軽くなると思うのです。IPアドレスとしての情報は別途残すとして、識別IDにこれを使うのです。
 ユニバースも同じ考え方でいいでしょう。15bit長ですからshort型でも収まりますが、噂に聞くところではint型の方が処理が軽いらしいのでこの型にしておこうかなと。
 この両者を合わせた8バイトのlong型もしくはLongLong型を併記しておいてもいいかもしれません。なぜこの様なことを考えるかと言いますと、複数のユニバースを保管する配列から特定のものを探し出す処理を軽くしたいからです。処理の方針にもよりますが、受信したものを一旦スタックして一定の時間間隔で取り出そうというのが今の考え方ですので、クエリに相当するインデックスを作るのは当然としてもキーワードが簡素なことは重要だと思うのです。一定の時間間隔で作れらたLoop配列ならばその並びが時間情報となりますので、Delay を求めても受信日時と現在日時を比較する必要がありません。

 Art-Netのモニターも兼ねたいので、使う使わないはともかく、受信したデータを全て一時保管するつもりです。
 かといってモニターのための保管とパッチのための保管を別々にするのは気に入らないので、受信をすべて保管してそこから必要なモノを取り出したいのです。
 仮に、送信元8、それぞれ8ユニバースとするなら、最大44fpsとして1秒間に2,816件のスタックをしなければなりません。1パケット当たりのデータ長は540バイトくらいですから1.5MB/秒くらいです。2秒分のスタックをしても3MBです。動画の1フレーム当たりのデータ長は640x480の16bitカラーで1.8MBくらいですので55MB/秒です。動画に比べたらArt-Netの情報量は余裕っしょ。

#[Art-Net] #C言語

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社屋を囲む田んぼの田植えが終わり季節を感じます。

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2025年6月22日(日) 15時27分49秒