Hardware Access/de: what changed

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4	2
5	3		## Überblick
6	4
7	5		Diese Seite ist der Beginn eines Tutorials über den Zugriff auf Hardware Geräte mit Lazarus. Diese Geräte enthalten, ohne darauf beschränkt zu sein: ISA, PCI, USB, paralleler und serieller Anschluss.
8	6
9	7		Der Zugriff auf Hardware Geräte auf einer komplett plattformunabhängigen Weise ist nicht implementiert durch die Free Pascal Runtime Library oder durch die LCL, daher umfasst dieses Tutorial grundsätzlich Hardware Zugriffsmethoden auf verschiedenen Plattformen. Der Code kann unter verschiedenen Umgebungen kompiliert werden unter Verwendung bedingter Kompilierung, etwa so:
10	8
11	9		``` pascal
12	10		uses
13	11		Classes, SysUtils, LResources, Forms, Controls, Graphics, Dialogs, ExtCtrls,
14	12		{$IFDEF WIN32}
15	13		Windows;
16	14		{$ENDIF}
17	15		{$IFDEF Linux}
18	16		ports;
19	17		{$ENDIF}
20	18		```
21	19
22	20		Hilfe ist willkommen, speziell zu MacOS.
23	21
24	22		## Vergleich Parallel \<-\> Seriell
25	23
26	24		ISA Karten, PCI Karten und der parallele Anschluss kommunizieren mit dem Computer unter Verwendung eines parallelen Protokolls. Der serielle Anschluss und USB Geräte arbeiten mit einem seriellen Protokoll. Da der Prozessor und damit auch alle Programmiersprachen auf Daten parallel zugreifen, ist es wesentlich einfacher solche Protokolle softwareseitig zu programmieren. Beispielsweise erfolgt der Zugriff auf eine Ganzzahl-Variable (INTEGER) nur durch einen einzelnen Befehl. Mit einem seriellen Protokoll kann jedoch nur jeweils auf ein Bit zugegriffen werden. Im Nachhinein ist es notwendig, die Teildaten zusammen zu fügen um sie zu verwenden.
27	25
28	26		Serielle Kommunikation ist schwierig direkt zu programmieren. Wenn allerdings eine fertige Komponente zur Verfügung steht wird es deutlich einfacher. Auch hardwareseitig sind serielle Schnittstellen deutlich umständlicher, daher benötigen die meisten seriellen Schnittstellen spezielle IC-Bausteine oder Microcontroller für die Kommunikation.
29	27
30	28		Hier eine kurze Gegenüberstellung der Hardware-Zugriffsprotokolle:
31	29
32	30		\| \| Geschwindigkeit \| Hardwaredesign \|
33	31		\|----------------------\|------------------------------\|----------------\|
34	32		\| Serieller Anschluss \| sehr langsam (\< 100 kBit/s) \| mittel \|
35	33		\| Paralleler Anschluss \| langsam (~ 1 MBit/s) \| einfach \|
36	34		\| ISA Karte \| mittel (~ 10 MBit/s) \| mittel \|
37	35		\| USB 1.x \| mittel (~ 1.6 MBit/s) \| komplex \|
38	36		\| USB 2.0 \| schnell (~ 480 MBit/s) \| sehr komplex \|
39	37		\| PCI Karte \| sehr schnell (\> 1 GBit/s) \| sehr komplex \|
40	38
41	39		## Parallele Kommunikation
42	40
43	41		### Verwendung von inpout32.dll für Windows
44	42
45	43		Windows hat verschiedene Wege für die Ansteuerung von Hardware Geräten bei der 9x Serie und bei der NT Serie, und dies kann wirklich problematisch sein. Die 9x Serie (95, 98, Me) erlaubt den Programmen direkten Zugriff auf die Ports, genau wie unter DOS. Windows NT, jedoch, verhindert dies komplett, und erlaubt nur den Zugriff durch die Gerätetreiber auf die Ports. Dies ist ein Sicherheitsmechanismus, der aber nervig sein kann, wenn ein Gerätetreiber zu komplex für ein kleines Projekt ist, das Zugriff auf den parallelen Port benötigt.
46	44
47	45		Glücklicherweise gibt es eine Bibliothek, die einen Gerätetreiber enthält. Wenn Windows NT erkannt wird, dann dekomprimiert sie das Gerät und installiert den Hwinterface.sys Kernel Gerätetreiber. Wenn Windows 9x erkannt wird, dann benutzt sie einfach Assembler Opcodes für den Zugriff auf die Hardware.
48	46
49	47		Aber wie benutzt man die Bibliothek? Einfach! Sie hat nur zwei Funktionen, Inp32 und Out32, und deren Benutzung ist ganz intuitiv.
50	48
51	49		Wir werden die Bibliothek dynamisch laden, so lassen sie uns zuerst beide Funktionen definieren:
52	50
53	51		``` pascal
54	52		type
55	53		TInp32 = function(Address: ShortInt): ShortInt; stdcall;
56	54		TOut32 = procedure(Address: ShortInt; Data: ShortInt); stdcall;
57	55		```
58	56
59	57		- Address ist die Adresse des Ports, auf den sie zugreifen wollen. Out32 sendet Daten zu dem Port, den sie mit Adress spezifiziert haben. Inp32 gibt ein Byte von dem Port zurück, den sie mit Address spezifiziert haben.
60	58
61	59		Nun können wir die Bibliothek laden. Dies kann implementiert werden an einer Stelle wie der OnCreate Methode des Hauptformulars ihres Programms:
62	60
63	61		``` pascal
64	62		type
65	63		TMyForm = class(TForm)
66	64		.........
67	65		private
68	66		{ private declarations }
69	67		Inpout32: THandle;
70	68		Inp32: TInp32;
71	69		Out32: TOut32;
72	70		.........
73	71		implementation
74	72		.........
75	73		procedure TMyForm.FormCreate(Sender: TObject);
76	74		begin
77	75		{$IFDEF WIN32}
78	76		Inpout32 := LoadLibrary('inpout32.dll');
79	77		if (Inpout32 <> 0) then
80	78		begin
81	79		// needs overtyping, plain Delphi's @Inp32 = GetProc... leads to compile errors
82	80		Inp32 := TInp32(GetProcAddress(Inpout32, 'Inp32'));
83	81		if (@Inp32 = nil) then Caption := 'Error';
84	82		Out32 := TOut32(GetProcAddress(Inpout32, 'Out32'));
85	83		if (@Out32 = nil) then Caption := 'Error';
86	84		end
87	85		else Caption := 'Error';
88	86		{$ENDIF}
89	87		end;
90	88		```
91	89
92	90		Wenn sie die Bibliothek bei OnCreate laden, vergessen sie nicht, sie bei OnDestroy zu entladen:
93	91
94	92		``` pascal
95	93		procedure TMyForm.FormDestroy(Sender: TObject);
96	94		begin
97	95		{$IFDEF WIN32}
98	96		FreeLibrary(Inpout32);
99	97		{$ENDIF}
100	98		end;
101	99		```
102	100
103	101		Hier ist ein einfaches Beispiel, wie man die Inp32 Funktion benutzt:
104	102
105	103		``` pascal
106	104		{$IFDEF WIN32}
107	105		myLabel.Caption := IntToStr(Inp32($0220));
108	106		{$ENDIF}
109	107		```
110	108
111	109		Dieser Code wurde getestet mit einer maßgeschneiderten ISA Karte auf Port \$0220, unter Verwendung von Lazarus 0.9.10 mit Windows XP. Natürlich müssen sie Windows in ihrem uses Abschnitt haben damit dieser Code läuft. Für den Einsatz müssen sie nur "inpout32.dll" in das selbe Verzeichnis wie ihre Anwendung einfügen.
112	110
113	111		Dies ist die Homepage für die Bibliothek: [www.logix4u.net/inpout32.htm](http://www.logix4u.net/inpout32.htm)
114	112
115	113		### Verwendung von Assembler unter Windows 9x
116	114
117	115		Unter Windows 9x können sie auch Assembler Code verwenden. Suppose you with to write \$CC to the \$320 port. Der folgende Code erledigt das:
118	116
119	117		``` pascal
120	118		{$ASMMODE ATT}
121	119		...
122	120		asm
123	121		movl $0x320, %edx
124	122		movb $0xCC, %al
125	123		outb %al, %dx
126	124		end ['EAX','EDX'];
127	125		```
128	126
129	127		### Mögliche Fehlerquellen in Windows
130	128
131	129		Eine mögliche Fehlerquelle in Windows bezüglich parallel verwendeter Hardware, die kein "Plug and Play" unterstützt kann darin liegen, dass Windows den von der Hardware benötigten Port einem anderen Gerät zugewiesen hat. Unter der folgenden Adresse können Sie Informationen darüber finden, wie man Windows daran hindern kann, den benötigten Port zu vergeben:
132	130
133	131		<http://support.microsoft.com/kb/135168>
134	132
135	133		### Verwendung von ioperm zum Zugriff auf Ports unter Linux
136	134
137	135		Der beste Weg um auf Hardware unter Linux zuzugreifen, ist durch Gerätetreiber, aber, wegen der Komplexität der Aufgabe, einen Treiber zu erstellen, ist manchmal eine schnelle Methode sehr nützlich.
138	136
139	137		Damit sie die "ports" Unit unter Linux benutzen können, muss ihr Programm als root laufen, und IOPerm muss aufgerufen werden, um eine angemessene Erlaubnis für den Portzugriff zu setzen. Sie können die Dokumentation über die "ports" Unit [hier](http://www.freepascal.org/docs-html/rtl/ports/index.html) finden.
140	138
141	139		Zunächst müssen sie auf glibc verlinken und IOPerm aufrufen. Eine Unit, die auf das ganze glibc verlinkt, existiert in Free Pascal, aber diese Unit macht Probleme, wenn sie direkt von der Anwendung benutzt wird und das statische Verlinken auf die gesamte glibc Bibliothek ist keine sehr gute Idee für eine Multiplattform Anwendung. Die Verwendung plattformspezifischer Funktionen sollte auf ein Minimum reduziert werden.
142	140
143	141		``` pascal
144	142		{$IFDEF Linux}
145	143		function ioperm(from: Cardinal; num: Cardinal; turn_on: Integer): Integer; cdecl; external 'libc';
146	144		{$ENDIF}
147	145		```
148	146
149	147		- "from" repräsentiert den ersten Port auf den zugegriffen wird.
150	148		- "num" ist die Anzahl (number) der Ports nach dem ersten Port, auf den zugegriffen wird, daher wird ioperm(\$220, 8, 1) Zugriff ermöglichen für das Programm auf alle Ports zwischen \$220 and \$227 (einschließlich).
151	149
152	150		Nach dem Verlinken auf OIPerm können sie port\[\<Address\>\] eingeben für den Zugriff auf die Ports.
153	151
154	152		``` pascal
155	153		{$IFDEF Linux}
156	154		i := ioperm($220, 8, 1);
157	155		port[$220] := $00;
158	156		myLabel.Caption := 'ioperm: ' + IntToStr(i);
159	157		i := Integer(port[$220]);
160	158		myOtherLabel.Caption := 'response: ' + IntToStr(i);
161	159		{$ENDIF}
162	160		```
163	161
164	162		Dieser Code wurde mit einer maßgeschneiderten ISA Karte auf Port \$0220 getestet, unter Verwendung von Lazarus 0.9.10 unter Mandriva Linux 2005 und Damn Small Linux 1.5
165	163
166	164		PS: Bei aktuellen Lazarus-Versionen, ist in der Unit "x86", die sowieso von der Unit "ports" aufgerufen wird, die Funktion "ioperm" schon vorhanden, sie hat nur einen anderen Namen "fpIOperm"
167	165
168	166		### Der übliche UNIX Hardwarezugriff
169	167
170	168		``` pascal
171	169		{$IFDEF Unix}
172	170		Uses
173	171		Clib; // retrieve libc library name.
174	172		{$ENDIF}
175	173
176	174		{$IFDEF Unix}
177	175		function ioperm(from: Cardinal; num: Cardinal; turn_on: Integer): Integer; cdecl; external clib;
178	176		{$ENDIF}
179	177		```
180	178
181	179		Beachten sie, dass FPC eine Abstraktion für ioperm genannt "fpioperm" bietet in der [[doc:rtl/x86/index.html\|Unit x86]], und auch out und import Funktionen. Diese Funktionen sind gegenwärtig für Linux/x86 und FreeBSD/x86 implementiert.
182	180
183	181		Es wird nicht empfohlen to link to libc unless absolutely necessary due to possible deployment and portability functions. Also manual linking to libc (by declaring ad hoc libc imports for functions that are available elsewhere) like done above is not recommended (e.g. the above libc import line will unnecessarily fail if the standard C lib is not called libc, wie z.B. libroot unter BeOS (Zeta), oder auf Plattformen mit a non standard C symbol mangling).
184	182
185	183		Anmerkung 2 Die Verwendung von unit_ libc wird nicht empfohlen unter anderen Umständen als der Kylix Kompatibilität. Dies ist so, weil die Unit relativ unportierbar ist (wegen der übermäßigen Beanspruchung von Strukturen und anderen privaten Symbolen) und must only be modified as little as possible out of Kylix compability issues.
186	184
187	185		## Serielle Kommunikation
188	186
189	187		Dies sollte ein einfach zu verstehendes Beispiel sein, wie man mithilfe der [Synaser-Bibliothek](http://synapse.ararat.cz/doku.php) auf eine serielle Schnittstelle zugreifen kann. Für zusätzliche Informationen bitte die [Synaser - Dokumentation](http://synapse.ararat.cz/doc/help/synaser.html) zu verwenden.
190	188
191	189		Wichtig ist, das Programm nicht mit STRG-C zu beenden bzw. die Console zu schließen. Dies ist der Grund, weshalb hier am Anfang auch relativ viel Code steht, der im Prinzip nichts anderes zur Aufgabe hat, als den User noch einmal daran zu erinnern.
192	190
193	191		Wirklich interessant wird es erst in der Prozedur "RS232_connect", in der mit TBlockSerial die Klasse aufgerufen wird und anschließend eine Verbindung zu der unter "ser.Connect" angegebenen Schnittstelle aufgebaut wird (im Beispiel wurde ein USB zu Seriell - Adapter verwendet, deshalb /dev/ttyUSB0 und nicht etwa COM0 o.ä.). Ebenfalls wichtig ist die Zeile mit "ser.Config", in der die serielle Schnittstelle konfiguriert wird (Übertragungsgeschwindigkeit in bits/s, data bits, parity bit, stop bit, handshake, ...).
194	192
195	193		Die Konfiguration in dem angegebenen Beispiel ist so ausgelegt, dass das Programm einfach mit einer seriellen Maus, welche an die serielle Schnittstelle angeschlossen ist, getestet werden kann.
196	194
197	195		``` pascal
198	196		program serialtest;
199	197
200	198		{$mode objfpc}{$H+}
201	199
202	200		uses
203	201		{$IFDEF UNIX}{$IFDEF UseCThreads}
204	202		cthreads,
205	203		{$ENDIF}{$ENDIF}
206	204		Classes,SysUtils,Synaser,Crt
207	205		{ you can add units after this };
208	206
209	207		var l:boolean;
210	208
211	209		function check_affirmation():boolean;
212	210		var k:string;
213	211		begin
214	212		Writeln('Zum Abbrechen der Anwendung bitte nicht STRG-C verwenden, sondern'+
215	213		' irgendeine Taste drücken. Bitte bestätigen sie diesen Hinweis, bevor das Programm'+
216	214		' fortgeführt wird: [0]=Beenden, [1]=Bestätige, fahre fort! ');
217	215		Writeln('Ihre Eingabe: ');
218	216		Read(k);
219	217		if StrtoInt(k) = 1 then
220	218		begin
221	219		check_affirmation:=true;
222	220		Writeln('OK, fahre fort');
223	221		end
224	222		else
225	223		begin
226	224		check_affirmation:=false;
227	225		Writeln('Abbruch');
228	226		end
229	227		end;
230	228
231	229		procedure RS232_connect;
232	230		var
233	231		ser: TBlockSerial;
234	232		begin
235	233		ser:=TBlockSerial.Create;
236	234		try
237	235		ser.Connect('/dev/ttyUSB0');
238	236		Sleep(1000);
239	237		ser.config(1200, 7, 'N', SB1, False, False);
240	238		Write('Device: ' + ser.Device + ' Status: ' + ser.LastErrorDesc +' '+
241	239		Inttostr(ser.LastError));
242	240		Sleep(1000);
243	241		repeat
244	242		Write(IntToHex(ser.RecvByte(10000), 2), ' ');
245	243		until keypressed;
246	244		finally
247	245		Writeln('Serielle Schnittstelle wird freigegeben...');
248	246		ser.free;
249	247		Writeln('Serielle Schnittstelle erfolgreich freigegeben!');
250	248		end;
251	249		end;
252	250
253	251		begin
254	252		l:=check_affirmation();
255	253		if l=true then
256	254		RS232_connect()
257	255		else
258	256		Writeln('Programm beendet');
259	257		end.
260	258		```
261	259
262	260		Der [[Hardware Access\|Externe Links]] Abschnitt enthält UNIX und Windows Tutorials über den seriellen Anschluss.
263	261
264	262		### Raspberry Pi
265	263
266	264		Leider gibt es beim Raspberry Pi ab Zeile 232 bei Synaser eine Fehlermeldung. Dies betrifft bis und mit Version 007.006.001 von Synaser.
267	265
268	266		Dies kann man umgehen, wen den fehlerhaften Const-Block durch folgenden ersetzt.
269	267
270	268		``` pascal
271	269		const
272	270		{$IFDEF UNIX}
273	271		{$IFDEF DARWIN}
274	272		MaxRates = 18; // MAC
275	273		{$ELSE}
276	274		{$IFDEF CPUARM} // <------- hier
277	275		MaxRates = 19;
278	276		{$ELSE}
279	277		MaxRates = 30; // UNIX
280	278		{$ENDIF}
281	279		{$ENDIF}
282	280		{$ELSE}
283	281		MaxRates = 19; // WIN
284	282		{$ENDIF}
285	283		Rates: array[0..MaxRates, 0..1] of cardinal = (
286	284		(0, B0),
287	285		(50, B50),
288	286		(75, B75),
289	287		(110, B110),
290	288		(134, B134),
291	289		(150, B150),
292	290		(200, B200),
293	291		(300, B300),
294	292		(600, B600),
295	293		(1200, B1200),
296	294		(1800, B1800),
297	295		(2400, B2400),
298	296		(4800, B4800),
299	297		(9600, B9600),
300	298		(19200, B19200),
301	299		(38400, B38400),
302	300		(57600, B57600),
303	301		(115200, B115200),
304	302		(230400, B230400)
305	303		{$IFNDEF DARWIN}
306	304		,(460800, B460800)
307	305		{$IFDEF UNIX}
308	306		{$IFNDEF CPUARM} // <------- und hier
309	307		,(500000, B500000),
310	308		(576000, B576000),
311	309		(921600, B921600),
312	310		(1000000, B1000000),
313	311		(1152000, B1152000),
314	312		(1500000, B1500000),
315	313		(2000000, B2000000),
316	314		(2500000, B2500000),
317	315		(3000000, B3000000),
318	316		(3500000, B3500000),
319	317		(4000000, B4000000)
320	318		{$ENDIF}
321	319		{$ENDIF}
322	320		{$ENDIF}
323	321		);
324	322		{$ENDIF}
325	323		```
326	324
327	325		## USB
328	326
329	327		### libusb
330	328
331	329		Eine Cross-Platform-Möglichkeit für Linux, BSDs und macOS ist [libusb](http://libusb.sourceforge.net/).
332	330
333	331		Header gibt es in <http://www.freepascal.org/contrib/db.php3?category=Miscellaneous>:
334	332
335	333		\| Name \| Autor \| Version \| Datum \| Link \| Anmerkungen \|
336	334		\|----\|----\|----\|----\|----\|----\|
337	335		\| libusb.pp \| nowrap \\| Uwe Zimmermann \| 0.1.12 \| nowrap \\| 29.06.2006 \| <http://www.sciencetronics.com/download/fpc_libusb.tgz> \| \|
338	336		\| libusb.pas \| Johann Glaser \| \| nowrap \\| 02.01.2021 \| <https://github.com/hansiglaser/pas-libusb/tree/libusb-1.0> \| enthält auch einen objektorientierten Wrapper \|
339	337		\| fpcusb \| Joe Jared \| 0.11-14 \| nowrap \\| 02.02.2006 \| <http://relays.osirusoft.com/fpcusb.tgz> \| nowrap \\| Download-Link geht nicht \|
340	338
341	339		### FTDI
342	340
343	341		Verwendet man Chips von [FTDI](http://www.ftdichip.com/), kann man die Pascal Header für ihr dll Interface benutzen.
344	342
345	343		## Externe Links
346	344
347	345		Kommunikationsprotokolle Geschwindigkeitsvergleich:
348	346
349	347		1. <http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_port#Speed>
350	348		2. <http://www.lvr.com/jansfaq.htm> - Jan Axelson's Parallel Port FAQ
351	349		3. <http://en.wikipedia.org/wiki/USB#Transfer_Speed>
352	350		4. <http://en.wikipedia.org/wiki/PCI#Conventional_PCI_bus_specifications>
353	351
354	352		Serielle Kommunikation Links:
355	353
356	354		1. Unter UNIX: [1](http://www.easysw.com/~mike/serial/serial.html)
357	355		2. Unter Windows: <http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dnfiles/html/msdn_serial.asp>
358	356		3. Synaser Komponente: <http://synapse.ararat.cz/>
359	357		4. Comport Delphi package: <http://sourceforge.net/projects/comport/>
360	358
361	359		ISA Digital Oscilloscope - Ein Beispiel für Hardwarezugriff mit dem vollständigen Source-Code:
362	360
363	361		[2](http://eletronicalivre.incubadora.fapesp.br/portal/english/oscilloscope/)\
364		-	\
365	362
366	363		---
367	364		From the Free Pascal wiki, page "Hardware Access/de", as it stood on 2021-01-02 after a change by Hansiglaser, out of the wiki's dump of 2024-05-26. Copyright stays with the author who wrote it, according to the old wiki's [[Licensing]] page. If you have concerns about this material, [message the admin](/wiki-contact).

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