Die Integration von IEEE1394 Komponenten mittels Microsoft ActiveX-Technologie in LabVIEW

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1 Microsoft ActiveX-Technologie in LabVIEW Allgemeines Ch. Madritsch, Th. Klinger, H. Sterner Carinthia Tech Institute Technikum Kärnten Fachhochschulstudiengänge, Labor für serielle Bussysteme Ein vorrangiges Ziel der Automatisierungsindustrie ist es, Hardwarekomponenten basierend auf dem seriellen Bussystem IEEE1394 (FireWire, ilink ) in LabVIEW zu integrieren. Damit ist es erstmals möglich, digitale Kommandodaten und digitale Videodaten auf einem gemeinsamen breitbandigen Medium zu übertragen. Um diese Integration anschaulich zu erklären, wird im folgenden eine Videokamera beschrieben, deren Videodaten auf einem PC angezeigt werden und die zusätzlich über eine PC-Oberfläche bewegt werden kann. Diese Moving Camera (Abbildung 1) besteht aus zwei Hardwarekomponenten: Einer Sony IEEE1394-Kamera, welche digitale Videodaten in VGA-Auflösung mit 30 Bildern pro Sekunde liefert, und einem IEEE1394 Motion Controller, welcher Schwenk- (Pan) und Neigebewegungen (Tilt) ermöglicht. Weiters besteht die Hardwarekonfiguration aus einem Windows NT-PC mit IEEE1394 PCI- Einsteckkarte. Abbildung 1 Die Einbindung der Moving Camera in LabVIEW erfolgt mittels Microsoft ActiveX-Technologie. Die verwendete ActiveX-Schnittstelle ermöglicht sowohl das Einstellen der gesamten Moving Camera-Parameter als auch das Steuern des Bewegungsablaufes. Die Anzeige der Videodaten erfolgt im Darstellungsbereich des Moving Camera ActiveX Controls; Einzelbilder, die zur Bildverarbeitung mit IMAQ benötigt werden, sind ebenfalls über die ActiveX- Schnittstelle abrufbereit. Microsoft ActiveX-Technologie in LabVIEW Seite 1 von 9

2 IEEE1394 Grundlagen Das IEEE1394 Bussystem, heute unter den Bezeichnungen FireWire und ilink bekannt, wurde 1985 von Apple entwickelt. Damals wurde es als Apple Desktop Bus (ADB) bezeichnet und hatte zum Ziel als schnelles serielles Bussystem, alle bestehenden Schnittstellen in PCs und Multimedia Geräten zu ersetzen (Abbildung 2). Abbildung 2 Im Jahre 1995 wurde das Bussystem vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) standardisiert und bekam die Bezeichnung IEEE Die grundlegenden Eigenschaften des IEEE1394 sind zum einen, daß es ein serielles Bussystem ist, also mit relativ wenigen elektrischen Leitungen auskommt (im Minimalfall vier Leitungen); zum anderen ermöglicht es Datenübertragungsraten von derzeit bis zu 400Mbps (Megabit pro Sekunde). Diese Eigenschaften machen es sowohl für multimediale als auch für industrielle Applikationen nutzbar. In der folgenden Aufzählung sind weitere Eigenschaften aufgeführt und die wichtigsten davon erklärt: Gleichzeitige Unterstützung von unterschiedlichen Übertragungsraten (Abbildung 3). Derzeit werden 100Mbps, 200Mbps und 400Mbps unterstützt, in Kürze auch 800Mbps. Geplante Übertragungsraten sind 1.6Gbps (Gigabit pro Sekunde) und 3.2Gbps. Abbildung 3 Microsoft ActiveX-Technologie in LabVIEW Seite 2 von 9

3 Derzeit werden drei Arten von Übertragungsmedien unterstützt: Kupferkabel (bis 20m möglich, 4.5m mit Spannungsversorgung), Plastikfaserkabel (bis 50m möglich) und Glasfaserkabel (bis 1000m möglich). Zukünftige Übertragungsmedien sind Infrarot- und Funkstrecken. Auf jedem Bussegment können bis zu 63 Geräte betrieben werden. Mit Hilfe von Bridges können bis zu 1023 Bussegmente verbunden werden. Zwei unterschiedliche Übertagungsarten (Abbildung 4) werden gleichzeitig unterstützt: asynchrone und isochrone Übertragung. Asynchrone Übertragung bedeutet, daß der Absender einer Nachricht eine Bestätigung über den Sendevorgang erhält und somit weiß, ob die Übertragung erfolgreich war oder nicht. Isochrone Übertragung bedeutet, daß ein Absender in definierten Zeitintervallen (Iso = gleich, chronos = Zeit; gleiche Zeit) eine Nachricht versenden darf. Er erhält allerdings keine Bestätigung über den Erfolg des Sendevorganges. Asynchrone Datenübertragung eignet sich hervorragend zum Versenden von Kommandodaten. In diesem Fall ist es nicht von Interesse den genauen Zeitpunkt der Übertragung zu kenne, sondern es ist wichtiger den Status der Übertragung (erfolgreich oder fehlerhaft) zu erfahren. Isochrone Datenübertragung ist ideal zum Übertragen von Echtzeitdaten, wie z.b. Video, Audio oder zyklische Meßdaten. Hier wird garantiert, wann ein Datenpaket versandt wurde. Abbildung 4 Hot Plug and Play Unterstützung; Busteilnehmer können im Betrieb vom Bus an- und abgesteckt werden. Das bedeutet gleichzeitig, daß sich der Bus automatisch konfiguriert. Eine manuelle Vergabe von z.b. Geräteadressen ist nicht notwendig und möglich. Die meisten großen Hardware- und Softwarehersteller unterstützen bereits heute den IEEE1394 Bus. Darunter sind Firmen wie Microsoft, Sony, NEC, Philips, National Instruments und viele andere. Die Produktpalette reicht von PC Equipment über Audio-Video Geräte bis zu Meßgeräten oder industriellen Kameras. IEEE1394 wird in Zukunft einen starken Einzug in die Automationsindustrie nehmen. Im nächsten Abschnitt wird ein einfaches System vorgestellt, welches die meisten Features des IEEE1394 verwendet. Microsoft ActiveX-Technologie in LabVIEW Seite 3 von 9

4 Moving Camera In Abbildung 5 ist das gesamte Moving Camera System dargestellt. Die Moving Camera ist mit einem einzigen IEEE1394 Kabel an einen PC angeschlossen. Über das Businterface werden sowohl die asynchronen Steuerinformationen als auch die isochronen Videodaten übertragen. Die Spannungsversorgung der Moving Camera wird ebenfalls vom IEEE1394 Businterface zur Verfügung gestellt. Im PC befindet sich eine IEEE1394 PCI Einsteckkarte. Die gesamte Hardware wird von zwei ActiveX Controls gesteuert, welche in einer LabVIEW Applikation eingebettet sind. Abbildung 5 Die folgende Aufzählung gibt einen Überblick über die verwendeten Hardware Komponenten der Moving Camera: Digitale Kamera mit IEEE1394 Businterface von Sony (DFW-VL500) Mikrokontroller- Board (386SX, 24MHz, PC104 Businterface) IEEE1394 Businterface 200Mbps (PC104 Businterface, vom Technikum Kärnten entwickelt) Motion-Controller zur Ansteuerung von zwei DC Motoren mit Inkrementalgebern (PC104 Businterface, von Technikum Kärnten entwickelt) Aluminium-Grundplatte mit DC Motoren und Getriebeeinheiten (vom Technikum Kärnten entwickelt) Aufgrund des PC104 Bussystems zur Verbindung der einzelnen Hardwarekomponenten untereinander ist das System einfach zu erweitern (z.b. mit einem Analog/Digital Wandler Board zum Messen von elektrischen Größen). Die Abbildung 1 zeigt ein Foto der Moving Camera. Microsoft ActiveX-Technologie in LabVIEW Seite 4 von 9

5 ActiveX Grundlagen Der Markenname ActiveX beschreibt eine Anzahl von Technologien, die es ermöglichen, Softwarekomponenten zu entwickeln, welche von Applikationen benützt werden können, unabhängig davon, in welcher Programmiersprache sie implementiert wurden. Die ActiveX Technologie basiert auf dem Component Object Model (COM) von Microsoft. ActiveX definiert folgende Begriffe: Methoden (methods) sind Funktionen, die aufgerufen werden können; Eigenschaften (properies) sind Parameter, die verändert werden können und Ereignisse (events) sind Zustandsänderungen, die kommuniziert werden können. Ein ActiveX Control ist für sich alleine betrachtet nicht lauffähig. Es benötigt immer einen sogenannten Container. Dieser Container nimmt das Control auf und kann die Methoden, Eigenschaften und Ereignisse prozessieren. Wenn ein ActiveX Control in einem Container verwendet werden soll, fordert er vom Betriebssystem eine Schnittstelle an, die das Control beschreibt. Wenn das Betriebssystem in der Lage ist, dem Container die gewünschte Schnittstelle zur Verfügung zu stellen, kann der Container in weitere Folge die Methoden, Eigenschaften und Ereignisse über direkt Aufrufe (Pointer) ansprechen. Aus dieser Sichtweise heraus kann die ActiveX Technologie als der Nachfolger von Dynamic Link Libraries (DLL) gesehen werden. Der einzige wesentliche Unterschied besteht darin, daß nicht der Anwendungsprogrammierer das ActiveX Control verwalten muß, sondern das Betriebssystem übernimmt diese Aufgabe. Das hat zum Vorteil, daß Probleme wie die Versionsverwaltung nicht mehr auftreten können. Als Container können beliebige Applikationen dienen. Alle gängigen Entwicklungssysteme wie Microsoft Visual C++, Visual Basic, Visual Java++, Borland Systeme und natürlich die Systeme von National Instruments wie LabVIEW, LabWindows, BridgeView können ActiveX verwenden. In diesen Systemen wird zur Programmierzeit festgelegt, welche ActiveX Controls verwendet werden. Es gibt allerdings auch Container, wie der Internet Explorer, welche die Verwendung erst zur Laufzeit festlegen. In LabVIEW gibt es spezielle Toolboxen (Abbildung 6), welche die Verwendung von ActiveX Controls ermöglichen. Abbildung 6 Microsoft ActiveX-Technologie in LabVIEW Seite 5 von 9

6 Die IEEE1394 Moving Camera Funktionalität wird mit Hilfe von zwei ActiveX Controls implementiert. Das erste Control, IEEE1394 Move genannt, besitzt die notwendigen Methoden und Eigenschaften zum Steuern der Bewegungseinheit. In Tabelle 1 sind die wichtigsten Methoden, Eigenschaften und Ereignisse aufgelistet und kurz beschrieben. Name Typ Beschreibung Initialize Methode Initialisiert das ActiveX Control ReferenceDrive Methode Fährt beide Motoren in Nullposition MoveUp Methode Schwenkbewegung nach oben MoveDown Methode Schwenkbewegung nach unten MoveLeft Methode Drehbewegung nach links MoveRight Methode Drehbewegung nach Rechts Velocity Eigenschaft Verfahrgeschwindigkeit Acceleration Eigenschaft Verfahrbeschleunigung Position Eigenschaft Sollposition ReferenceDriveComplete Ereignis Nullposition erreicht Tabelle 1 Move Control Das zweite Control, IEEE1394 Camera genannt, beinhaltet die Methoden und Eigenschaften zum Steuern der digitalen Kamera (Tabelle 2). Name Typ Beschreibung Initialize Methode Initialisiert das ActiveX Control StartCamera Methode Startet die Bildwiedergabe StopCamera Methode Stoppt die Bildwiedergabe SetImagePixelPointer Methode Übergibt den IMAQ Bildzeiger Zoom Eigenschaft Zoom verändern Focus Eigenschaft Focus verändern Tabelle 2 Camera Control Beide Controls greifen direkt auf den IEEE1394 Bus zu, um die entsprechenden Komponenten anzusprechen. Microsoft ActiveX-Technologie in LabVIEW Seite 6 von 9

7 Einbindung in LabVIEW Der erste Schritt zum Einbinden der beiden ActiveX Controls in LabVIEW ist, sie in LabVIEW zu importieren. Danach sind sie in den Toolboxen von LabVIEW verfügbar. Wenn ein ActiveX Control im Diagramm von LabVIEW plaziert wird, entsteht eine Referenz auf dieses und im Panel wird der Anwendungsbereich des Controls angezeigt. Als nächstes kann mit Hilfe der ActiveX Toolbox auf die Methoden und Eigenschaften zugegriffen werden. Dafür ist es notwendig, die Referenz im Diagramm entweder mit dem Invoke Node (zum Aufrufen der Methoden) oder dem Property Node (zum Aufrufen der Eigenschaften) zu verbinden. Als letztes kann im Invoke oder Property Node auf die Liste der verfügbaren Methoden oder Eigenschaften zugegriffen werden. Ein einfaches Diagramm, welches die Verwendung von Invoke Nodes zeigt, ist in Abbildung 7 zu sehen. Abbildung 7 Darin ist ebenfalls ersichtlich, daß bei Methoden, die Aufrufparameter besitzen, diese im entsprechenden Invoke Node mit dem vollen Namen angezeigt werden. Das ist im Gegensatz zu DLL-Aufrufen, die die Parameter nicht anzeigen, eine sehr nützliche Verbesserung. Die Abbildung 8 zeigt die Verwendung von Property Nodes. Abbildung 8 Microsoft ActiveX-Technologie in LabVIEW Seite 7 von 9

8 Wenn ebenfalls Ereignisse vom ActiveX Control verarbeitet werden, so muß zunächst eine Event Queue geöffnet werden; dann kann erst auf das Ereignis gewartet werden. Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, so muß die Event Queue wieder geschlossen werden. In Abbildung 9 ist dieser Ablauf dargestellt. Abbildung 9 Die Abbildung 10 zeigt das User-Interface der Moving Camera Applikation. Im oberen Bereich wird das Live-Video angezeigt und im unteren Bereich befinden sich die notwendigen Steuerelemente für die Steuerung der Bewegung. Auf der rechten Seite befinden sich einige generelle Steuerelemente zum Initialisieren und Einstellen der Moving Camera Parameter. Abbildung 10 Im Fall der Moving Camera LabVIEW Applikation beschränkt sich die Ablaufprogrammierung auf einfaches Aufrufen der Methoden und Parameter der beiden ActiveX Controls. Da die Camera-Daten im LabVIEW Programm nicht nur angezeigt sondern auch tatsächlich vorhanden sind, können diese mit Toolboxen wie z.b. IMAQ Vision weiterverarbeitet werden. Mit dieser Technologie stehen dem Benutzer eine Fülle von Möglichkeiten zur Verfügung um IEEE1394 Komponenten in LabVIEW zu verwenden. Microsoft ActiveX-Technologie in LabVIEW Seite 8 von 9

9 Literaturhinweise [1] Th. Klinger, Ch. Madritsch: Interaktive Steuerung des Villacher Rathausplatz-Brunnens durch Bildverarbeitung mittels NI-IMAQ, eingereicht zum 5. Kongreß für Industrielle Meß- und Automatisierungstechnik (VIP 2000), 1999 [2] Th. Klinger, Ch. Madritsch, H. Sterner: Moving Camera supports EMC Test Automation, Presentation NIWeek, 1999 [3] Th. Klinger, Ch. Madritsch: Object Detection an Counting in Public Places, Presentation at NIDay 99 in Vienna, Austria [4] IEEE Std for a High Performance Serial Bus, Institute of Electrical and Electronics Engineers [5] D. Anderson: FireWire System Architecture, Addison Wesley [6] LabVIEW User Manual, National Instruments [7] A. Denning: ActiveX Controls Inside Out, Microsoft Press Autorenhinweis Ing. Christian Madritsch Project Engineer R&D Laboratory for Serial Bus Systems IEEE1394 Carinthia Tech Institute / School of Electronics Richard Wagner Str. 19 A-9500 Villach Tel Fax Web Dr. Thomas Klinger Project Manager R&D Laboratory for Serial Bus Systems IEEE1394 Carinthia Tech Institute / School of Electronics Richard Wagner Str. 19 A-9500 Villach Tel Fax Web Hermann Sterner Project Engineer R&D Laboratory for Serial Bus Systems IEEE1394 Carinthia Tech Institute / School of Electronics Richard Wagner Str. 19 A-9500 Villach Tel Fax Web Microsoft ActiveX-Technologie in LabVIEW Seite 9 von 9

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