リアルタイムOSコントローラ e-RT3 （Goから制御編）

1.はじめに

横河電機の「リアルタイムOSコントローラ（e-RT3）」における入出力モジュールの制御を、Go言語から制御する方法をまとめてみました。

目標としては、前回記事のように、Golangから出力リレーの操作、入力の検知ができることとしています。

リアルタイムOSコントローラ e-RT3 関連記事

第1回	セットアップ編
第2回	入出力ユニット編　(PythonとC言語から制御)
第3回	Elixirから制御編
第4回	ROS2から制御編
第5回	Rustから制御編
第6回（今回）	Goから制御編

2.考え方

cgoという仕組みを使って、共有ライブラリにアクセスして、e-RT3のIOを操作します。

大ざっぱな操作の流れのイメージは下記の通りです。

[Go]
　↓
[cgo] -> [libm3.so] -> e-RT3のIOユニット

名称	役割
libm3.so	e-RT3のIOユニット制御のライブラリ（メーカから提供）

libm3.soの配置状況

コマンドライン

$ ls -l /usr/local/lib
total 692
lrwxrwxrwx 1 root root      19 Mar 21  2020 libert3dgc.so -> libert3dgc.so.1.1.1
lrwxrwxrwx 1 root root      19 Mar 21  2020 libert3dgc.so.1 -> libert3dgc.so.1.1.1
-rw-r--r-- 1 root root  662644 Mar 17  2020 libert3dgc.so.1.1.1
lrwxrwxrwx 1 root root      14 Mar  5  2019 libm3.so -> libm3.so.1.0.1
lrwxrwxrwx 1 root root      14 Mar  5  2019 libm3.so.1 -> libm3.so.1.0.1
-rw-r--r-- 1 root root   36348 Mar  5  2019 libm3.so.1.0.1

3.Goのインストール

e-RT3のOSはubuntu18.04ですので、aptでインストールします。

コマンドライン

$ sudo apt install golang
（ここでインストールが始まります）

$ go version
go version go1.10.4 linux/arm

4.Goで共有ライブラリの関数を呼び出す仕組み

cgoという仕組みを使います。

ソース例

たとえば、「libmine.so」という共有ライブラリに下記add関数が定義されているとします。

mine.c

//引数２つの値の和を返す
int add(int a, int b)
{
    return(a + b);
}

上記を共有ライブラリとしてビルドします。

コマンドライン

$ gcc -fPIC -shared -o libmine.so mine.c

次に、goから下記のコードで呼び出します。

main.go

package main

/*
#cgo LDFLAGS: -ldl
#include <dlfcn.h>

//ここにライブラリの関数の型を定義
int call_func_add(void* p, int a, int b) {
    int (*func)(int a, int b) = p;
    return func(a, b);
}
*/
import "C"
import "fmt"

func main() {


    //共有ライブラリを開く
    handle := C.dlopen(C.CString("<共有ライブラリのパス>/libmine.so"), C.RTLD_LAZY)
    if handle == nil {
        //ライブラリが開けなかった
        panic("Failed to open shared object.")
    }
    defer C.dlclose(handle)

    //関数のポインタを取得
    sharedfunc := C.dlsym(handle, C.CString("add"))
    if sharedfunc == nil {
        //取得できなかった
        panic("Could not found function pointer.")
    }

    //関数を実行して結果を表示
    fmt.Printf(" add : %v\n", C.call_func_add(sharedfunc, 1, 2))
}

実行例

共有ライブラリのadd関数を使って、足し算の結果を取得しています。

コマンドプロンプト

$ go run main.go
 add : 3

5.ソースコード

長くなるので、主要な部分だけ抜粋してます。

※※まだGithubにソースを上げていません(21/5/29時点)※※

新規にディレクトリを作成します。

コマンドライン

$ cd gitwork/go
$ mkdir ert3io
$ cd ert3io
$ mkdir libm3

e-RT3の共有ライブラリlibm3.soを操作するパッケージを作ります。

libm3/libm3.go

package libm3

// ---------------------------------------------
// Golang API Drivers for e-RT3 Relay
// ---------------------------------------------
// Copyright (c) 2021 myasu
// MIT Licence
// ---------------------------------------------

//cgoで共有ライブラリの呼び出しを定義

/*
#cgo LDFLAGS: -ldl
#include <dlfcn.h>

//リレー出力：ブロック
int write_out_relay_call(void* p, int unit, int slot, int pos, int num, unsigned int *data, unsigned int *mask) {
    int (*func)(int unit, int slot, int pos, int num,  unsigned int *data, unsigned int *mask) = p;
    return func(unit, slot, pos, num, &data[0], &mask[0]);
}

･･･（省略）･･･

//リレー入力・ブロック
int read_in_relay_call(void* p, int unit, int slot, int pos, int num, unsigned short *data) {
    int (*func)(int unit, int slot, int pos, int num, unsigned short *data) = p;
    return func(unit, slot, pos, num, &data[0]);
}

･･･（省略）･･･

*/
import "C"

//libm3のパス
const PATHLIBM3 = "/usr/local/lib/libm3.so"

//リレー出力：ブロック
//Description.
//呼び出し先：writeM3OutRelay
// * `unit` - ユニット番号を指定（0～7）
// * `slot` - スロット番号を指定（1～16）
// * `pos` - 出力リレー番号を指定（1, 17, 33, 49）
// * `data` - 書き込みデータ
// * `mask` - 書き込みデータマスク
//Return.
// * 0: Successful , 1: Error
func Write_out_relay(unit int32, slot int32, pos int32, data uint32, mask uint32) int {

    //共有ライブラリを開く
    handle := C.dlopen(C.CString(PATHLIBM3), C.RTLD_LAZY)
    if handle == nil {
        //ライブラリが開けなかった
        panic(errormes("Failed to open shared object."))
    }
    defer C.dlclose(handle)

    //関数のポインタを取得
    sharedfunc := C.dlsym(handle, C.CString("writeM3OutRelay"))
    if sharedfunc == nil {
        //取得できなかった
        panic(errormes("Could not found function pointer."))
    }

    //書き込みデータを配列に代入
    writedata := [...]uint32{(0xffff & (data >> 16)), (0xffff & data), 0, 0}
    writemask := [...]uint32{0xffff & (mask >> 16), 0xffff & mask, 0, 0}

    //関数を実行
    result := C.write_out_relay_call(
        sharedfunc, C.int(unit), C.int(slot), C.int(pos), C.int(2),
        (*C.uint)(&writedata[0]), (*C.uint)(&writemask[0]))

    //実行結果を返す
    return (int(result))
}

･･･（省略）･･･

///リレー入力：ブロック
///Description.
///呼び出し先：readM3InRelayP
/// * `unit` - ユニット番号を指定（0～7）
/// * `slot` - スロット番号を指定（1～16）
//Return.
// * 0: Successful , 1: Error
func Read_in_relay(unit int32, slot int32) int32 {
    handle := C.dlopen(C.CString(PATHLIBM3), C.RTLD_LAZY)
    if handle == nil {
        panic(errormes("Failed to open shared object."))
    }
    defer C.dlclose(handle)

    sharedfunc := C.dlsym(handle, C.CString("readM3InRelay"))
    if sharedfunc == nil {
        panic(errormes("Could not found function pointer."))
    }

    //入力値の受け変数
    var dataread [4]uint16
    //関数を実行
    result := C.read_in_relay_call(sharedfunc, C.int(unit), C.int(slot), C.int(1), C.int(2), (*C.ushort)(&dataread[0]))
    if result >= 0 {
        //返り値がSuccessful
        //読み込んだデータを変換して返す
        val := (dataread[1] << 16) | dataread[0]
        return (int32(val))
    } else {
        //返り値がError
        return (-1)
    }
}

･･･（省略）･･･

//エラーメッセージの生成
//Description.
// * `message` - エラーメッセージの文字列
func errormes(message string) string {
    str := "! <ERROR> : "
    str += message
    return (str)
}

上記を操作します。

main.go

package main

// ---------------------------------------------
// Goでe-RT3のIOを操作するテスト
//
// （ベースユニットの配置）
// Slot 2: YD（出力）
// Slot 3: XD（入力）
// ---------------------------------------------
// Copyright (c) 2021 myasu
// MIT Licence
// ---------------------------------------------

import (
    "./libm3"
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    fmt.Println(" ---  libm3 test  ---")

    out_relay()

    in_relay()

    fmt.Println(" done.")
}

/// ---------------------------------------------
/// 各動作チェック用関数
/// ---------------------------------------------

///リレー出力・ブロックまとめて点灯/消灯
func out_relay() {
    fmt.Println(" ---  > Output Block")
    //順番にON・OFF
    for i := 1; i < 4; i++ {
        fmt.Printf(" > Output:  ON %v\n", i)
        //                             点灯データ   マスク:1で有効
        libm3.Write_out_relay(0, 2, 1, 0xf0f0a0a0, 0xffffffff)
        time.Sleep(time.Millisecond * 300)
        fmt.Printf(" > Output: OFF %v\n", i)
        //                             点灯データ   マスク:1で有効
        libm3.Write_out_relay(0, 2, 1, 0x0f0f0a0a, 0xffffffff)
        time.Sleep(time.Millisecond * 300)
    }
}

///リレー入力・ブロックまとめて読み込み
func in_relay() {
    fmt.Println(" ---  > Input Block")
    //順番にON・OFF
    for i := 1; i < 10; i++ {
        fmt.Printf(" > Input : %v\n", libm3.Read_in_relay(0, 3))
        time.Sleep(time.Millisecond * 300)
    }
}

実行例

YDの出力が数回点滅した後、XDの入力状態を500ms毎に10回読み込んで入力状態を数値で表示します。

コマンドライン

$ go run main.go
 ---  libm3 test  ---
 ---  > Output Block
 > Output:  ON 1
 > Output: OFF 1
 > Output:  ON 2
 > Output: OFF 2
 > Output:  ON 3
 > Output: OFF 3
 ---  > Input Block
 > Input : 1
 > Input : 3
 > Input : 7
 > Input : 15
 > Input : 1
 > Input : 0
 > Input : 2
 > Input : 0
 > Input : 0
 done. 

6.おわりに

最近、C#ばかり書いてたので、久しぶりにポインタ周りを思い出しました･･･（cgoを使うところ）
ひとまず、Python→Elixir→Rust→Golangまで、最近の主要な言語での手順を開拓しました。
いろんな言語で、e-RT3の開発を楽しんでいきましょう！

（今度は何しよう・・・？）

参考資料

• 本記事のソースコード
  • （準備中）
• 共有ライブラリへのアクセス
  • https://golang.org/cmd/cgo/
  • https://qiita.com/neko-neko/items/e6bcc9e307646241e226
  • https://alucky4416.hatenablog.com/entry/2019/05/18/000403　
  • https://www.kaoriya.net/blog/2020/12/06/yukkuri-go/