altos: Remove APRS sine-wave table
[fw/altos] / src / drivers / ao_aprs.c
1 /** 
2  * http://ad7zj.net/kd7lmo/aprsbeacon_code.html
3  *
4  * @mainpage Pico Beacon
5  *
6  * @section overview_sec Overview
7  *
8  * The Pico Beacon is an APRS based tracking beacon that operates in the UHF 420-450MHz band.  The device utilizes a 
9  * Microchip PIC 18F2525 embedded controller, Motorola M12+ GPS engine, and Analog Devices AD9954 DDS.  The device is capable
10  * of generating a 1200bps A-FSK and 9600 bps FSK AX.25 compliant APRS (Automatic Position Reporting System) message.
11
12
13  *
14  * @section history_sec Revision History
15  *
16  * @subsection v305 V3.05
17  * 23 Dec 2006, Change include; (1) change printf format width to conform to ANSI standard when new CCS 4.xx compiler released.
18  *
19  *
20  * @subsection v304 V3.04
21  * 10 Jan 2006, Change include; (1) added amplitude control to engineering mode,
22  *                                     (2) corrected number of bytes reported in log,
23  *                                     (3) add engineering command to set high rate position reports (5 seconds), and
24  *                                     (4) corrected size of LOG_COORD block when searching for end of log.
25  *
26  * @subsection v303 V3.03
27  * 15 Sep 2005, Change include; (1) removed AD9954 setting SDIO as input pin, 
28  *                                     (2) additional comments and Doxygen tags,
29  *                                     (3) integration and test code calculates DDS FTW,
30  *                                     (4) swapped bus and reference analog input ports (hardware change),
31  *                                     (5) added message that indicates we are reading flash log and reports length,
32  *                                     (6) report bus voltage in 10mV steps, and
33  *                                     (7) change log type enumerated values to XORed nibbles for error detection.
34  *
35  *
36  * @subsection v302 V3.02
37  * 6 Apr 2005, Change include; (1) corrected tracked satellite count in NMEA-0183 $GPGGA message,
38  *                                    (2) Doxygen documentation clean up and additions, and
39  *                                    (3) added integration and test code to baseline.
40  *
41  * 
42  * @subsection v301 V3.01
43  * 13 Jan 2005, Renamed project and files to Pico Beacon.
44  *
45  *
46  * @subsection v300 V3.00
47  * 15 Nov 2004, Change include; (1) Micro Beacon extreme hardware changes including integral transmitter,
48  *                                     (2) PIC18F2525 processor,
49  *                                     (3) AD9954 DDS support functions,
50  *                                     (4) added comments and formatting for doxygen,
51  *                                     (5) process GPS data with native Motorola protocol,
52  *                                     (6) generate plain text $GPGGA and $GPRMC messages,
53  *                                     (7) power down GPS 5 hours after lock,
54  *                                     (8) added flight data recorder, and
55  *                                     (9) added diagnostics terminal mode.
56  *
57  * 
58  * @subsection v201 V2.01
59  * 30 Jan 2004, Change include; (1) General clean up of in-line documentation, and 
60  *                                     (2) changed temperature resolution to 0.1 degrees F.
61  *
62  * 
63  * @subsection v200 V2.00
64  * 26 Oct 2002, Change include; (1) Micro Beacon II hardware changes including PIC18F252 processor,
65  *                                     (2) serial EEPROM, 
66  *                                     (3) GPS power control, 
67  *                                     (4) additional ADC input, and 
68  *                                     (5) LM60 temperature sensor.                            
69  *
70  *
71  * @subsection v101 V1.01
72  * 5 Dec 2001, Change include; (1) Changed startup message, and 
73  *                                    (2) applied SEPARATE pragma to several methods for memory usage.
74  *
75  *
76  * @subsection v100 V1.00
77  * 25 Sep 2001, Initial release.  Flew ANSR-3 and ANSR-4.
78  * 
79
80
81  *
82  *
83  * @section copyright_sec Copyright
84  *
85  * Copyright (c) 2001-2009 Michael Gray, KD7LMO
86
87
88  *
89  *
90  * @section gpl_sec GNU General Public License
91  *
92  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
93  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
94  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
95  *  (at your option) any later version.
96  *
97  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
98  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
99  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
100  *  GNU General Public License for more details.
101  *
102  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
103  *  along with this program; if not, write to the Free Software
104  *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
105  *  
106
107
108  * 
109  * 
110  * @section design Design Details
111  *
112  * Provides design details on a variety of the components that make up the Pico Beacon.
113  *
114  *  @subpage power
115  */
116
117 /**
118  *  @page power Power Consumption
119  *
120  *  Measured DC power consumption.
121  * 
122  *  3VDC prime power current 
123
124  *
125  *    7mA Held in reset 
126
127  *   18mA Processor running, all I/O off 
128
129  *  110mA GPS running 
130
131  *  120mA GPS running w/antenna 
132
133  *  250mA DDS running and GPS w/antenna 
134
135  *  420mA DDS running, GPS w/antenna, and PA chain on with no RF 
136
137  *  900mA Transmit 
138
139  *
140  */
141
142 #ifndef AO_APRS_TEST
143 #include <ao.h>
144 #endif
145
146 #include <ao_aprs.h>
147
148 typedef int bool_t;
149 typedef int32_t int32;
150 #define false 0
151 #define true 1
152
153 // Public methods, constants, and data structures for each class.
154
155 void ddsInit();
156 void ddsSetAmplitude (uint8_t amplitude);
157 void ddsSetOutputScale (uint16_t amplitude);
158 void ddsSetFSKFreq (uint32_t ftw0, uint32_t ftw1);
159 void ddsSetFreq (uint32_t freq);
160 void ddsSetFTW (uint32_t ftw);
161
162 uint16_t sysCRC16(uint8_t *buffer, uint8_t length, uint16_t crc);
163
164 uint8_t timeGetTicks();
165 void timeInit();
166 void timeSetDutyCycle (uint8_t dutyCycle);
167 void timeUpdate();
168
169 void tncInit();
170 void tnc1200TimerTick();
171 void tncTxByte (uint8_t value);
172 void tncTxPacket(void);
173
174 /** @} */
175
176 /**
177  *  @defgroup sys System Library Functions
178  *
179  *  Generic system functions similiar to the run-time C library.
180  *
181  *  @{
182  */
183
184 /**
185  *    Calculate the CRC-16 CCITT of buffer that is length bytes long.
186  *    The crc parameter allow the calculation on the CRC on multiple buffers.
187  *
188  *    @param buffer Pointer to data buffer.
189  *    @param length number of bytes in data buffer
190  *    @param crc starting value
191  *
192  *    @return CRC-16 of buffer[0 .. length]
193  */
194 uint16_t sysCRC16(uint8_t *buffer, uint8_t length, uint16_t crc)
195 {
196     uint8_t i, bit, value;
197
198     for (i = 0; i < length; ++i) 
199     {
200         value = buffer[i];
201
202         for (bit = 0; bit < 8; ++bit) 
203         {
204             crc ^= (value & 0x01);
205             crc = ( crc & 0x01 ) ? ( crc >> 1 ) ^ 0x8408 : ( crc >> 1 );
206             value = value >> 1;
207         } // END for
208     } // END for
209
210     return crc ^ 0xffff;
211 }
212
213 /** @} */
214
215 /**
216  *  @defgroup rtc Real Time Interrupt tick
217  *
218  *  Manage the built-in real time interrupt.  The interrupt clock PRI is 104uS (9600 bps).
219  *
220  *  @{
221  */
222
223 /// A counter that ticks every 100mS.
224 uint8_t timeTicks;
225
226 /// Counts the number of 104uS interrupts for a 100mS time period.
227 uint16_t timeInterruptCount;
228
229 /// Counts the number of 100mS time periods in 1 second.
230 uint8_t time100ms;
231
232 /// System time in seconds.
233 uint8_t timeSeconds;
234
235 /// System time in minutes.
236 uint8_t timeMinutes;
237
238 /// System time in hours.
239 uint8_t timeHours;
240
241 /// Desired LED duty cycle 0 to 9 where 0 = 0% and 9 = 90%.
242 uint8_t timeDutyCycle;
243
244 /// Current value of the timer 1 compare register used to generate 104uS interrupt rate (9600bps).
245 uint16_t timeCompare;
246
247 /// 16-bit NCO where the upper 8-bits are used to index into the frequency generation table.
248 uint16_t timeNCO;
249
250 /// Audio tone NCO update step (phase).
251 uint16_t timeNCOFreq;
252
253 /// Counter used to deciminate down from the 104uS to 833uS interrupt rate.  (9600 to 1200 baud) 
254 uint8_t timeLowRateCount;
255
256 /// Flag set true once per second.
257 bool_t timeUpdateFlag;
258
259 /// Flag that indicate the flight time should run.
260 bool_t timeRunFlag;
261
262 /// The change in the CCP_1 register for each 104uS (9600bps) interrupt period.
263 #define TIME_RATE 125
264
265 /**
266  *   Running 8-bit counter that ticks every 100mS.
267  *
268  *   @return 100mS time tick
269  */
270 uint8_t timeGetTicks()
271 {
272     return timeTicks;
273 }
274
275 /**
276  *   Initialize the real-time clock.
277  */
278 void timeInit()
279 {
280     timeTicks = 0;
281     timeInterruptCount = 0;
282 //    time100mS = 0;
283     timeSeconds = 0;
284     timeMinutes = 0;
285     timeHours = 0;
286     timeCompare = TIME_RATE;
287     timeUpdateFlag = false;
288     timeNCO = 0x00;
289     timeLowRateCount = 0;
290     timeNCOFreq = 0x2000;
291     timeRunFlag = false;
292 }
293
294 /**
295  *   Function return true once a second based on real-time clock.
296  *
297  *   @return true on one second tick; otherwise false
298  */
299 bool_t timeIsUpdate()
300 {
301     if (timeUpdateFlag) 
302     {
303         timeUpdateFlag = false;
304         return true;
305     } // END if
306
307     return false;
308 }
309
310 /**
311  *   Set a flag to indicate the flight time should run.  This flag is typically set when the payload
312  *   lifts off.
313  */
314 void timeSetRunFlag()
315 {
316     timeRunFlag = true;
317 }
318
319 /**
320  *   Timer interrupt handler called every 104uS (9600 times/second).
321  */
322 void timeUpdate()
323 {
324     // Setup the next interrupt for the operational mode.
325     timeCompare += TIME_RATE;
326
327     putchar ((timeNCO >> 8) < 0x80 ? 0xc0 : 0x40);
328
329     timeNCO += timeNCOFreq;
330
331     if (++timeLowRateCount == 8) 
332     {
333         timeLowRateCount = 0;
334         tnc1200TimerTick();
335     } // END if
336 }
337
338 /** @} */
339
340 /**
341  *  @defgroup tnc TNC (Terminal Node Controller)
342  *
343  *  Functions that provide a subset of the TNC functions.
344  *
345  *  @{
346  */
347
348 /// The number of start flag bytes to send before the packet message.  (360bits * 1200bps = 300mS)
349 #define TNC_TX_DELAY 45
350
351 /// The size of the TNC output buffer.
352 #define TNC_BUFFER_SIZE 80
353
354 /// States that define the current mode of the 1200 bps (A-FSK) state machine.
355 typedef enum
356 {
357     /// Stand by state ready to accept new message.
358     TNC_TX_READY,
359
360     /// 0x7E bit stream pattern used to define start of APRS message.
361     TNC_TX_SYNC,
362
363     /// Transmit the AX.25 header that contains the source/destination call signs, APRS path, and flags.
364     TNC_TX_HEADER,
365
366     /// Transmit the message data.
367     TNC_TX_DATA,
368
369     /// Transmit the end flag sequence.
370     TNC_TX_END
371 } TNC_TX_1200BPS_STATE;
372
373 /// AX.25 compliant packet header that contains destination, station call sign, and path.
374 /// 0x76 for SSID-11, 0x78 for SSID-12
375 uint8_t TNC_AX25_HEADER[30] = { 
376     'A' << 1, 'P' << 1, 'R' << 1, 'S' << 1, ' ' << 1, ' ' << 1, 0x60, \
377     'K' << 1, 'D' << 1, '7' << 1, 'S' << 1, 'Q' << 1, 'G' << 1, 0x76, \
378     'G' << 1, 'A' << 1, 'T' << 1, 'E' << 1, ' ' << 1, ' ' << 1, 0x60, \
379     'W' << 1, 'I' << 1, 'D' << 1, 'E' << 1, '3' << 1, ' ' << 1, 0x67, \
380     0x03, 0xf0 };
381
382 /// The next bit to transmit.
383 uint8_t tncTxBit;
384
385 /// Current mode of the 1200 bps state machine.
386 TNC_TX_1200BPS_STATE tncMode;
387
388 /// Counter for each bit (0 - 7) that we are going to transmit.
389 uint8_t tncBitCount;
390
391 /// A shift register that holds the data byte as we bit shift it for transmit.
392 uint8_t tncShift;
393
394 /// Index into the APRS header and data array for each byte as we transmit it.
395 uint8_t tncIndex;
396
397 /// The number of bytes in the message portion of the AX.25 message.
398 uint8_t tncLength;
399
400 /// A copy of the last 5 bits we've transmitted to determine if we need to bit stuff on the next bit.
401 uint8_t tncBitStuff;
402
403 /// Pointer to TNC buffer as we save each byte during message preparation.
404 uint8_t *tncBufferPnt;
405
406 /// Buffer to hold the message portion of the AX.25 packet as we prepare it.
407 uint8_t tncBuffer[TNC_BUFFER_SIZE];
408
409 /** 
410  *   Initialize the TNC internal variables.
411  */
412 void tncInit()
413 {
414     tncTxBit = 0;
415     tncMode = TNC_TX_READY;
416 }
417
418 /**
419  *   Method that is called every 833uS to transmit the 1200bps A-FSK data stream.
420  *   The provides the pre and postamble as well as the bit stuffed data stream.
421  */
422 void tnc1200TimerTick()
423 {
424     // Set the A-FSK frequency.
425     if (tncTxBit == 0x00)
426         timeNCOFreq = 0x2000;
427     else
428         timeNCOFreq = 0x3aab;
429
430     switch (tncMode) 
431     {
432         case TNC_TX_READY:
433             // Generate a test signal alteranting between high and low tones.
434             tncTxBit = (tncTxBit == 0 ? 1 : 0);
435             break;
436
437         case TNC_TX_SYNC:
438             // The variable tncShift contains the lastest data byte.
439             // NRZI enocde the data stream.
440             if ((tncShift & 0x01) == 0x00) {
441                 if (tncTxBit == 0)
442                     tncTxBit = 1;
443                 else
444                     tncTxBit = 0;
445             }
446                     
447             // When the flag is done, determine if we need to send more or data.
448             if (++tncBitCount == 8) 
449             {
450                 tncBitCount = 0;
451                 tncShift = 0x7e;
452
453                 // Once we transmit x mS of flags, send the data.
454                 // txDelay bytes * 8 bits/byte * 833uS/bit = x mS
455                 if (++tncIndex == TNC_TX_DELAY) 
456                 {
457                     tncIndex = 0;
458                     tncShift = TNC_AX25_HEADER[0];
459                     tncBitStuff = 0;
460                     tncMode = TNC_TX_HEADER;
461                 } // END if
462             } else
463                 tncShift = tncShift >> 1;
464             break;
465
466         case TNC_TX_HEADER:
467             // Determine if we have sent 5 ones in a row, if we have send a zero.
468             if (tncBitStuff == 0x1f) 
469             {
470                 if (tncTxBit == 0)
471                     tncTxBit = 1;
472                 else
473                     tncTxBit = 0;
474
475                 tncBitStuff = 0x00;
476                 return;
477             }    // END if
478
479             // The variable tncShift contains the lastest data byte.
480             // NRZI enocde the data stream.
481             if ((tncShift & 0x01) == 0x00) {
482                 if (tncTxBit == 0)
483                     tncTxBit = 1;
484                 else
485                     tncTxBit = 0;
486             }
487
488             // Save the data stream so we can determine if bit stuffing is 
489             // required on the next bit time.
490             tncBitStuff = ((tncBitStuff << 1) | (tncShift & 0x01)) & 0x1f;
491
492             // If all the bits were shifted, get the next byte.
493             if (++tncBitCount == 8) 
494             {
495                 tncBitCount = 0;
496
497                 // After the header is sent, then send the data.
498                 if (++tncIndex == sizeof(TNC_AX25_HEADER)) 
499                 {
500                     tncIndex = 0;
501                     tncShift = tncBuffer[0];
502                     tncMode = TNC_TX_DATA;
503                 } else
504                     tncShift = TNC_AX25_HEADER[tncIndex];
505
506             } else
507                 tncShift = tncShift >> 1;
508
509             break;
510
511         case TNC_TX_DATA:
512             // Determine if we have sent 5 ones in a row, if we have send a zero.
513             if (tncBitStuff == 0x1f) 
514             {
515                 if (tncTxBit == 0)
516                     tncTxBit = 1;
517                 else
518                     tncTxBit = 0;
519
520                 tncBitStuff = 0x00;
521                 return;
522             }    // END if
523
524             // The variable tncShift contains the lastest data byte.
525             // NRZI enocde the data stream.
526             if ((tncShift & 0x01) == 0x00) {
527                 if (tncTxBit == 0)
528                     tncTxBit = 1;
529                 else
530                     tncTxBit = 0;
531             }
532
533             // Save the data stream so we can determine if bit stuffing is 
534             // required on the next bit time.
535             tncBitStuff = ((tncBitStuff << 1) | (tncShift & 0x01)) & 0x1f;
536
537             // If all the bits were shifted, get the next byte.
538             if (++tncBitCount == 8) 
539             {
540                 tncBitCount = 0;
541
542                 // If everything was sent, transmit closing flags.
543                 if (++tncIndex == tncLength) 
544                 {
545                     tncIndex = 0;
546                     tncShift = 0x7e;
547                     tncMode = TNC_TX_END;
548                 } else
549                     tncShift = tncBuffer[tncIndex];
550
551             } else
552                 tncShift = tncShift >> 1;
553
554             break;
555
556         case TNC_TX_END:
557             // The variable tncShift contains the lastest data byte.
558             // NRZI enocde the data stream. 
559             if ((tncShift & 0x01) == 0x00) {
560                 if (tncTxBit == 0)
561                     tncTxBit = 1;
562                 else
563                     tncTxBit = 0;
564             }
565
566             // If all the bits were shifted, get the next one.
567             if (++tncBitCount == 8) 
568             {
569                 tncBitCount = 0;
570                 tncShift = 0x7e;
571     
572                 // Transmit two closing flags.
573                 if (++tncIndex == 2) 
574                 {
575                     tncMode = TNC_TX_READY;
576
577                     return;
578                 } // END if
579             } else
580                 tncShift = tncShift >> 1;
581
582             break;
583     } // END switch
584 }
585
586 /**
587  *   Generate the plain text position packet. Data is written through the tncTxByte
588  *   callback function
589  */
590 void tncPositionPacket(void)
591 {
592     int32_t     latitude = 45.4694766 * 10000000;
593     int32_t     longitude = -122.7376250 * 10000000;
594     uint32_t    altitude = 10000;
595     uint16_t    lat_deg;
596     uint16_t    lon_deg;
597     uint16_t    lat_min;
598     uint16_t    lat_frac;
599     uint16_t    lon_min;
600     uint16_t    lon_frac;
601     int         c;
602
603     char        lat_sign = 'N', lon_sign = 'E';
604
605     if (latitude < 0) {
606         lat_sign = 'S';
607         latitude = -latitude;
608     }
609
610     if (longitude < 0) {
611         lon_sign = 'W';
612         longitude = -longitude;
613     }
614
615     lat_deg = latitude / 10000000;
616     latitude -= lat_deg * 10000000;
617     latitude *= 60;
618     lat_min = latitude / 10000000;
619     latitude -= lat_min * 10000000;
620     lat_frac = (latitude + 50000) / 100000;
621
622     lon_deg = longitude / 10000000;
623     longitude -= lon_deg * 10000000;
624     longitude *= 60;
625     lon_min = longitude / 10000000;
626     longitude -= lon_min * 10000000;
627     lon_frac = (longitude + 50000) / 100000;
628
629     c = sprintf ((char *) tncBufferPnt, "=%02u%02u.%02u%c\\%03u%02u.%02u%cO /A=%06u\015",
630                 lat_deg, lat_min, lat_frac, lat_sign,
631                 lon_deg, lon_min, lon_frac, lon_sign,
632                 altitude * 100 / 3048);
633     tncBufferPnt += c;
634     tncLength += c;
635 }
636
637 /** 
638  *    Prepare an AX.25 data packet.  Each time this method is called, it automatically
639  *    rotates through 1 of 3 messages.
640  *
641  *    @param dataMode enumerated type that specifies 1200bps A-FSK or 9600bps FSK
642  */
643 void tncTxPacket(void)
644 {
645     uint16_t crc;
646
647     // Set a pointer to our TNC output buffer.
648     tncBufferPnt = tncBuffer;
649
650     // Set the message length counter.
651     tncLength = 0;
652
653     tncPositionPacket();
654
655     // Calculate the CRC for the header and message.
656     crc = sysCRC16(TNC_AX25_HEADER, sizeof(TNC_AX25_HEADER), 0xffff);
657     crc = sysCRC16(tncBuffer, tncLength, crc ^ 0xffff);
658
659     // Save the CRC in the message.
660     *tncBufferPnt++ = crc & 0xff;
661     *tncBufferPnt = (crc >> 8) & 0xff;
662
663     // Update the length to include the CRC bytes.
664     tncLength += 2;
665
666     // Prepare the variables that are used in the real-time clock interrupt.
667     tncBitCount = 0;
668     tncShift = 0x7e;
669     tncTxBit = 0;
670     tncIndex = 0;
671     tncMode = TNC_TX_SYNC;
672
673     // Turn on the PA chain.
674 //    output_high (IO_PTT);
675
676     // Wait for the PA chain to power up.
677 //    delay_ms (10);
678
679     // Key the DDS.
680 //    output_high (IO_OSK);
681
682     // Log the battery and reference voltage just after we key the transmitter.
683 //    sysLogVoltage();
684     while (tncMode != TNC_TX_READY)
685         timeUpdate();
686 }
687
688 /** @} */