altos: Allow APRS to send just battery voltage
[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 #include <math.h>
148
149 // Public methods, constants, and data structures for each class.
150
151 static void timeInit(void);
152
153 static void tncInit(void);
154 static void tnc1200TimerTick(void);
155
156 /** @} */
157
158 /**
159  *  @defgroup sys System Library Functions
160  *
161  *  Generic system functions similiar to the run-time C library.
162  *
163  *  @{
164  */
165
166 /**
167  *    Calculate the CRC-16 CCITT of buffer that is length bytes long.
168  *    The crc parameter allow the calculation on the CRC on multiple buffers.
169  *
170  *    @param buffer Pointer to data buffer.
171  *    @param length number of bytes in data buffer
172  *    @param crc starting value
173  *
174  *    @return CRC-16 of buffer[0 .. length]
175  */
176 static uint16_t sysCRC16(const uint8_t *buffer, uint8_t length, uint16_t crc)
177 {
178     uint8_t i, bit, value;
179
180     for (i = 0; i < length; ++i) 
181     {
182         value = buffer[i];
183
184         for (bit = 0; bit < 8; ++bit) 
185         {
186             crc ^= (value & 0x01);
187             crc = ( crc & 0x01 ) ? ( crc >> 1 ) ^ 0x8408 : ( crc >> 1 );
188             value = value >> 1;
189         } // END for
190     } // END for
191
192     return crc ^ 0xffff;
193 }
194
195 /** @} */
196
197 /**
198  *  @defgroup rtc Real Time Interrupt tick
199  *
200  *  Manage the built-in real time interrupt.  The interrupt clock PRI is 104uS (9600 bps).
201  *
202  *  @{
203  */
204
205 /// 16-bit NCO where the upper 8-bits are used to index into the frequency generation table.
206 static uint16_t timeNCO;
207
208 /// Audio tone NCO update step (phase).
209 static uint16_t timeNCOFreq;
210
211 /**
212  *   Initialize the real-time clock.
213  */
214 static void timeInit()
215 {
216     timeNCO = 0x00;
217     timeNCOFreq = 0x2000;
218 }
219
220 /** @} */
221
222 /**
223  *  @defgroup tnc TNC (Terminal Node Controller)
224  *
225  *  Functions that provide a subset of the TNC functions.
226  *
227  *  @{
228  */
229
230 /// The number of start flag bytes to send before the packet message.  (360bits * 1200bps = 300mS)
231 #define TNC_TX_DELAY 45
232
233 /// The size of the TNC output buffer.
234 #define TNC_BUFFER_SIZE 40
235
236 /// States that define the current mode of the 1200 bps (A-FSK) state machine.
237 typedef enum
238 {
239     /// Stand by state ready to accept new message.
240     TNC_TX_READY,
241
242     /// 0x7E bit stream pattern used to define start of APRS message.
243     TNC_TX_SYNC,
244
245     /// Transmit the AX.25 header that contains the source/destination call signs, APRS path, and flags.
246     TNC_TX_HEADER,
247
248     /// Transmit the message data.
249     TNC_TX_DATA,
250
251     /// Transmit the end flag sequence.
252     TNC_TX_END
253 } TNC_TX_1200BPS_STATE;
254
255 /// AX.25 compliant packet header that contains destination, station call sign, and path.
256 /// 0x76 for SSID-11, 0x78 for SSID-12
257 static uint8_t TNC_AX25_HEADER[] = { 
258     'A' << 1, 'P' << 1, 'A' << 1, 'M' << 1, ' ' << 1, ' ' << 1, 0x60,
259     'N' << 1, '0' << 1, 'C' << 1, 'A' << 1, 'L' << 1, 'L' << 1, 0x78,
260     'W' << 1, 'I' << 1, 'D' << 1, 'E' << 1, '2' << 1, ' ' << 1, 0x65,
261     0x03, 0xf0 };
262
263 #define TNC_CALLSIGN_OFF        7
264 #define TNC_CALLSIGN_LEN        6
265
266 static void
267 tncSetCallsign(void)
268 {
269 #ifndef AO_APRS_TEST
270         uint8_t i;
271
272         for (i = 0; i < TNC_CALLSIGN_LEN; i++) {
273                 if (!ao_config.callsign[i])
274                         break;
275                 TNC_AX25_HEADER[TNC_CALLSIGN_OFF + i] = ao_config.callsign[i] << 1;
276         }
277         for (; i < TNC_CALLSIGN_LEN; i++)
278                 TNC_AX25_HEADER[TNC_CALLSIGN_OFF + i] = ' ' << 1;
279 #endif
280 }
281
282 /// The next bit to transmit.
283 static uint8_t tncTxBit;
284
285 /// Current mode of the 1200 bps state machine.
286 static TNC_TX_1200BPS_STATE tncMode;
287
288 /// Counter for each bit (0 - 7) that we are going to transmit.
289 static uint8_t tncBitCount;
290
291 /// A shift register that holds the data byte as we bit shift it for transmit.
292 static uint8_t tncShift;
293
294 /// Index into the APRS header and data array for each byte as we transmit it.
295 static uint8_t tncIndex;
296
297 /// The number of bytes in the message portion of the AX.25 message.
298 static uint8_t tncLength;
299
300 /// A copy of the last 5 bits we've transmitted to determine if we need to bit stuff on the next bit.
301 static uint8_t tncBitStuff;
302
303 /// Buffer to hold the message portion of the AX.25 packet as we prepare it.
304 static uint8_t tncBuffer[TNC_BUFFER_SIZE];
305
306 /** 
307  *   Initialize the TNC internal variables.
308  */
309 static void tncInit()
310 {
311     tncTxBit = 0;
312     tncMode = TNC_TX_READY;
313 }
314
315 /**
316  *   Method that is called every 833uS to transmit the 1200bps A-FSK data stream.
317  *   The provides the pre and postamble as well as the bit stuffed data stream.
318  */
319 static void tnc1200TimerTick()
320 {
321     // Set the A-FSK frequency.
322     if (tncTxBit == 0x00)
323         timeNCOFreq = 0x2000;
324     else
325         timeNCOFreq = 0x3aab;
326
327     switch (tncMode) 
328     {
329         case TNC_TX_READY:
330             // Generate a test signal alteranting between high and low tones.
331             tncTxBit = (tncTxBit == 0 ? 1 : 0);
332             break;
333
334         case TNC_TX_SYNC:
335             // The variable tncShift contains the lastest data byte.
336             // NRZI enocde the data stream.
337             if ((tncShift & 0x01) == 0x00) {
338                 if (tncTxBit == 0)
339                     tncTxBit = 1;
340                 else
341                     tncTxBit = 0;
342             }
343                     
344             // When the flag is done, determine if we need to send more or data.
345             if (++tncBitCount == 8) 
346             {
347                 tncBitCount = 0;
348                 tncShift = 0x7e;
349
350                 // Once we transmit x mS of flags, send the data.
351                 // txDelay bytes * 8 bits/byte * 833uS/bit = x mS
352                 if (++tncIndex == TNC_TX_DELAY) 
353                 {
354                     tncIndex = 0;
355                     tncShift = TNC_AX25_HEADER[0];
356                     tncBitStuff = 0;
357                     tncMode = TNC_TX_HEADER;
358                 } // END if
359             } else
360                 tncShift = tncShift >> 1;
361             break;
362
363         case TNC_TX_HEADER:
364             // Determine if we have sent 5 ones in a row, if we have send a zero.
365             if (tncBitStuff == 0x1f) 
366             {
367                 if (tncTxBit == 0)
368                     tncTxBit = 1;
369                 else
370                     tncTxBit = 0;
371
372                 tncBitStuff = 0x00;
373                 return;
374             }    // END if
375
376             // The variable tncShift contains the lastest data byte.
377             // NRZI enocde the data stream.
378             if ((tncShift & 0x01) == 0x00) {
379                 if (tncTxBit == 0)
380                     tncTxBit = 1;
381                 else
382                     tncTxBit = 0;
383             }
384
385             // Save the data stream so we can determine if bit stuffing is 
386             // required on the next bit time.
387             tncBitStuff = ((tncBitStuff << 1) | (tncShift & 0x01)) & 0x1f;
388
389             // If all the bits were shifted, get the next byte.
390             if (++tncBitCount == 8) 
391             {
392                 tncBitCount = 0;
393
394                 // After the header is sent, then send the data.
395                 if (++tncIndex == sizeof(TNC_AX25_HEADER)) 
396                 {
397                     tncIndex = 0;
398                     tncShift = tncBuffer[0];
399                     tncMode = TNC_TX_DATA;
400                 } else
401                     tncShift = TNC_AX25_HEADER[tncIndex];
402
403             } else
404                 tncShift = tncShift >> 1;
405
406             break;
407
408         case TNC_TX_DATA:
409             // Determine if we have sent 5 ones in a row, if we have send a zero.
410             if (tncBitStuff == 0x1f) 
411             {
412                 if (tncTxBit == 0)
413                     tncTxBit = 1;
414                 else
415                     tncTxBit = 0;
416
417                 tncBitStuff = 0x00;
418                 return;
419             }    // END if
420
421             // The variable tncShift contains the lastest data byte.
422             // NRZI enocde the data stream.
423             if ((tncShift & 0x01) == 0x00) {
424                 if (tncTxBit == 0)
425                     tncTxBit = 1;
426                 else
427                     tncTxBit = 0;
428             }
429
430             // Save the data stream so we can determine if bit stuffing is 
431             // required on the next bit time.
432             tncBitStuff = ((tncBitStuff << 1) | (tncShift & 0x01)) & 0x1f;
433
434             // If all the bits were shifted, get the next byte.
435             if (++tncBitCount == 8) 
436             {
437                 tncBitCount = 0;
438
439                 // If everything was sent, transmit closing flags.
440                 if (++tncIndex == tncLength) 
441                 {
442                     tncIndex = 0;
443                     tncShift = 0x7e;
444                     tncMode = TNC_TX_END;
445                 } else
446                     tncShift = tncBuffer[tncIndex];
447
448             } else
449                 tncShift = tncShift >> 1;
450
451             break;
452
453         case TNC_TX_END:
454             // The variable tncShift contains the lastest data byte.
455             // NRZI enocde the data stream. 
456             if ((tncShift & 0x01) == 0x00) {
457                 if (tncTxBit == 0)
458                     tncTxBit = 1;
459                 else
460                     tncTxBit = 0;
461             }
462
463             // If all the bits were shifted, get the next one.
464             if (++tncBitCount == 8) 
465             {
466                 tncBitCount = 0;
467                 tncShift = 0x7e;
468     
469                 // Transmit two closing flags.
470                 if (++tncIndex == 2) 
471                 {
472                     tncMode = TNC_TX_READY;
473
474                     return;
475                 } // END if
476             } else
477                 tncShift = tncShift >> 1;
478
479             break;
480     } // END switch
481 }
482
483 static void tncCompressInt(uint8_t *dest, int32_t value, int len) {
484         int i;
485         for (i = len - 1; i >= 0; i--) {
486                 dest[i] = value % 91 + 33;
487                 value /= 91;
488         }
489 }
490
491 static int ao_num_sats(void)
492 {
493     int i;
494     int n = 0;
495
496     for (i = 0; i < ao_gps_tracking_data.channels; i++) {
497         if (ao_gps_tracking_data.sats[i].svid)
498             n++;
499     }
500     return n;
501 }
502
503 static char ao_gps_locked(void)
504 {
505     if (ao_gps_data.flags & AO_GPS_VALID)
506         return 'L';
507     else
508         return 'U';
509 }
510
511 static int tncComment(uint8_t *buf)
512 {
513 #if HAS_ADC
514         struct ao_data packet;
515
516         ao_arch_critical(ao_data_get(&packet););
517
518         int16_t battery = ao_battery_decivolt(packet.adc.v_batt);
519 #ifdef AO_SENSE_DROGUE
520         int16_t apogee = ao_ignite_decivolt(AO_SENSE_DROGUE(&packet));
521 #endif
522 #ifdef AO_SENSE_MAIN
523         int16_t main = ao_ignite_decivolt(AO_SENSE_MAIN(&packet));
524 #endif
525
526         return sprintf((char *) buf,
527                        "%c%d B%d.%d"
528 #ifdef AO_SENSE_DROGUE
529                        " A%d.%d"
530 #endif
531 #ifdef AO_SENSE_MAIN
532                        " M%d.%d"
533 #endif
534                        , ao_gps_locked(),
535                        ao_num_sats(),
536                        battery/10,
537                        battery % 10
538 #ifdef AO_SENSE_DROGUE
539                        , apogee/10,
540                        apogee%10
541 #endif
542 #ifdef AO_SENSE_MAIN
543                        , main/10,
544                        main%10
545 #endif
546                 );
547 #else
548         return sprintf((char *) buf,
549                        "%c%d",
550                        ao_gps_locked(),
551                        ao_num_sats());
552 #endif
553 }
554
555 /**
556  *   Generate the plain text position packet.
557  */
558 static int tncPositionPacket(void)
559 {
560     static int32_t      latitude;
561     static int32_t      longitude;
562     static int32_t      altitude;
563     int32_t             lat, lon, alt;
564     uint8_t     *buf;
565
566     if (ao_gps_data.flags & AO_GPS_VALID) {
567         latitude = ao_gps_data.latitude;
568         longitude = ao_gps_data.longitude;
569         altitude = ao_gps_data.altitude;
570         if (altitude < 0)
571             altitude = 0;
572     }
573
574     buf = tncBuffer;
575     *buf++ = '!';
576
577     /* Symbol table ID */
578     *buf++ = '/';
579
580     lat = ((uint64_t) 380926 * (900000000 - latitude)) / 10000000;
581     lon = ((uint64_t) 190463 * (1800000000 + longitude)) / 10000000;
582
583 #define ALTITUDE_LOG_BASE       0.001998002662673f      /* log(1.002) */
584
585     alt = (altitude * (int32_t) 10000 + (3048/2)) / (int32_t) 3048;
586     alt = logf((float) altitude) * (1/ALTITUDE_LOG_BASE);
587
588     tncCompressInt(buf, lat, 4);
589     buf += 4;
590     tncCompressInt(buf, lon, 4);
591     buf += 4;
592
593     /* Symbol code */
594     *buf++ = '\'';
595
596     tncCompressInt(buf, alt, 2);
597     buf += 2;
598
599     *buf++ = 33 + ((1 << 5) | (2 << 3));
600
601     buf += tncComment(buf);
602
603     return buf - tncBuffer;
604 }
605
606 static int16_t
607 tncFill(uint8_t *buf, int16_t len)
608 {
609     int16_t     l = 0;
610     uint8_t     b;
611     uint8_t     bit;
612
613     while (tncMode != TNC_TX_READY && l < len) {
614         b = 0;
615         for (bit = 0; bit < 8; bit++) {
616             b = b << 1 | (timeNCO >> 15);
617             timeNCO += timeNCOFreq;
618         }
619         *buf++ = b;
620         l++;
621         tnc1200TimerTick();
622     }
623     if (tncMode == TNC_TX_READY)
624         l = -l;
625     return l;
626 }
627
628 /** 
629  *    Prepare an AX.25 data packet.  Each time this method is called, it automatically
630  *    rotates through 1 of 3 messages.
631  *
632  *    @param dataMode enumerated type that specifies 1200bps A-FSK or 9600bps FSK
633  */
634 void ao_aprs_send(void)
635 {
636     uint16_t crc;
637
638     timeInit();
639     tncInit();
640     tncSetCallsign();
641
642     tncLength = tncPositionPacket();
643
644     // Calculate the CRC for the header and message.
645     crc = sysCRC16(TNC_AX25_HEADER, sizeof(TNC_AX25_HEADER), 0xffff);
646     crc = sysCRC16(tncBuffer, tncLength, crc ^ 0xffff);
647
648     // Save the CRC in the message.
649     tncBuffer[tncLength++] = crc & 0xff;
650     tncBuffer[tncLength++] = (crc >> 8) & 0xff;
651
652     // Prepare the variables that are used in the real-time clock interrupt.
653     tncBitCount = 0;
654     tncShift = 0x7e;
655     tncTxBit = 0;
656     tncIndex = 0;
657     tncMode = TNC_TX_SYNC;
658
659     ao_radio_send_aprs(tncFill);
660 }
661
662 /** @} */