研發紀事

        近期設計一套七彩 LED 燈與 MP3 音樂播放系統，兼具照明與音樂功能。基本功能是照明，類似壁燈的概念，當光感應偵測到白天或有其他光源時，自動關閉 LED 照明。一旦處於黑暗或低光源的環境，LED 燈便會開啟。此外，遇上停電時，鋰電池會提供一段時間的照明指示。除了照明功能之外，透過模式按鈕的切換，將系統切到 MP3 音樂播放模式，同時開啟 彩色 RGB LED 燈條的控制。         圖一是系統的方塊圖，主要包含一顆控制器晶片和 MP3 晶片，與鋰電池的充電電路，再加上一些 GPIO 的控制電路。在設計中，LED 燈要做到七彩顏色變化與明暗的差別，必須選具有 PWM 功能 的微控制器。這裡，我們採用 NXP LPC1111 控制器，當然啦！用其它控制器也行，只要晶片取得容易且開發環境熟悉，一般人都能實現出上述的系統。另外一點，設計時 LPC1111沒有用外部震盪器，而是使用控制器內部的振盪器，這樣省掉一顆震盪器零件。 圖一：LED燈與音樂系統方塊圖 影片：照明與音樂系統操作過程

元件介紹         ESP8266 是由大陸 樂鑫科技公司 所開發的 WiFi 模組，上面有數根 GPIO 接腳和 ADC，另外 Tx/Rx 接腳用來與其他模組通訊之用。由於這塊模組價格便宜，目前吸引很多創客 Maker 使用，更重要的是在 Arduino IDE 環境下就可以開發這 WiFi 模組的程式，下載 IDE 後可找到不少 WiFi 相關的範例程式可以研究，對於初學者來說實在是非常非常的方便。同時在網路上，不少創客 Maker 已經寫下開發的經驗文章[1][2][3]，並且也有 YouTube 教學影片可參考 [4]。 設計說明         筆者在規劃 MODBUS 通訊與 RS485 的過程遇到配線牽線的問題，於是上網搜尋有關無線轉 RS485 的設備，搜尋結果出現的是藍芽轉 RS232。BT to RS232 經過 MODBUS 通訊測試後，通訊的反應不是很即時，感覺有點頓頓的，放棄使用藍芽的介面。再次搜尋 WiFi 轉 RS485 的設備，似乎找不到能同時支援 MODBUS 通訊，最後決定使用 ESP8266 模組加上 TTL 轉 RS485模組，如圖一所示，索性自行開發一個 MODBUS TCP (WiFi) to MODBUS 232 (RS485) 的系統。以實體層(physical layer)而言，我用模組兜出一個 WiFi 轉 RS-485 的硬體，在鏈結層(data link layer)方面，設計一個 MODBUS TCP 轉成 MODBUS 232 的系統，讓原本沒有網路接口的控制板多出了一個無線網路的操控介面。         簡單說明系統的運作，將 ESP8266 WiFi 模組設計成一個無線 AP，當筆電連接到這模組後，筆電便從這個無線 AP 取得一組 IP address。這時候，我們可以在筆電上寫個 TCP / UDP socket 程式，與模組建立一個 socket 連線 (筆者是使用 TCP port 502 for MODBUS)。我們在 Arduino IDE 環境開發 ESP8266 模組的程式，將無線網路收到的 MODBUS TCP 封包加工調整後轉換成 MODBUS RS232 封包，再從 RS485 線路傳送出去。同樣地，從 RS485 收到的MODBUS RS232

        在前面一文 「 SIP Voip 在 Android 系統的開發 」 中，我設計了一個 SIP VoIP APP，但是遇到一個大問題 ---- 就是 APP 會被系統殺掉。為了解決這個問題，在網路上尋找各種方法，首先我們要先把 APP 拆成 Activity 和 Service 兩個部份，如下圖一所示。Service 負責透過 JNI 介面與底層的 SIP 、 Media Codec...等通訊，而 Activity 則負責使用者顯示的介面，一旦 Activity 關閉後，至少還有 Service 可以在後台繼續運行。 圖一：SIP VoIP 系統架構圖 Activity 與 Service 間的通訊         兩者之間的通訊分成 Activity 到 Service 的方向，以及 Service 到 Activity 的方向。先說 A 到 S 的方向，第一步就是 Activity bind Service，如下面的代碼。接著，建立一個與 Service 的連線，取得 mService 之後，便可以在 Activity 呼叫 Service 的函式了。可以參考網路上其他人的文章與範例說明。         Intent intent = new Intent ("com.altigen.siptalk.SipService"); bindService (intent, sc, Context.BIND_AUTO_CREATE); private ServiceConnection sc = new ServiceConnection() { @Override public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) { mBound = true; LocalBinder binder = (LocalBinder) service; mService = binder.getSe

        大約二十年前，VoIP 網路電話技術如火如荼地發展，隨著 Ethernet 網路越來越成熟，網路品質也越來越穩定，辦公室的桌上話機逐漸被網路電話所取代，當時的思科 (Cisco) 就是網路界的霸主。當時我們開發網路話機是以 embedded system 為架構 的設計，如圖四所示，搭配 CTI 伺服器組成一套辦公室的電話系統解決方案。        近年來，隨著智慧型手機逐漸普及化，無線網路 (WiFi) 和行動數據的頻寬與通訊品質大幅提升，出現了許多軟體電話 (Soft Phone) 的 APP 。其實，這些軟體電話也是網路電話的一種，從過去的桌上型網路電話，進化成行動型網路電話。軟體電話也存在很久了，過去主要安裝在 PC 上，但因為使用者操作起來並不像網路話機的方便，早些年這種安裝在 PC 上的軟體電話多半不流行。拜智慧型手機的快速發展之賜，軟體電話找到發展的空間，像 LINE 、微信...等社群軟體都內建網路或視訊電話。本文最後有桌上型的網路電路與手機上的軟體網路電話之影片操作。         最近我開始研究 Android 系統與程式開發，並且打算把過去在 embedded system 的網路電話代碼移植到手機系統上。過去開發網路電話的程式代碼都是以 C/C++ 語言為主，然而 Android APP 卻多以 Java 語法為主，在本人的 「 Android NDK 開發的初體驗 」一文中，我找到如何將 C/C++ 程式碼移植到 Android 系統的方法。一般 Android 開發以 Java 為主，只需安裝 JDK 編譯環境，但為了整合 C/C++ 的代碼，我們 也 必須安裝 NDK 的編譯環境。下圖一所示是 JDK 與 NDK 在系統開發的架構圖，Java 與 C/C++ 之間存在一個溝通的介面，稱為 JNI (Java Native Interface)。         為何使用 NDK？在 [1] 有段文章提到，「如果應用領域是系統底層的硬件管理，圖像處理或者遊戲開發，這些更加注重實時性和程序效率的應用，將會考慮使用 Native 編程 」。另外一點，多數的 open source 都以 C/C++ 語法所開發而且幾乎相容於 Linux 環境，若想要移植到 Android 系統的話，則必須用 ND

        這次為了某個控制器的案子，製作 120片STM32F373控制板，如圖一所示。從 PCB 製版到打件的過程，最終製作好的板子可能會出現不良，可能是元件不良，可能是打件不良，可能是 PCB 銅線斷了....等等。這些不良品如果要單靠手工一步一步挑出來，花費的時間將會很長，所以最好能靠板子本身的一些功能，設計一套自我測試的方法。 圖一：STM32F373控制板         STM32F373控制板上有 Flash 晶片、各有13組 DI / DO、兩組 AI 和一組 AO、包含 RS-232 和  RS485，如圖三右半圖所示。自我測試的概念，可參考圖三的方塊圖。要達到自我測試的功能，我先設計一塊測試電路板 (如圖二所示)，這塊板子上面將 13組 DI 和 DO 對應自環起來 (loopback)，再把 AI / AO 也自環。而 RS-232 和 RS-485 也可以對接，只要將 TX接對方的 RX，RX 接對方的 TX。剩下一個 AI，則設計一個可變電阻來測試它。         除了設計測試板之外，STM32上面也要寫一套自我測試的韌體。DI / DO 的跑馬燈，韌體先對第一個 DO 輸出，當第一個 DI 偵測到後，韌體再對第二個 DO 輸出。以此類推，DI / DO 就會如跑馬燈一樣一路往下走。假設有 DO 元件壞了，那麼 DI 就偵測不到變化，跑馬燈就跑不下去了，同理 DI 線路有問題的話，跑馬燈也會停止。         AI / AO 的自我測試，韌體會對 AO 輸出固定數值，每隔一段時間便增加數值，直到最大值。再從最大值往下遞減，直到最低值，以此反覆。因為 AO 的輸出，我們可以從 AI 偵測到數值的變化，藉這個方式驗證 AI / AO 元件與線路是否正常。如果 AO 元件有問題，AI 將偵測不到數值的變化，同理 AI 元件有問題，則數值將無法穩定遞增或遞減。         RS-232 / RS-485 的自我測試，韌體對 RS-232 送出一組字串，再檢查 RS-485 這邊有沒有收到。同樣地，RS-485 送出另一組字串，再觀察 RS-232 這邊有沒有收到。如果相關元件壞掉或者電路斷線的話，我們就能很快挑出有問題的板子。 圖二：測試電路板與待測的控制板 圖三

        Android SDK 開發程式都以 JAVA 語法為主，不過有些以 C/C++ 語言編寫的程式碼想要用 JAVA 來重寫，恐怕花的時間將很長。由於 Android 平台是從 C/C++ 所開發而成，因此 Android 提供一套 NDK (Native Development Kit) 讓原本 C/C++ 開發人員也能將 C++ 語言移植到 Android 環境裡。之前我們在 Linux 環境下編譯成功的 C++ 檔案，打算移植到 Android 平台上，初次使用 NDK 編譯遇上不少問題，過程中我們將這些問題記下來並找到解決辦法，希望對後進者提供幫助，縮短開發時間。 <遇上 NDK 編譯的問題> 問題一： NDK compiler 對於資料強制型態較嚴格，底下有兩個案例          void *TimerManThread( void *arg )          {               printf("TimerManThread=%x\n", (unsigned int)arg);   /* 錯誤訊息 error: cast from 'void*' to 'unsigned int' loses precision [-fpermissive] */               printf("TimerManThread=%x\n", (unsigned int*) arg);   /* 解決辦法 */            }          void AChkPtr_(void *ptr)          {                unsigned ptrx = (unsigned) ptr;  /* 錯誤訊息 */                 unsigned *ptrx = (unsigned *) ptr;   /* 解決辦法 */            } 問題二： 與資料轉換或數字檢查相關，NDK 編譯所產生的錯誤訊息，如下。        error: 'toupper' was not declared in t

開發緣由        開發語音處理和加解密的產品，公司打算在 kernel mode 使用  Intel® Integrated Performance Primitives (Intel® IPP)  9.0 和 Cryptography 的函式庫。因此，分別安裝微軟的 WDK (Windows Driver Kits)，以及英特爾的 Parallel Studio XE 2016。雖然 Parallel Studio 本身有自帶編譯器，不過我們最終要用在 OS kernel，所以必須以 WDK 為編譯器，再將 IPP 函式庫連結進來。 遇上問題        在 WDK 編譯代碼的過程遇上了問題，錯誤訊息如下。從訊息來看，連結時找不到 _byteswap_ulong 函式的定義，而 ComputeDigestSHA1.obj 這部分來自英特爾的 Cryptography 函式庫。       (pcpsha1ca_n0---ComputeDigestSHA1.obj) : error LNK2001: unresolved external symbol _byteswap_ulong       (pcpsha1ca_e9---ComputeDigestSHA1.obj) : error LNK2001: unresolved external symbol _byteswap_uint64        我在 WDK 目錄下找到 wdm.h 有定義 _byteswap_ulong 函式，屬於內建函式，而且在 WDK 裡面已經用 RtlUlongByteSwap 來代替上述的函式，難怪我從 WDK 裡面的所有 library 中始終找不到 _byteswap_ulong symbol。基本上，要解決這個問題只要將 Cryptography 重新用 WDK 編譯一次應該就能搞定了，可惜我沒有 Crypto 代碼，必須想其他方式解決。圖一所是為函式的完整定義。 圖一：函式在 wdm.h 原始的定義 解決方式        解決方式就是我重新定義這個函式，如下。利用 #pragma function 這個預處理指令，可參考  https://msdn.microsoft.com/zh-tw/librar

        2016年開始出現一些金融風暴二部曲的言論，2008年當時因為次債危機造成雷曼兄弟投資銀行破產。因此，我們來觀察 2008年九月之前債券市場的變化。當年的背景環境是美國大選年，各國的股票市場漲到相對高點，早在 2008年年初債市的價格已經往下跌了，表示市場大資金不再追逐風險資產，造成債券價格下跌殖利率上漲的現象，應該說有些資金已經聞到不尋常的風險，逐漸撤離資金往安全資產流入。最終因為雷曼宣布破產，市場資金的流動性瞬間凍結，產生金融海嘯。         今年債券市場不斷地向下探底，資金不願追逐風險資產，似乎有金融風暴的 feel。雖然目前氣氛不像當年瞬間急凍，但是金融環境有感覺到越來越冷的趨勢。下面看幾檔熱門的債券基金，圖一是在台灣相當有知名度的聯博全高收基金，這檔基金專門投資世界各國高風險的垃圾債券，正所謂高風險高報酬 (配息率滿不錯的)。不過，在雷曼風暴前一年，基金淨值就見高點了，然後持續跌了一年，直到風暴發生才瞬間爆跌。這檔基金最近一年多也持續下跌，目前還沒見到底部現象。 圖一：聯博全高收債券基金         圖二是鋒裕策略收益基金，這檔基金比較偏重投資美國的債券，優質債券比例相對圖一的基金高。在雷曼風暴前，基金淨值相對維持區間，穩定配息。不過，雷曼風暴前幾個月，基金淨值出現快速往下，然後瞬間爆跌。由於當時流動性風險驟升，這檔基金肯定被大量贖回，價格猶如自由落體。最近一年來，這檔基金也被逐漸贖回，價格慢慢滑落，顯然有什麼不尋常的危機在醞釀中。 圖二：鋒裕策略收益基金         圖三是富蘭克林公司債基金，這檔基金主要投資美國公司的債券。由於美國升息以及油價大跌，頁岩油產業的經營越來越困難，造成公司債的價格大跌，距離 2008年金融風暴的低點已經不到兩成了。顯然美國公司的發債利率越來越高，對於體質不佳的公司，經營壓力大增，這可能會連帶影響美國金融業 (如果吃了太多不良資產)。 圖三：富蘭克林公司債基金         第四張圖是瑞銀新興市場債券基金，這檔基金主要投資新興市場的債券。不用想，自從美國 QE 退場後，新興市場的資金被大量抽離後，貨幣貶值引發發債的利率越來越高，價格越來越差。這檔基金淨值已經跌破金融海嘯的低點，應該說新興市場的經濟情況比 2008年還要慘。新興市場在當年只是遇上

前言         這次接到一個任務，內容是類比訊號的資料擷取，CNC 加工機上面有不少感測器，其中震動感測和電流感測是我這次所要擷取的資料。原本連接在加工機上已有兩個 ADC 資料擷取裝置：研華 USB-4716 和國家儀器 NI-9234，這兩個設備將收集到的資料透過 USB 傳到 PC 端。這次，我必須想辦法將其取代掉，再以 PLC 控制器取代 PC。         首先，這兩個設備的主要功能是類比訊號擷取器，用來收集加工機上面的震動訊號和電流訊號。加工機上面安裝了一個震動感測器 (Dytran 3055B3)，將震動訊號轉成電壓，再由 NI-9234 將電壓轉成數位資料。另外，加工機上面也安裝一個電流感測器 (Topstek TU12P10A)，將電流轉成電壓訊號，再由研華 USB-4716 將電壓轉成數位資料。首先，我先查詢了 NI-9234 和 USB-4716 資料解析度，分別是 24-bit 和 16-bit，於是從淘寶網站上找到一個 ADC 16-bit 的模組，而且具有八個通道，正好能滿足需求，所以買來研究看看，如圖一所示。這模組上的 ADC 晶片是由德州儀器 TI ADS1256 所構成的核心。另外，我發現這塊模組被用於 Arduino 平台上，官網有提供其 library。 圖一：德州儀器 TI ADS1256 類比訊號模組         之前，曾設計開發過一個控制器 (Windshear)，系統底 板的插槽可以提供 5V 電源和 SPI 通訊介面。於是， 我將這塊類比訊號模組加工改造後，接到控制器的底板上，如圖二所示。大功告成後，修修改改一下控制器的 STM32F207 韌體程式，啟用 SPI 介面和 GPIO 中斷，便能開始測試模組了。 圖二：Windshear 控制器加上 ADS1256 模組 元件規格         ADS1256 晶片是一顆具有 24-bit 解析度和八個通道的類比數位轉換器 ADC，根據 datasheet 來看，其內容提到取樣頻率可達 30k SPS (每秒 30k 個取樣點)，每個取樣點具有 24-bit 解析度。解析度影響資料的精準度，解析度的位元越高，資料則可以精準到小數點以下更多位。除了要留意解析度之外，取樣頻率則影響資料的頻寬，如果擷取的資料屬於