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Besser Ergebnisse erzielt man mit einem PWM-Treiber, der die Timer-Einheiten des ARM9-Prozessors, in diesem Fall des Atmel AT91SAM9G20 nutzt. Im vorliegenden Kernel-Modul für das Foxboard G20 wird ein zwei-kanaliger 12-Bit-PWM-Generator mit Trägerfrequenz um die 10 kHz prototypisch umgesetzt. PWM0 ist an J7 Pin 9 verfügbar, PWM1 liegt an J7 Pin 10 an. Für die Signalmasse kann jeder Massepin genutzt werden.

Zum Kompilieren des Moduls muss das richtige Verzeichnis mit den Kernelquellen (vorkonfiguriert und kompiliert) in make_modul.sh eingetragen werden, momentan ist der Quellcode für Kernel 2.6.31 angepasst und es wird ein Cross-Compiler genutzt. Nach dem Kompilieren kann das Kernel-Modul auf das Zielsystem aufgespielt werden, das Laden erfolgt mit insmod.

Das Setzen des Duty-Cycle kann dann mit

echo 2048 > /sys/devices/platform/atmel_pwm/pwm0

beziehungsweise

echo 2048 > /sys/devices/platform/atmel_pwm/pwm1

durchgeführt werden. Für den Duty-Cycle können Werte im Bereich 1-4096 genutzt werden, dies entspricht einem Duty-Cycle zwische 0% und 100%.

Der Quellcode für den Hardware-PWM-Treiber steht unter at91_g20_pwm.tar.gz zur Verfügung.

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Im Vergleich zu bewährten Programmen wie tcpdump erhöht sich die mögliche Aufzeichnungsrate mit Netsniff-ng dadurch deutlich. Wer erste Experimente mit der Software durchführen möchte sollte die stabile Version 0.5.5.0 benutzen. Das nächste Release durch die Entwickler ist im April 2011 geplant und wird unter anderem eine neue Parametersyntax für Kommandozeilenparameter und eine weitergehende Modularisierung der Quellcodebasis bieten um zusätzliche Werkzeuge mit der Technologie zu ermöglichen.

Die Installation von Netsniff-ng 0.5.5.0 erfolgt einfach mit

make
sudo make install

im src/-Verzeichnis des Programms.

Nach erfolgreicher Installation ist es möglich mit:

sudo netsniff-ng --dev eth0 --dump out.pcap --silent


Netzwerkverkehr aufzuzeichnen.

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Der Wettbewerb steht diese Jahr unter dem Motto “Chess’up!”, die Eurobot-Regeln und eine FAQ können auf den Veranstalterseiten heruntergeladen werden.

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Aus diesem Grund ist für Firefox 3.6 seit einiger Zeit der Dienst Firefox Sync (ehemals Weave) verfügbar. Damit ist es möglich Lesezeichen, Passwörter, Einstellungen, die Browser-History und auch geöffnete Tabs zwischen unterschiedlichen Rechnern zu sychronisieren. Die Technologie, die für Firefox in der Version 3.6 noch ein Plugin erfordert, soll in Firefox 4.0 direkt integriert sein. Die Daten werden dann entweder in einer Mozilla-Datenbank oder auch auf dem eigenen Server gespeichert. Hierfür existiert eine freie Implementierung mit PHP und Mysql als Datenbank. Dabei sind zwei Dienste zu installieren, zum einen ein Dienst zur Nutzerverwaltung und dann noch der eigentliche Synchronierungsdienst. Notwendige Dokumentation findet sich unter Weave-API.

Zur Installation des Servers auf einem Ubuntu-Server (LAMP Installation vorausgesetzt) installiert man Mercurial

aptitude install mercurial

legt das Wurzelverzeichnis für den Synchronisierungsdienst an

mkdir -p /srv/sync; cd /srv/sync

Kopiert die Quellen für den Dienst zur Nutzerverwaltung

hg clone http://hg.mozilla.org/services/reg-server/

und die Quellen für den eigentlichen Sync-Dienst

hg clone http://hg.mozilla.org/services/sync-server/

legt die Datenbanken und Nutzer für Mysql an

mysql -u root -p

mysql> CREATE DATABASE IF NOT EXISTS sync_user;
mysql> CREATE DATABASE IF NOT EXISTS sync_content;

mysql> GRANT ALL ON sync_user.* TO sync@localhost IDENTIFIED BY "pass";
mysql> GRANT ALL ON sync_content.* TO sync@localhost IDENTIFIED BY "pass";

mysql> use sync_user;

mysql> CREATE TABLE `users` (
  id int(11) NOT NULL PRIMARY KEY auto_increment,
  username varbinary(32) NOT NULL,
  password_hash varbinary(128) default NULL,
  email varbinary(64) default NULL,
  status tinyint(4) default '1',
  alert text,
  reset varchar(32),
  reset_expiration datetime
) ENGINE=InnoDB;

mysql> use sync_content;

mysql> CREATE TABLE `collections` (
  `userid` int(11) NOT NULL,
  `collectionid` smallint(6) NOT NULL,
  `name` varchar(32) NOT NULL,
  PRIMARY KEY  (`userid`,`collectionid`),
  KEY `nameindex` (`userid`,`name`)
) ENGINE=InnoDB;

mysql> CREATE TABLE `wbo` (
  `username` int(11) NOT NULL,
  `collection` smallint(6) NOT NULL default '0',
  `id` varbinary(64) NOT NULL default '',
  `parentid` varbinary(64) default NULL,
  `predecessorid` varbinary(64) default NULL,
  `sortindex` int(11) default NULL,
  `modified` bigint(20) default NULL,
  `payload` longtext,
  `payload_size` int(11) default NULL,
  `ttl` int(11) default '2100000000',
  PRIMARY KEY  (`username`,`collection`,`id`),
  KEY `modified` (`username`,`collection`,`modified`),
  KEY `size_index` (`username`,`payload_size`),
  KEY `ttl_idx` (`ttl`)
) ENGINE=InnoDB;

Anschließen muss man nur noch ein paar Konfigurationsdateien kopieren und editieren:

cd /srv/sync/reg-server/
cp weave_user_constants.php.dist weave_user_constants.php
# hier eintragen von Datenbank, Nutzer, Password und Salt für reg-server

cd /srv/sync/sync-server/
cp default_constants.php.dist default_constants.php
# hier eintragen von Datenbank, Nutzer, Password und Salt und extra nochmal für reg-server

Zum Abschluss ist ein Virtual Hosts (geschützt durch SSL) für den Webserver anzulegen. In dessen Konfigurationsteil werden dann die Quellen aktiviert (Neustart nicht vergessen):

Alias /user/1.0 /srv/sync/reg-server/1.0/index.php
Alias /user/1 /srv/sync/reg-server/1.0/index.php

Alias /1.1 /srv/sync/sync-server/1.1/index.php
Alias /1.0 /srv/sync/sync-server/1.1/index.php

Abschließend setzt man noch die Rechte für die Quellen

chown -R www-data:www-data /srv/sync/

und installiert im Firefox das Sync-Plugin. Die Konfiguration des Plugins gestaltet sich dann einfach und schließlich ist man in der Lage seine Bookmarks über unterschiedliche Geräte mit Firefox zu synchronisieren.

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Mit guter Navigation, Umsicht und hoher Geschwindigkeit müssen die Roboter ohne menschliche Steuerung farbige Spielelemente einsammeln und an einer vorgegebenen Stelle wieder ablegen. Was für einen Menschen kein Problem ist, stellt Elektronik und Software vor große Herausforderungen. Eine Kollision mit dem gegnerischen Roboter oder mit starren Spielfeldelemente sollte zum Beispiel vermieden werden, riskiert man doch Defekte an der wertvollen Technik und einen Ausfall. Am Ende des Wettbewerbs werden dann die deutschen Kandidaten für die Eurobot-Weltmeisterschaft in der Schweiz feststehen. Interessant könnte der Wettbewerb auch für Besucher des am selben Tag stattfindenden Alumni-Tages an der HTWK Leipzig sein.

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Trotz des modularen Aufbaus aus dem Netus G20 CPU-Modul und einer Basisplatine mit Schnittstellen kann man das FOX Board G20 als Single Board Computer (SBC) auffassen. Single Board Computer sind Computersysteme, bei welchen alle notwendigen elektronischen Komponenten auf einer Leiterplatte zusammengefasst sind. Sie werden zumeist für Mess-, Steuer- oder Regelungszwecke genutzt. Der Sandwich-Aufbau des FOX Board ermöglicht den Neuentwurf der Basisplatine für spezifische Anwendungen und bietet damit eine erhöhte Flexibilität.

Das Netus G20 CPU-Modul beinhaltet eine ARM9-basierte CPU, genauer den Mikrocontroller AT91SAM9G20 von Atmel mit einer Taktfrequenz von 400Mhz. Mit 64 MByte RAM und 8 MByte Flashspeicher ist das CPU-Modul gut ausgestattet. Bei Abmessungen von 40x40mm für das CPU-Modul und 66×72 mm für die Trägerplatine ist das Board sehr kompakt. Die Möglichkeit microSD-Karten direkt einzustecken erlaubt die flexible Verwendung in vielen Anwendungen. Für die Nutzung in Robotik-Projekten spricht die Tatsache, dass auf der Trägerplatine viele Signale über nachbestückbare Stiftleisten direkt zugänglich sind. Bei Nutzung der Standard-Software sind von den 80 Pins dann 28 vollständig frei als Ein- oder Ausgang (GPIO) nutzbar, die restlichen Pins stellen Schnittstellenfunktionen wie SPI oder I2C zur Verfügung. Natürlich kann das Board aber auch anders konfiguriert werden.

Die Softwareunterstützung für das System ist gut, der verwendete Mikrocontroller wird vom Linux-Kernel standardmäßig unterstützt. Als Laufzeitsystem sind auf Debian und Gentoo basierende Images für die microSD-Karte verfügbar. Mit 150 Euro für Basisplatine und CPU-Modul ist es auch gerade so noch erschwinglich, das komplette Starterkit mit ein paar Zusatzteilen wie Netzteil, Gehäuse und microSD-Karte und ähnlichen Dingen ist für ungefähr 240 Euro erhältlich. Ein besonderes Plus ist die aktuelle Dokumentation im Wiki von ACME Systems, welche die wichtigsten Fragen zum Start mit dem Modul klärt.

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Der nationale Wettbewerb für Deutschland findet dann vom 7.-8. Mai 2010 in Leipzig statt. Dabei wird der erste Tag zur Anreise und Vorbereitungen dienen, der eigentliche Wettbewerb findet dann am zweiten Tag statt. Ein weiteres, ausführlicheres Programm wird sicherlich noch verfügbar gemacht werden.

Der internationale Endausscheid findet vom 26.-30. Mai 2010 in Rapperswil in der Schweiz statt.

Als kleinen Vorgeschmack gibt es noch ein gut gemachtes Promo-Video des Dresdner Teams TURAG aus dem letzten Jahr.

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Das von Matt Mackall geschriebene Programm smem ist ein Werkzeug, das verschiedene Berichte über die Speichernutzung auf einem Linux-System erstellen kann. Im Gegensatz zu den bereits genannten Werkzeugen kann smem die Proportional Set Size (PSS) bestimmen. Die PSS ist eine weitere Messgröße für den Speicherverbrauch eines Programms, bei welcher die durch Bibliotheken genutzte Speichermenge gleichmäßig auf die nutzenden Applikationen aufgeteilt wird. Wird eine Bibliothek durch drei Programme genutzt, wird jeweils nur ein Drittel des durch die Bibliothek verbrauchten Speichers für die PSS der nutzenden Programme einkalkuliert. Neben der Bestimmung der PSS ist zusätzlich die Bestimmung der Unique Set Size (USS) möglich. Die USS eines Prozesses ist die Speichermenge, die nur durch diesen Prozess genutzt wird. Wird der entsprechende Prozess entfernt, wird auf dem System diese Speichermenge frei.

smem ist in Python geschrieben und benötigt mindestens Version 2.6.27 des Linux-Kernels, da erst dieser die notwendige Datei pagemap mit der Zuordnung von virtuellem zu physikalischem Speicher für jeden Prozess in /proc enthält. Neben der Auflistung von RSS, PSS, USS und verbrauchtem Swap-Speicher für Prozesse und Nutzer mit verschiedenen Filterkriterien beherrscht smem auch die Ausgabe von Torten- und Balkengrafiken als PNG, SVG, JPG und EPS. Das Programm ist allerdings im Moment noch nicht in allen Distributionen enthalten.

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Werden bei der Programmierung in C zusammengesetzten Datentypen wie struct verwendet ist es möglich, dass aus Gründen des Alignments zwischen den Teilelementen der Struktur nicht genutzte Füllbytes eingefügt werden. Zurückzuführen ist das Einfügen dieser Füllbytes auf die Rechnerarchitektur und die Art und Weise wie ein Prozessor auf den Hauptspeicher zugreift. Wenn ein Prozessor Daten aus dem Hauptspeicher liest, dann erfolgt der Zugriff mit der Verarbeitungsbreite des Prozessors. Ist der Prozessor ein 32-bit Prozessor, dann werden in einem Schritt 4 Byte gelesen. Diese Annahme gilt für alle weiteren Beispiele.

Ein Datenelement ist dann richtig im Speicher angeordnet, wenn seine Speicheradresse einem ganzzahligen Vielfachen seiner Größe entspricht. Für diesen Fall kann der Prozessor das Datenelement optimal einlesen (ohne Überlappung und notwendige Verschiebung) und das Datenelement wird als aligned bezeichnet. Werden nun Elemente mit unterschiedlichen Speichergrößen wie unsigned short (2 Byte), unsigned char (1 Byte) oder unsigned int (4 Byte) in einem Verbunddatentyp gemischt verwendet ist es möglich, dass Füllbytes eingefügt werden um das Alignment zu gewährleisten.

Zur weiteren Erklärung soll nun folgende Datenstruktur betrachtet werden:

struct test_data {
        unsigned short alpha;
        unsigned char beta;
        unsigned int gamma;
        unsigned char delta;
};

In dieser Datenstruktur wird zwischen den Elementen beta und gamma ein Füllbyte eingefügt um gamma entsprechend den Alignment-Anforderungen auszurichten. Das Füllbyte ist notwendig, da alpha und beta zusammen 3 Byte, also beispielhaft die Adressen 0 bis 2 belegenen und gamma als Datentyp mit 4 Byte Speicherbedarf auf Adresse 4 ausgerichtet wird. Die Adresse 3 bleibt dann ungenutzt und geht als verfügbarer Speicher verloren. Diese Löcher in den Strukturen sind nicht optimal und können teilweise durch Umordnen der Elemente entfernt werden. Das manuelle Berechnen dieser Löcher ist zwar möglich, durch geeignete Werkzeuge allerdings auch automatisierbar.

Das Linux-Werkzeug pahole (Poke-a-Hole) ist ein Hilfsmittel um Datenstrukturen zu analysieren, Alignement-Löcher zu identifizieren und Umordnungsvorschläge anzugeben. Ziel ist die Reduzierung von Strukturgrößen im Speicher und dadurch die Reduzierung des Speicherbedarfs von Programmen während der Laufzeit. Ein wichtiger Effekt ist außerdem die bessere Ausnutzung von Caches und dadurch eine Beschleunigung des Programms bei Speicheroperationen. Durch die Entfernung der Füllbytes entsteht eine geringere Belastung des Speicherbusses.

Da pahole kein Tool zur statischen Quellcodeanalyse ist, sondern den mit Debug-Informationen ausgestatteten Object-Code untersucht, sind neben dem Build-Werkzeug cmake zum Kompilieren noch weitere Bibliotheken zur Unterstützung des DWARF2-Debug-Formates notwendig. Die Installation erfolgt unter Ubuntu mit:

sudo aptitude install libdw-dev libelf-dev cmake

Der Programmcode von pahole ist aufgrund des Ursprungs in der Linux-Kernel-Entwicklergemeinde im Kernel-Git-Repository verfügbar, man erhält den Quellcode mit folgendem Befehl:

git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/acme/pahole.git

Unter Ubuntu 9.10 Karmic Koala ist unter Umständen wie in diesem Bugreport beschrieben vor dem Kompilieren noch ein Patch notwendig. Dabei ist der find_library Ausdruck für EBL_LIBRARY in cmake/modules/FindDWARF.cmake durch set (EBL_LIBRARY -ldw) zu ersetzen.

Das Kompilieren und die Installation erfolgt dann im Verzeichnis pahole mit den Befehlen:

mkdir build
cd build
cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr ..
make
sudo make install

Das zu untersuchende Programm hello oder Object-File hello.o ist dann mit dem Compiler im Debug-Modus, also gcc -g zu kompilieren. Der Befehl

pahole hello

beziehungsweise

pahole hello.o

gibt dann einen Bericht in folgender Art für alle verwendeten, nicht-anonymen Strukturen aus:

struct test_data {
	short unsigned int         alpha;        /*     0     2 */
	unsigned char              beta;         /*     2     1 */
 
	/* XXX 1 byte hole, try to pack */
 
	unsigned int               gamma;        /*     4     4 */
	unsigned char              delta;        /*     8     1 */
 
	/* size: 12, cachelines: 1, members: 4 */
	/* sum members: 8, holes: 1, sum holes: 1 */
	/* padding: 3 */
	/* last cacheline: 12 bytes */
};

Der hinzugefügte Kommentar enthält für jedes Element die Adresse in Bezug auf den Anfang der Struktur und die Größe des Elementes. Zusätzlich werden Löcher in den Strukturen und die Gesamtgröße der Struktur angegeben.

Neben der Identifikation der ungenutzten Speicherbereiche kann mit dem Befehl

pahole -RC test_data hello

auch ein Hinweis für die Reorganisation der Elemente ausgegeben werden. Im vorhandenen Beispiel wäre dies die Anordnung des Elementes delta nach beta und vor gamma um das Loch von einem Byte zu füllen.

Abschließend bleibt anzumerken, dass die Relevanz dieser Optimierungen auf modernen 64-bit Architekturen höher ist, da durch die größere Verarbeitungsbreite Löcher in den Strukturen häufiger auftreten und diese auch größer sind.

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Unter polyplay.de lassen sich jetzt auch diese Spiele wieder im Browser spielen. Zusätzlich gibt es auf dieser Seite Hintergrundinformationen zum Polyplay, zu seinem technischen Aufbau und umfangreiche Spielbeschreibungen.

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Eine dieser Veranstaltungen, der internationale Roboterwettbewerb Eurobot, findet seit 1998 statt. Bei jährlich wechselnden Aufgabenstellungen treten zwei gegnerische Roboter auf einem Spielfeld von 3 x 2,1 Metern an und müssen mit vorhandenen Spielelementen wie Bällen, Holzbalken oder Pucks innerhalb von 90 Sekunden bestimmte Spielziele, meist das Bewegen von Spielelementen in einen bestimmten Zielbereich, so gut wie möglich ohne menschliche Steuerung meistern.

Auch in diesem Studienjahr findet unter dem Motto “Feed the World” der Eurobot-Wettbewerb 2010 statt. Die Ermittlung des Gesamtsiegers erfolgt in mehreren nationalen und schließlich einem internationalen Wettbewerb. Auf deutscher Ebene sind beispielhaft Hochschul-Teams aus Dresden, Leipzig, Aachen und Heidelberg vertreten. Diese konnten auch auf internationaler Ebene in den letzten Jahren gute Ergebnisse erzielen. Bei der Eurobot 2010 wird der nationale Wettbewerb für Deutschland in Leipzig an der HTWK stattfinden. Der internationale Ausscheid findet dann in Rapperswil in der Schweiz statt.

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Und auch an dieser Webseite geht die Zeit nicht spurlos vorüber. Auf technisch neuen Füßen, einem Virtual Server von Host Europe, wurde ein Großteil der Inhalte neu organisiert. Das Layout der Webseite wurde aufgefrischt und es wurden neue graphische und inhaltliche Elemente eingebunden. Die Umgestaltung hat als Ziel, die Inhalte hier auf der Seite besser zugänglich zu machen, mehr Übersicht für den Nutzer zu schaffen und alles zeitgemäß visuell umzusetzen. Über ein paar Kommentare zum neuen Design würde ich mich freuen!

Ganz nebenbei existiert jetzt auch ein Twitter-Account, in dem ich alles was zu kurz für einen Blogeintrag ist festhalte. Neue Follower können sich mir gerne anschließen.

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