Matlab과 Linux 사이의 socket 통신 예제

매트랩에서는 Java api를 이용해서 쉽게 socket 통신을 할 수 있다. 

이전 포스팅에서 썼듯이 시리얼 통신도 쉽게 할 수 있는데, 결국 매트랩으로 여러 대의 로봇을 제어하는 서버를 만들 수 있다는 점이다. 

다른 언어에 비해 매우 빠른 속도로 프로토타이핑이 가능한 매트랩에 이런 IO기능까지 더해지니 정말 쓸모가 많은 것 같다. 

매트랩이 서버가 될 것을, 여러 대의 리눅스 환경의 노트북들이 클라이언트가 될 것을 가정한다. 

1. 리눅스 쪽 C 소스 (이클립스에서 빌드)

 1. main.cpp (나머지 파일들은 아래 첨부)

#include "wifi.h"

#include <stdio.h>

#include <sys/time.h>

#include <opencv/cxcore.h>

#include <opencv/highgui.h>

#include <opencv/cv.h>

#include <opencv/cvaux.h>

#include "opencv_sjlib.h"

#include <signal.h>

#include <math.h>

#include <stdlib.h>

#define NUMBER_OF_CAMERA 6

#define First_capture 101

#define Second_capture 102

#define Send_angle 103

int Imageready = 0;

int Imagename = 0;

int s_socket;

int ImageCapture();

void *CaptureThread(void *threadparam)

{

ImageCapture();

}

void exit_handler(int sig)

{

printf("exit_handler closing socket \r\n");

close(s_socket);

exit(0);

}

int main(int argc, char** argv)

{

// Set exit Handle

signal(SIGINT, exit_handler);

// Get IP and Port number from input args

char IP[80];

strcpy(IP, argv[1]); // indicates IP address

long channel ;

channel = atoi(argv[2]); // indicates IP address

// Try to make connection to server

struct sockaddr_in server_addr;

printf("Try making connection to %s : %ld \r\n", IP, channel);

ServerSelector(IP, channel, &server_addr);

//int s_socket; <= It's a global variable.

s_socket = -1;

while (s_socket == -1)

{

s_socket = MakeConnectionFC(&server_addr);

sleep(1);

}

printf("Connection complete to %s : %ld \r\n", IP, channel);

// <=== Thread ON for TESTING !!!

pthread_t thread;

int pthreadRet = pthread_create(&thread, NULL, &CaptureThread, NULL); // thread on : image capture

// Set buffer for socket communication

char RXbuffer[1024];

char TXbuffer[1024];

int RXdata = 0;

int RXdata_prev = 0;

while(1)

{

// Wait until single RX operation

int len = read(s_socket, RXbuffer, 1);

// When RX is successfully done,

if( len > 0)

{

RXdata = (int)(RXbuffer[0]);

printf("1. Socket rx data: %d \n", RXdata);

if (RXdata != RXdata_prev)

{

printf("2. Distinct Socket rx data: %d \n", RXdata);

RXdata_prev = RXdata;

}

}

double TXdata = (double)RXdata/10;

printf("3. Sending %.1f to Server \n", (double)TXdata );

int digit100 =  (int)( (double)TXdata/100);

int digit10 =  (int)( ((double)TXdata - 100*digit100)/10);

int digit1 =  (int)( ((double)TXdata - 100*digit100 - 10*digit10)/1);

int digit_1 =  (int)( 0.5 + 10*((double)TXdata - 100*digit100 - 10*digit10 - 1*digit1));

TXbuffer[0] = '0'+13; // <= 12면 음수, 그 외는 양수

TXbuffer[1] = '0' + digit100;

TXbuffer[2] = '0' + digit10;

TXbuffer[3] = '0' + digit1;

TXbuffer[4] = '0' + digit_1; // <= 123.4 를 의미한다.

printf(" %d %d %d %d \n",

digit100, digit10, digit1, digit_1);

write(s_socket, TXbuffer, 5*sizeof(char));

printf("4. Let's read again \n\n");

}

}

int ImageCapture()

{

IplImage* Image[NUMBER_OF_CAMERA];

CvCapture* capture[NUMBER_OF_CAMERA];

char filename[80];

int Save;

double prop_exposure = 0.005; // orig: 0.01

double prop_brightness = 0.01; // orig: 0.01

for (int i = 0; i<NUMBER_OF_CAMERA; i++)

{

capture[i] = cvCaptureFromCAM(i);

cvSetCaptureProperty(capture[i], CV_CAP_PROP_EXPOSURE, prop_exposure);

cvSetCaptureProperty(capture[i], CV_CAP_PROP_BRIGHTNESS, prop_brightness);

}

printf("ImageCapture thread start \n");

while (1)

{

for (int i = 0; i<NUMBER_OF_CAMERA; i++)

Image[i] = cvQueryFrame(capture[i]);

cvWaitKey(10);

if (Imageready == 1)

{

for(int j=0;j<NUMBER_OF_CAMERA;j++)

{

//printf("inside\t");

sprintf(filename, "image%d_%d.bmp",Imagename, j+1);

Save = cvSaveImage(filename, Image[j], 0);

}

while(1)

{

if(Save)

{

printf("thread\t");

break;

}

}

Imageready = 0;

printf("image saved\n");

}

}

for (int i = 0; i<NUMBER_OF_CAMERA; i++)

cvReleaseCapture(&(capture[i]));

return 0;

}

2. 서버용 매트랩 파일

 1. demo_socket_multi.m

%%

clc;

clear all;

close all;

import java.net.ServerSocket

import java.io.*

%% 변수를 설정한다.

nr_agents       = 3; % <== 전체 agent의 수

nr_connected    = 0; % <== 전체 연결된 agent의 수

global sockets;

sockets = cell(nr_agents, 1);

% socket통신을 위한 포트의 번호를 정한다. 

init_port_num   = 4010; % <==================== 이 값부터 차레로 1씩 커진다.

for ai = 1:nr_agents

    sockets{ai}.client_port      = ai-1+init_port_num;

    sockets{ai}.client_connected = 0;

    sockets{ai}.client_output    = [];

    sockets{ai}.client_socket    = []; 

end

address     = java.net.InetAddress.getLocalHost;

IPaddress   = char(address.getHostAddress);

%% 클라이언트가 접속하기를 기다린다.

retry       = 0;

max_retry   = 1000;

while 1

    

    % 클라이언트가 접속하기를 기다린다.

    try

        fprintf(1, ' Waiting %s : %d for client %d/%d to connect %d/%d \n'...

            , IPaddress, sockets{nr_connected+1}.client_port...

            , nr_connected+1, nr_agents, retry, max_retry);

        

        if nr_connected < nr_agents

            sockets{nr_connected+1}.client_socket     = ServerSocket(sockets{nr_connected+1}.client_port);

            sockets{nr_connected+1}.client_socket.setSoTimeout(1000);

            sockets{nr_connected+1}.client_output     = sockets{nr_connected+1}.client_socket.accept;

            sockets{nr_connected+1}.client_connected  = 1;

            fprintf(1, 'Client%d connected ! \n', nr_connected+1);

            nr_connected = nr_connected + 1;

        end

        

    catch

        for ai = 1:nr_agents

            if sockets{ai}.client_connected == 0

                if ~isempty(sockets{ai}.client_socket), sockets{ai}.client_socket.close, end;

                if ~isempty(sockets{ai}.client_output), sockets{ai}.client_output.close, end;

            end

        end

        

        % pause before retrying

        pause(1);

    end

    

    % 종료조건을 추가한다.

    retry = retry + 1;

    if retry > max_retry

        fprintf(1, 'Too many retries -> break! \n');

        break;

    end

    if nr_connected+1 > nr_agents

        fprintf(1, 'All clients are connected! End trying. \n');

        break;

    end

    

end

%% 모두 연결이 되었다면! 

while nr_connected+1 > nr_agents

    %% 일단 멈추고

    fprintf(1, '\n1. Press any key to continue.. \n');

    pause(1);

    

    for ai = 1:nr_agents

        

        % 1. 보낼 데이터

        send_data = randi([1 127]);

        

        % 2. 실제로 보내는 부분

        socket_send(sockets{ai}.client_output, send_data);

        

        % 3. 데이터를 받는 부분

        read_data = socket_read(sockets{ai}.client_output);

        

    end

    

end

%% 종료하자.

for ai = 1:nr_connected

    sockets{ai}.client_socket.close;

    sockets{ai}.client_output.close;

end

%%

 2. socket_read.m

function val = socket_read(output_socket)

%

%   output_socket: 소켓 정보

%   cmd: 무엇을 받을지 나타내는 명령 (숫자)

%       101: First Image Capture

%       102: Second Image Capture

%       103: 각도를 내놔

%

import java.net.Socket

import java.io.*

% 3. 받는 부분

input_stream        = output_socket.getInputStream;

data_input_stream   = DataInputStream(input_stream);

tick_rx_start   = clock;

wait_period_ms  = 500;

exit_period_ms  = 10000;

while true

    

    % 1. 받기 시작한 이후로 시간을 계산한다.

    pause(wait_period_ms/1000);

    tick_elapsed_ms = round(etime(clock, tick_rx_start) * 1000);

    

    % 2. 일정 시간 이상 기다렸으면 에러이다.

    if tick_elapsed_ms > exit_period_ms

        fprintf('[RX error] Tick elapsed too much: %.1f [s] break !! \n'...

            , tick_elapsed_ms/1000);

        break;

    end

    

    % 3. 읽어본다.

    bytes_available = input_stream.available;

    if bytes_available > 0

        rx_message = zeros(1, bytes_available, 'uint8');

        for i = 1:bytes_available

            % char로 들어온 것을 숫자로 바꾸기 위해서 이러한 작업을 한다.

            rx_message(i) = data_input_stream.readByte - char('0');

        end

        

        if bytes_available == 1

            % 들어온 것이 하나라면 그대로 쓰고

            val = rx_message;

        else

            % 여러 데이터가 들어왔다면 하나의 숫자로 바꾼다.

            rx_message = double(rx_message);

            % 2,3,4 번째가 세 자리 숫자를 의미하고 5번째가 소수점이하 수를 나타낸다.

            val = rx_message(2)*100+rx_message(3)*10+rx_message(4)*1+rx_message(5)*0.1;

            val = double(val);

            % 첫번째로 들어온 char가 부호를 나타낸다. (12이면 음수, 나머지는 양수)

            if rx_message(1) == 12

                val = -val;

            end

        end

        

        fprintf('3. Socket rx_data: %.2f \n', val);

        break;

        

    end % if bytes_available > 0

    

    % unit peroid에 한번씩 .을 찍는다.

    fprintf('.');

    

end % while true 

 3. socket_send.m

function val = socket_send(output_socket, int_tx_data)

%

%   output_socket: 소켓 정보

%   cmd: 무엇을 받을지 나타내는 명령 (숫자)

%       101: First Image Capture

%       102: Second Image Capture

%       103: 각도를 내놔

%

import java.net.Socket

import java.io.*

fprintf(1, '2. Sending %d via socket \n'...

    , int_tx_data);

output_stream       = output_socket.getOutputStream;

data_output_stream  = DataOutputStream(output_stream);

data_output_stream.writeBytes(char(int_tx_data)); % 보낼 때는 int에서 char로 변환해서 보낸다.

data_output_stream.flush;

3. 사용법

 먼저 서버를 실행시킨다. 이 때 클라이언트가 접속할 수 있는 포트를 설정해 줘야 한다. 

 nr_agent라는 변수는 총 몇대의 클라이언트가 접속할 지를 정해주는 변수이다. 

 클라이언트는 다음과 같이 터미널에서 실행한다. 

./test_opencv 192.168.1.62 2001

 즉 첫번째 인자가 서버의 ip이고, 후자가 포트번호이다. 이는 서버를 실행시키면 나오니 그것을 이용하자. 

 현재 구현되어 있는 것은 서버에서 1~127 사이의 수를 보내면 client 쪽에서 그 값을 10으로 나누어서 다시 보내는 것이다. 

 통신은 가장 간단한 char를 주고 받는 것으로 했기 때문에 허접한 프로토콜을 만들어서 세 자리 숫자를 각 digit 별로 나눠서 보내게 해 두었다. double 로 버퍼를 만들면 될 것 같은데 귀찮다. 

---

사용된 C 파일

main.cpp

opencv_sjlib.cpp

opencv_sjlib.h

wifi.cpp

wifi.h

사용된 매트랩 파일

demo_socket_multi.m

socket_read.m

socket_send.m