Archive for the ‘elektronik’ Category

Steganografi och hemliga meddelanden

10/02/2022

Datorarkeologi, hemliga meddelanden.

Jag tror att rätt många barn som nyligen har lärt sig läsa har gjort sina egna hemliga alfabet där det vanliga latinska/nordiska alfabetet ersätts med ”hemliga tecken” så att meddelandet blir oläsligt. Alternativt kan man använda Cesars kryptering där man tänker sig alfabetet som två ringar där man förskjuter den ena med ett visst antal steg. Om vi antar att vårt vanliga alfabet är den första ringen och vi vrider kryptoalfabetsringen tillbaka ett steg så får vi ett kryptoalfabet där

Vanlig text    Krypterad text
a          --> b
b          --> c
osv.

Ett hemligt meddelande av denna typ är naturligtvis urenkelt att lösa. Med dator kan vi naturligtvis enkelt och snabbt testa alla kombinationer men också för hand går det snabbt att titta på tex. fördelningen av de vanligaste bokstäverna i det gissade språket i meddelandet vilket ger information om hur alfabetet skall förskjutas. Ett barns hemliga alfabet är likaså väldigt enkelt att läsa om vi har en vettig längd på meddelandet. Vi kan ur ordlängd etc. gissa bokstäver och rätt enkelt få fram det hemliga alfabetet.

Enkla substitutionsskiffer dvs. förskjutning av bokstäverna i alfabetet eller hemliga symboler i stället för det normala alfabetet är så enkla att lösa att man kan säga att ett meddelande som kodats på detta sätt egentligen endast visar att meddelandet inte är tänkt att läsas rakt upp och ner.

En intressant detalj är Stanley Kubricks film ”Ett rymdäventyr 2001” där skeppets tänkande dator heter ”HAL”. Av en slump 😉 så är HAL ordet IBM förskjutet en bokstav i riktning mot A d.v.s. IBM har kodats met ett Caesarskiffer försjutet endast ett steg i riktning mot A. Om man vill göra en textfil besvärlig att läsa men helt utan risk att man tappar lösenordet till texten så kan man koda en text med Unixverktyget rot13 som alltså förskjuter alfabetet med 13 steg. Säkerheten är lika med noll men det går inte att se vad texten innehåller bara genom att skumma av den med ögat.

Steganografi

Steganografi är tekniken att gömma ett meddelande tex inom ett skenbart oskyldigt meddelande. Antag att en medeltida krigsherre börjar ha slut på krutet och skickar ett meddelande till den egna kungen där han ber om 1500 kaggar fläsk, 20 kärror bröd … och på slutet konstaterar han krigståget måste avbrytas om han inte snabbt får mera mjöl, smör och salt … där den hemliga betydelsen kunde vara ‘mjöl=kol’, ‘smör=svavel’ och ‘salt=salpeter’ (de tre ingredienserna i svartkrut).

Under antiken kunde en kung t.ex. skicka en slav med ett hemligt meddelande så att håret rakades av huvudet på slaven varefter meddelandet skrevs på skalpen. Då håret hade vuxit ut skickades slaven till mottagaren som rakade av håret igen och läste meddelandet. Andra alternativ kunde vara att lägga in ett meddelande i ett bakat bröd … alternativen är många.

Vi såg i föregående inlägg hur man kan generera morsekod med hjälp av ett dataprogram. Ett kort meddelande, några ord, går på kanske 20 sekunder och ljudfilens längd är ungefär en miljon tecken. Antag att jag, den hemliga agenten, vill skicka en femsidig rapport till min uppdragsgivare utan att väcka uppmärksamhet. Jag kan då ta i bruk mitt morseprogram och regelbundet under en tid skicka t.ex. hälsningar till olika personer med morse. Meddelandet byts med någon dags mellanrum och fienden tittar på varje meddelande … men hittar inget.

Jag har redan tidigare, med tanke på användning för steganografi, modifierat både ljudfilerna och pauserna jag använder för att bygga upp meddelandena så att det finns brus i signalerna t.ex. med toppvärdet ungefär 8- bitar av den 16 bitars amplitud ljudfilen tillåter. Bruset ligger då på ungefär 0.5% vilket inte är speciellt störande.

Antag att jag vill skicka min rapport som innehåller 10000 tecken inbakad i morsesignalen. Min text består av tecken som alla ryms i en byte (8 bitar) som i sin tur ryms inom bottenbruset i min morsesignal. Jag behöver nu endast via någon annan kanal meddela min uppdragsgivare att ”Kom ihåg att gratulera den brittiska drottningen då hon fyller 100 år”. Hundra i detta meddelande betyder att jag byter ut vart hundrade talvärde i bruset i meddelandet mot en bokstav. Bruset kommer att öka marginellt men inte så att man enkelt hör skillnaden. Jag måste då skriva ett morsemeddelande som producerar en morse wav-fil med längden större än en miljon talvärden … enkelt.

Jag lägger ut den mixade morsefilen på den vanliga platsen för min morsehobby och min uppdragsgivare laddar ner filen och kör ett program som plockar ut vart hundrade talvärde i wav-filen och dumpar resultatet i en textfil som är min återskapade rapport.

Jag har alltså dolt en textrapport på 10000 tecken i ett oskyldigt morsemeddelande som gick på kanske 20-30 bokstäver. Notera att den sända dolda texten naturligtvis i sig kan vara krypterad innan den läggs till bruset i morsekoden. Det är naturligtvis självklart att texten inte behöver läggas in med 100 teckens intervall utan jag kan använda en slumptalsgenerator som genererar en lämplig slumptalssekvens som säger hur långt avståndet är mellan det hemliga dokumentets bokstäver. Det är också sannolikt att jag endast vill lägga in text i bruset i pauser inte i den reguljära sinusvågen jag använder som ljud eftersom det kan verka misstänkt in enstaka sampel ligger mycket nära noll då sinusvågen ligger nära ett. Jag kan hoppa över områden där jag har en morseton. Både jag och min uppdragsgivare måste naturligtvis kunna generera samma sekvens. Det är självklart att det enkelt går att gömma stora mängder text i en ljudfil som ovan men också självklart att det krävs en del funderande över hur man bäst döljer att det ligger ett meddelande inbakat i filen.

Bilden visar ljusrött brus med amplituden 0.125 (signalen har amplituden 1.0). Om vi antar att ljudfilen är kodad som 16-bitars PCM så kan vi lägga in data med ett största värde 8192 utan att vårt hemliga meddelande sticker ut på något sätt.

Digitalbilder innehåller också enorma mängder data. En modern digitalkamera producerar bilder vars storlek är tiotals megabyte d.v.s. tiotals gånger större än morseljudfilen. Varje bildpunkt innehåller information om tre olika färger och varje färg kodas i en eller flera byte. Det är självklart att jag kan koda information, om jag så vill i pixlar i bilden t.ex. så att jag modifierar färgdata så att jag modifierar en färg så att om färgens värde är ”jämnt” d.v.s. 2, 4, 6 … 254 så skall färgen tolkas som en etta d.v.s. en bit med värdet = 1. På motsvarande sätt kan jag koda en nolla så att jag modifierar ett färgvärde till ”udda” som då tolkas som en bit=0. Förändringarna jag behöver göra är extremt små och sannolikt odetekterbara speciellt som mitt meddelande matar in varierande bitar. Slutresultatet är en bild som ser helt normal ut men i vilken jag kan koda in mängder av dolda data. Olika typer av steganografiska metoder används idag till att koda in t.e.x. copyright information i bilden vilket gör att det i efterhand går att bevisa vem som ägde rättigheterna till bilden.

Notera att det inte är självklart att ovan beskrivna kodningar överlever packning. Om jag konverterar min morse ljudfil till mp3 formatet så kommer filen att packas ihop betydligt. En mp3 kodning är inte förlustfri vilket betyder att om jag packar upp filen tillbaka till wav så har sannolikt mitt hemliga meddelande också förstörts. Samma princip gäller bilder. Enkla hemliga kodningar kan förstöras av packning till något icke förlustfritt format.

En motståndare som försöker hitta mina dolda meddelanden skulle sannolikt bli mycket misstänksam om jag ibland skulle skicka mp3 morsemeddelanden och andra gånger wav meddelanden. Lösningen skulle naturligtvis vara att alltid skicka wav-filer som är opackade.

Morseljudsignal till text

09/02/2022

Detta är ett inlägg i serien datorarkeologi.

I tidigare inlägg har jag visat hur man automatiskt kan översätta skriven text till morse och därefter generera en ljudfil som man t.ex. kunde köra igenom en radiosändare och om effekten är tillräckligt stark och reflexionerna i atmosfären optimala så kan man i princip höra morsemeddelandet överallt på jorden.

Vad gör jag om jag inte kan morse d.v.s. meddelandet är bara en okänd serie blippar. Kan jag skriva ett program som läser in morsekoden som ljud och översätter ljudmeddelandet till text? Det visar sig att detta, om signalen är optimal, är mycket enkelt att göra. Amplituden på alla ljudsignaler är exakt lika och alla pauser har någon av tre exakt definierade längder.

Signalen har följande utseende om jag tittar på ljudfilen med hjälp av programmet Audacity:

Vi ser att signalen är extremt ren och störningsfri. Pauser har ljudnivån noll helt utan något brus och signalen är en sinusvåg med konstant amplitud.

För att kunna läsa av signalen likriktar vi den först d.v.s. vi tar absolutvärdet av signalen så att alla negativa värden under strecket i figuren blir positiva. Signalen varierar våldsamt mellan 0 och ca. 0.5 och för att vi skall kunna bedöma om vi detekterar ljud eller tystnad filtrerar vi signalen så att vi beräknar medelvärdet av ett antal ljudvärden. Om medelvärdet är klart positivt så hör programmet ljud och då medelvärdet ligger mycket nära noll så är det tyst.

Programmet har en funktion/subrutin. Jag skrev denna gång programmet i språket python. Översättningen går till så att jag samlar ihop fragment av korta ljdsignaler (*) och långa ljudsignaler (-). Ljudsignalerna läggs till en textsträng ända tills vi stöter på en ”teckenpaus” d.v.s. en paus mellan bokstäver. Vi skickar nu textsträngen t.ex. ‘*-‘ till funktionen translate_char(tecken) som jämför morsetecknet med alla morsetecken i morsealfabetet och därefter skriver ut resultatet som bokstaven ‘a’ i detta fall. Vi nollar nu morsesträngen och börjar samla * rep – för följande tecken. För att läsa vad programmet gör så hoppar vi över funktionen translate_char och börjar läsa kommandoraden på vilken vi vill ha endast en parameter d.v.s. ljudfilens namn. Ljudfilen kan vara en mp3- eller en wav-fil. Om vi ger en mp3-fil så konverterar programmet automatiskt mp3 filen till en wav-fil eftersom wav-filen är lättare att hantera rent tekniskt.

#!/home/lasi/miniconda3/bin/python
# Name=morse_receiver.py
# The program reads an audio file and converts the audio back to plain text.
# The analysis works as follows:
# Read the message and record the lengths of sound and silence to a file.
# Determine the length of dots and dashes and the lengths of silence.
# Create a new file vith * - and the character interval + word interval.
# The file can now be analyzed for morse patterns and converted into text.
# This is free code. Use on your own risk.

import wavfile
import sys
import os


def translate_char(m_string):
	m_string.strip()
	if (m_string=="*-"):
		return "A"
	if (m_string=="-***"):
		return "B"
	if (m_string=="-*-*"):
		return "C"
	if (m_string=="-**"):
		return "D"
	if (m_string=="*"):
		return "E"
	if (m_string=="**-*"):
		return "F"
	if (m_string=="--*"):
		return "G"
	if (m_string=="****"):
		return "H"
	if (m_string=="**"):
		return "I"
	if (m_string=="*---"):
		return "J"
	if (m_string=="-*-"):
		return "K"
	if (m_string=="*-**"):
		return "L"
	if (m_string=="--"):
		return "M"
	if (m_string=="-*"):
		return "N"
	if (m_string=="---"):
		return "O"
	if (m_string=="*--*"):
		return "P"
	if (m_string=="--*-"):
		return "Q"
	if (m_string=="*-*"):
		return "R"
	if (m_string=="***"):
		return "S"
	if (m_string=="-"):
		return "T"
	if (m_string=="**-"):
		return "U"
	if (m_string=="***-"):
		return "V"
	if (m_string=="*--"):
		return "W"
	if (m_string=="-**-"):
		return "X"
	if (m_string=="-*--"):
		return "Y"
	if (m_string=="--**"):
		return "Z"
	if (m_string=="*--*-"):
		return "Å"
	if (m_string=="*-*-"):
		return "Ä"
	if (m_string=="---*"):
		return "Ö"
	if (m_string=="*----"):
		return "1"
	if (m_string=="**---"):
		return "2"
	if (m_string=="***--"):
		return "3"
	if (m_string=="****-"):
		return "4"
	if (m_string=="*****"):
		return "5"
	if (m_string=="-****"):
		return "6"
	if (m_string=="--***"):
		return "7"
	if (m_string=="---**"):
		return "8"
	if (m_string=="----*"):
		return "9"
	if (m_string=="-----"):
		return "0"
	# Primitive error check
	print("Error m_string=",m_string)
	print("Len=",len(m_string))
	return "?"


if (len(sys.argv)<1) or (len(sys.argv)>=3):
	print("Usage: morse_receiver.py snd_file")
	exit(0)

# We only process wav-files. If I get a mp3 then convert it to wav
# Add further conversions here as nedessary.
# Filtypen bestäms utifrån filnamnet inte från magisk filtyp.
snd_file = sys.argv[1]
print("File to process: ",snd_file)

if snd_file.endswith('.mp3'):
	print("MP3 file detected")
	# Convert to a wav file
	# model ffmpeg -i song.mp3 -ar 44100 song.wav
	cmd = "ffmpeg -i "+snd_file+" -loglevel quiet -ar 44100 -y "+snd_file+".wav >/dev/null"
	snd_file=snd_file+".wav"
	print("Converted file="+snd_file)
	# Convert the mp3 file to wav before processing.
	os.system(cmd)

f = wavfile.open(snd_file, 'r')
frames=f.num_frames
wav_data=f.read_float(frames)
ampl=0
i=0
snd = False
nosnd = True
pstart=0
sstart=0
my_ch = "";
for d in wav_data:
	ampl=(9*ampl+abs(d[0]))/10
	i=i+1
	if((ampl>0.1) and (nosnd==True)):
		sstart=i
		l = i-pstart
		if(l<5000):
			sp=0
		elif((l>5000) and (l<20000)):
			print(translate_char(my_ch)+"  "+my_ch)
			my_ch=""

		else:
			print(translate_char(my_ch)+"  "+my_ch+"\n")
			my_ch=""
		snd = True
		nosnd = False
	elif((ampl<0.01) and (snd==True)):
		pstart = i
		if((i-sstart)<5000):
			my_ch = my_ch + "*"
		else:
			my_ch = my_ch + "-"
		snd=False
		nosnd=True

Vi kontrollerar om vi fick en mp3-fil som parameter. Om detta är fallet så bygger vi upp ett kommando som en textsträng där programmet ffmpeg används för att göra en wav-kopia av mp3-filen. Kommandot utförs av det externa programmet ffmpeg genom att anropa det via system() d.v.s. vi gör inifrån programmet detsamma som vi skulle ha kunnat göra på kommandoraden.

if snd_file.endswith('.mp3'):
	print("MP3 file detected")
	# Convert to a wav file
	# model ffmpeg -i song.mp3 -ar 44100 song.wav
	cmd = "ffmpeg -i "+snd_file+" -loglevel quiet -ar 44100 -y "+snd_file+".wav >/dev/null"
	snd_file=snd_file+".wav"
	print("Converted file="+snd_file)
	# Convert the mp3 file to wav before processing.
	os.system(cmd)

Vi läser nu in hela ljudfilen i minnet, PDP11 skulle storkna i detta skede eftersom användarminnet skulle ta slut innan ens halva filen är läst … fint att ha lite mera minne i en modern dator! Vi skapar också några hjälpvariabler som vi behöver lite senare. Om jag skulle dekoda en fil på PDP11 så skulle jag läsa in data från skiva i stället för att ha filen i datorns minne. Att använda skiva i stället för minnet fungerar precis lika bra men hastigheten är kanske en tusendel jämfört med att jobba direkt mot minne. PDP11 från 1970-talet skulle tugga länge på en dekodning av en 20 sekunders ljudfil. Gissar någon minut.

f = wavfile.open(snd_file, 'r')
frames=f.num_frames
wav_data=f.read_float(frames)
ampl=0
i=0
snd = False
nosnd = True
pstart=0
sstart=0
my_ch = "";

Vi börjar nu läsa in värden, ett datavärde i taget från filen som alltså ligger i centralminnet (RAM) och beräknar ett flytande medelvärde över tio ljudvärden. Experiment visade att detta gav en pålitlig detektion. Jag är övertygad om att en annan filtrering skulle fungera lika bra. För en annan ljudfil genererad av en utomstående producemt så skulle vi antagligen behöve experimentera här.

for d in wav_data:
	ampl=(9*ampl+abs(d[0]))/10

Vi går nu vidare och ser när vi stöter på ljud och lägger då på minnet vilket ljudvärde 0 … vi hade och kontrollerar samtidigt om vi går från noll (icke ljud) mot ljud (större än ca. 0.1). Vi kan nu skilja på en ljudpuls och en paus. Genom att vi lagrade start och slut på pulsen så kan vi genom subtraktion beräkna längden på en ljudpuls eller en paus. Om vi stötte på en kort ljudpuls så lägger vi till ‘*’ i slutet av variablen my_ch . Om vi stötte på en lång ljudpuls så lägger vi till ‘-‘. Om vi stötte på en mellanlång eller lång paus så vet vi att tecknet är färdigt för översättning. Om vi stöter på en riktigt lång paus så vet vi att ett ord har passerats och då skriver vi ett radbyte för att underlätta läsningen.

Hela detektorn har då följande utseende:

for d in wav_data:
	ampl=(9*ampl+abs(d[0]))/10
	i=i+1
	if((ampl>0.1) and (nosnd==True)):
		sstart=i
		l = i-pstart
		if(l<5000):
			sp=0
		elif((l>5000) and (l<20000)):
			print(translate_char(my_ch)+"  "+my_ch)
			my_ch=""

		else:
			print(translate_char(my_ch)+"  "+my_ch+"\n")
			my_ch=""
		snd = True
		nosnd = False
	elif((ampl<0.01) and (snd==True)):
		pstart = i
		if((i-sstart)<5000):
			my_ch = my_ch + "*"
		else:
			my_ch = my_ch + "-"
		snd=False
		nosnd=True

Intresserade läsare kan lyssna på morsekoden nedan. Min reaktion på denna morsemottagare är egentligen att det visade sig vara mycket lättare att skriva mottagaren än jag hade väntat mig.

Om någon läsare vill skriva en mottagare för svårare morsekod t.ex. morsekod där alla tidsvärden varierar då en människa sänder morse så gissar jag att jag skulle spela in alla meddelanden. Därefter skulle jag skriva en dynamisk analysator som gissar längden på kort/långt ljud samt länden av pause. Dv.s. jag skulle mäta längden på alla tidsvärden separat för vatje fil.

En annan komplikation är att signalamplituden sannolikt skulle kunna variera rätt mycket. Även detta skulle kräva separat hantering så att gränsvärdet för ljud/tystnad skulle kunna väljas utgående från signalen i stället för att ges ett fast värde som i detta exemple.

Global morsesändare

09/02/2022

Ett inlägg i serien datorarkeologi.

En gammal traditionell morsesändare sänder morse via en radiosändare. Om vi går mer än hundra år tillbaka i tiden så kunde sändningen gå över en enda tråd d.v.s. mellan två punkter vilket är ganska begränsat … så långt tillbaka går vi dock inte.

Om jag vill skicka iväg ett meddelande till i princip hela världen så hur gör jag? Problemet är främst hur jag skall kunna lagra den skapade ljudfilen automatiskt på en åtkomlig plats ute på nätet. Jag hade ursprungligen tänkt mig att jag lagrar filen på spegling.blog men jag råkade ut för en del tekniska komplikationer då jag försökte göra detta automatiskt. Jag kom då på att jag har en urgammal blog http://www.kolumbus.fi/larsil som stöder ftp-protokoll. Jag kan alltså flytta morse ljudfilen till kolumbus servern med ftp på samma sätt som jag flyttade filen från PDP11 till min huvuddator deNeb.

Att flytta en nygenererad morse ljudfil till kolumbus betyder att jag kör ett skript send.ftp som automatiskt flyttar filen upp till kolumbus där den är ”synlig för hela världen”.

#!/bin/bash
HOST=www.kolumbus.fi
USER=xxxxxxxx
PASSWORD=xxxxxxxxxxxx
ftp -inv $HOST <<EOF
user $USER $PASSWORD
put morse_message.mp3
bye
EOF
echo "Cleaning system variables"
unset HOST
unset USER
unset PASSWORD

Orsaken till att jag använder unset HOST etc. är att jag inte vill att dessa systemvariabler skall bli liggande i maskinen trots att maskinen naturligtvis är skyddad. Utan unset kunde en person som har vägen förbi, och terminalfönstret är öppet, får reda på t.ex. kolumbusserverns användarnamn och password genom att ge kommandona:

echo HOST
echo USER
echo PASSWORD

För att översätta en textrad till morse och flytta resultatet till Internet ger jag följande kommandon:

./smorse.run
Skriv text att sända som morse:sssss lars silen sssss
Ord=sssss
s  ***  ti ti ti 
s  ***  ti ti ti 
s  ***  ti ti ti 
s  ***  ti ti ti 
s  ***  ti ti ti 
Ord=lars
l  *-**  ti taa ti ti 
a  *-  ti taa 
r  *-*  ti taa ti 
s  ***  ti ti ti 
--- etc ...
Jag valde att omge namnet med 's' eftersom bokstanen 's' i morsealfabetet är '***' d.v.s. ti ti ti vilket är lätt att känna igen. 
Flyttning till servern kolumbus:
./send.ftp
Connected to xxxxxxxxxxxxxxxxxxx
220 ProFTPD Server (Elisa Oyj FTP Service)
331 Password required for xxxxxxxx
230 User xxxxxxxx logged in
Remote system type is UNIX.
Using binary mode to transfer files.
local: morse_message.mp3 remote: morse_message.mp3
200 PORT command successful
150 Opening BINARY mode data connection for morse_message.mp3
226 Transfer complete
169291 bytes sent in 0.10 secs (1.6789 MB/s)
221 Goodbye.
Cleaning system variables

Läsaren kan lyssna på hur morsesändaren låter nedan:

Att porta till BSD 2.11 Unix

07/02/2022

I en tidigare artikel visade jag hur man rätt enkelt kan skapa ett verktyg som möjliggör att tex. barn kan programmera på sitt eget modersmål i detta fall svenska. Språket ”sv” och kompilatorn ”csv” förstår svenska nyckelord och kompileras i två steg. Det första steget producerar c-kod och det andra skedet kompilerar från c-språket till körbar maskinkod (se den tidigare artikeln).

Hela paketet i den tidigare artikeln inkluderande lex-programmet som sköter översättningen från sv till c går på några hundra rader kod. Hur mycket jobb kräver det att modifiera programmen så att de kör på en urgammal Unix samt vilka är de begränsningar som är av sådan art att ny design behövs?

Kända begränsningar i PDP11

En maskin från 1970-talet var konstruerad för en specifikt engelsk/amerikansk miljö utan någon tanke på yttre nationella alfabet. Bokstäverna ÅÄÖ kunde stödas men sällan problemfritt. Jag valde att helt enkelt lämna bort prickar över åäöÅÄÖ d.v.s. texten ser ut som mina handskrivna skoluppsater på 1960-70-talet.

Maskinen stöder inte ljud vilket betyder att sändaren måste modifieras. I praktiken betyder detta att ljudet genereras på en annan (modern) maskin. Morsekoden som sådan lagras i en textfil och flyttas automatiskt till en annan maskin som tolkar den färdiga koden och genererar ljud. Jag kunde skriva kod på PDP11 emulatorn som styr in/ut pinnar på Raspberry Pi men jag uppfattar inte detta vara värt besväret.

Oväntade små problem

Det första problem jag stötte på var att det program lex genererade från swe.lex –> lex.yy.c inte kompilerade på PDP11 trots att jag körde en lex version som hörde hemma i BSD 2.11. Vad hände?

Jag kom inte ihåg att enradiga kommentarer ”// … till slutet av rad” är ett nytt påhitt. Jag löste problemet genom att ta bort denna typ av kommentarer. Samma sak måste göras med morseprogrammet. Det är naturligtvis möjligt att definiera om swe.lex så att jag genererar den gamla typens kommentarer i stället för nya enradiga. Detta blir en övning för framtiden.

Urgamla versioner av C-språket deklarerar parameterlistor till funktioner på ett annat sätt än moderna versioner. Ett exempel på detta är om jag vill läsa in någon parameter från kommandoraden.

I modern C-kod skulle jag deklarera kommandoradsparametrar på följande sätt:

main(int argc, char argv[])
{
  ... huvudprogrammet ...
}

I den gamla varianten av C-språket visar det sig att jag måste skriva på följande sätt:

main(argc, argv)
int argc;
char **argv;
{
  ... huvudprogrammet ...
}

Samma modifikation som i det senare exemplet måste jag göra för alla funktionsanrop som har parameterlista.

Funktionen getline som finns färdig i stdio.h i moderna varianter av C-språket eller egentligen i moderna varianter av C-biblioteket. Denna färdiga funktion introducerades ungefär 2010 d.v.s. långt efter att man slutade uppdatera min BSD 2.11. Lösningen är naturligtvis att skriva funktionen själv. Jag utgick från boken ”The C Programming Language” av Brian W. Kernighan och Dennis M. Ritchie. Boken är en klassiker! Min nya funktion fick följande utseende i språket sv:

heltal hamtarad(s,l)
tecken *s;
heltal l;
{
  heltal i,c;
  upprepa(i=0;i<=l-1 && (c=getchar())!=EOF && c!='\n';++i)
    s[i]=c;
  om(c=='\n'){
    s[i]=c;
    ++i;
    s[i]='\0';
    ++i;
  }
  s[i]='\0';
  s[i+1]='\0';
  return i;
}

Jag märker att jag använde return i stället för returnera vilket dock är ok eftersom return i såfall faller igenom oöversatt vilket ger korrekt C-språk … Notera att parametrarna är deklarerade på gammalt vis. Notera hur man gör två saker samtidigt i upprepa-slingan. Jag läser in ett tecken ‘c’ och kontrollerar samtidigt att inte filen har tagit slut. Detta kallas bieffekt och är något man försöker undvika i de flesta programmeringsspråk eftersom bieffekterna kan ge upphov till programmeringsfel som kan vara besvärliga att hitta om en bit programkod t.ex. förutom en tydlig jämförelse också ändrar värdet på en variabel.

Programmet kompilerar

Jag plockar bort ljudrutinerna i programmet som kör på PDP11 d.v.s. aplay eftersom det inte finns något ljudstöd.

Då programmet kompilerar första gången vet jag att jag börjar vara nära målet. Provkörning visade att den text jag matade in via getline splittrades upp i ord helt korrekt men vid körning fick jag diverse skräp efter det sista ordet. Problemet berodde på funktionen strtok som delar upp en sträng i en serie segment separerade av en eller flera separatorer i den gamla versionen ville ha två separatorer d.v.s. mellanslag ‘ ‘ och radbyte. I den nya C-versionen behövdes endast mellanslag som separator.

Då kompileringen går igenom märker jag att det inte lönar sig att kompilera om swe.lex varje gång eftersom kompileringen av lex.yy.c till programmet sv tar kanske 20 sekunder i stället för en blinkning under Linux på min normala PC. Lösningen är naturligtvis att kompilera om sv endast då detta behövs.

Då jag kör morseprogrammet blir resultatet:

./smorse
Skriv text att sanda som morse:lasse skriver
*-**
*-
***
***
*
+
***
-*-
*-*
**
***-
*
*-*
+

Tecknet ‘+’ betyder att det är en lång paus på 0.7 sekunder mellan ord.

Morsesekvensen ovan skickar jag i stället till en fil s.morse som jag sedan kan skicka vidare till morsesändaren på en annan maskin d.v.s. min Linux PC. Jag skriver ett enkelt shellskript som kör morseprogrammet och automatiskt skickar resultatet med ftp till min Linuxmaskin.

echo "Enter the text to send:"
./smorse >s.morse
sh send.ftp

Skriptet send.ftp använder ftp som har diskuterats tidigare för att skicka filen s.morse till Linuxmaskinen. Skriptet send.ftp har följande utseende:

ftp -inv $HOST <<EOF
user $USER $PASSWORD
put s.morse
bye
EOF

Jag har definierat systemvariablerna HOST, USER och PASSWORD som jag behöver för att kunna logga in på Linuxmaskinen. Filen morse.txt läggs för närvarande hemkatalogen men jag ändrar detta senare till att peka in till en egen katalog för sändaren. Från linux kan jag sedan med hjälp av ett enkelt litet program skicka resultatet vidare med epost som text eller skicka ljudet vidare tex. med radio. Det var roligt att se att det var enkelt att automatisera ftp-funktionen på PDP11.

Jag skrev en enkel morsetolk/sändare som kontinuerligt väntar på meddelanden att sända på min bordsdator deNeb. Programmet är listat nedan. Jag skrev på skoj programmet i programspråket Python som idag är en väldigt populär ersättare till forntidens Basic. Programmet sender.py visar hur man i Python kan generera ljud men också hur man enkelt kan använda kommandon ur operativsystemet eller något annat program på maskinen. Jag anropar operativsystemet för att kontrollera om det har kommit in något nytt sändningsjobb från PDP11 och putsar i såfall bort det gamla meddelandet. Programmet aplay genererar ljud till högtalarna och programmet ffmpeg skapar en ljudfil innehållande hela ljudsekvensen med bättre tidsprecision än anropen till aplay. Det tar ett ögonblick att starta upp aplay vilket gör timingen inexakt. Det kompletta meddelandet finns i ljudfilerna morse_message.wav samt i den komprimerade filen morse_message.mp3 . Vill man spara utrymme kan kvaliteten sänkas betydligt utan att meddelandet blir oläsligt. De råa ljudfilerna är så stora att de inte ryms i PDP11 normala användarminne (ca. 400 kb då ljudfilerna är 1.7 MByte och den packade mp3 filen är 462 kByte. I en 30 Euros Raspberry Pi läser man utan att blinka in ljudfilerna och behandlar dem i minnet om detta behövs. På 1970-talets PDP11 skulle man ha kört från skiva till skiva och behandlat små minnessegment och successivt skrivit data till skiva eller magnetband.

#!/home/lasi/miniconda3/bin/python
# Modify the python used to match your system (first line). Check with "which python".
# Name=sender.py
# The program "sends" morse code produced by the PDP11
# and automatically transferred to deNeb by ftp.
# This program checks if the file s.morse exists and
# if that is the case sends the morse code, deletes the
# morse message and then starts looking for the next message
# Author: Lars Silen
# This is free code. Feel free to use or modify on your own risk.

import os
import time
from os.path import exists

run = True

def send_morse(line):
	for i in range(0,len(line)):
		if line[i]=='*':
			os.system("aplay  0_1.wav")
			os.system("aplay  sp.wav")
			os.system('echo "file 0_1.wav" >>wav_files.txt\n')
			os.system('echo "file sp.wav" >>wav_files.txt\n')
		elif line[i]=='-':
			os.system("aplay  0_3.wav")
			os.system("aplay  sp.wav")
			os.system('echo "file 0_3.wav" >>wav_files.txt\n')
			os.system('echo "file sp.wav" >>wav_files.txt\n')
		elif line[i]=='\n':
			os.system("aplay  cp.wav")
			os.system('echo "file cp.wav" >>wav_files.txt\n')
		elif line[i]=="+":
			os.system("aplay  wp.wav")
			os.system('echo "file wp.wav" >>wav_files.txt\n')


while run:
	os.system("rm wav_files.txt")
	if exists("s.morse"):
		os.system("rm s.morse.old")
		os.system("rm morse_message.wav")
		os.system("rm morse_message.mp3")
		f=open("s.morse","r") 
		lines = f.readlines()
		# print(lines)
		for i in range(2,len(lines)):
			send_morse(lines[i])
			os.system("mv s.morse s.morse.old")
		# Create a wav file containing the audio of the message
		os.system("ffmpeg -f concat -i wav_files.txt -c copy morse_message.wav")
		os.system("ffmpeg -i morse_message.wav -vn -ar 44100 -ac 2 -b:a 192k morse_message.mp3")
		print("Generated audio message! Listen to: morse_message.wav or morse_message.mp3")
	else:
		print("Sleep 5 seconds")
		time.sleep(5)
		os.system("clear")

En intressant jämförelse mellan det ursprungliga morseprogrammet kompilerat via C till maskinkod är att man hör skillnad mod Pythonprogrammets direkta ljudgenerering. Pythonprogrammet kör hörbart långsammare vilket i sig är naturligt då Python är ett tolkat språk som kör kanske 20 ggr långsammare än kompilerad C-kod.

Antik datorteknik: Att skriva program på svenska

04/02/2022

Detta är en artikel i serien ”Antik datateknik”.

Jag kommer i denna artikel att visa hur jag enkelt kan skapa en svenskspråkig variant av programmeringsspråket C, språket kallar jag sv och kompilatorn blir då csv. Notera att avsikten med denna övning är att illustrera hur enkelt det vore att erbjuda en nationell nybörejarplattform för unga programmerare. För att verifiera programspråket sv skriver jag ett program som läser in en textsträng och sänder resultatet som morsekod. Morsekoden visas också i textform. Följande steg blir att undersöka vilka förändringar jag behöver göra i koden för att programmet skall fungera på min emulerade minidator PDP11/70 som kör en gammal BSD Unix 2.11 från början av 1990-talet. Unix utvecklades i tiden på minidatorn PDP11 som klarade av att hatera flera användare på olika terminaler allt detta på en maskin med 4 MB (4 miljoner byte) minne. En modern hemdator har typiskt 2000 gånger mera minne … eller ännu mer.

Kompilering av ett program skrivet i sv görs på någon sekund. Jag kompilerar morsesändaren smorse.sv dock utan filtyp eftersom mitt kompileringsskript förenklas en aning om jag inte behöver kontrollera filtypen utan kan anta att användaren vet vad hen gör.

./csv smorse
Källkod:smorse.sv
Översättaren är definierad i swe.lex
Kompilerar översätteren swe.lex till c-kod
Kompilerar lex analysatorn till körbar maskinkod: sv
Översätter sv-programmet smorse.sv till c-kod: smorse.c
C-kod finns nu i smorse.c
Kompilerar nu till körbar maskinkod!
The executable is: smorse.run

Jag kan nu köra programmet med smorse.run

Notera att morsesändningen i ljudfilen är en annan än på skärmen ovan. En utmaning för lyssnare är att bena ut vad som sänts!

Texten nedan visar hur ”kompilatorn” för språket sv är konstruerad. Jag skriver därefter programmet smorse i språket sv för att verifiera att kompileringen fungerar. Notera att programmet på min Linux-dator genererar hörbar morsekod. PDP11 har inte ljudstöd varför jag tänker generera ett simulerat magnetband som huvuddatorn kan sända som ljud.

En elev som lär sig att programmera kommer att stöta på flera samtidiga utmaningar. Vid programmering dyker det upp nya begrepp såsom ”variabel”, ”fil”, ”adress” och många andra begrepp som inte är bekanta från vardagslivet. Eleven lär sig också ett nytt språk, mycket enkelt dock, som beskriver logiken i programmet. Det språk som ligger under de flesta programmeringsspråk idag är engelska. Om vi börjar undervisa tex. en 10-12 årig elev programmering så kan engelskan som sådan vara ett visst problem som kan göra det svårare för eleven att komma över den första tröskeln in i programmeringens värld.

En enkel lösning på problemet programmering på ett främmande språk är naturligtvis att vi i inledningsaskedet skulle låta eleverna programmera på svenska/finska/norska/estniska för att därefter då grunderna finns gå över till engelska som idag är en de facto standard.

Skulle programmering på t.ex. svenska kräva våldsamma ekonomiska resurser? Är inte utveckling av ett nytt programmeringsspråk samt kompilator för det ”nya” språket extremt dyrt? Svaret är att en enkel tvåstegskompilator kan skrivas i ungefär hundra rader kod … inte dyrt alltså!

Om någon läsare är intresserad av att experimentera med språket sv eller modifiera det för något annat språk så kan det löna sig att ta kontakt via en kommentar så skickar jag alla filerna som ett paket med epost. Jag gör inte dessa förfrågningar synliga. Programlistningar på vebben tenderar att vara opålitliga vilket kan leda till onödig felsökning om man kopierar koden direkt från skärmen.

Språket ”sv” samt kompilatorn ”csv”

Min emulerade PDP11/70 minidator kör idag på mitt arbetsbord och jag måste således hitta på något vettigt leksaksprojekt. Jag kör BSD Unix v2.11 på PDP11:an vilket betyder att jag har tillgång till i princip samma programmeringsverktyg som på min huvuddator d.v.s. en kompilator för språket ”c” (kompilatorn heter cc) samt verktyget lex (lex har jag använt mycket sällan).

Ett trevligt miniprojekt kunde då vara att skapa ett svenskt programmeringsspråk som strukturellt är identiskt med programmeringsspråket ”c” under Unix/Linux. Tanken är att det skall vara möjligt att koda helt i ”sv” eller koda i en hybridmiljö där det är möjligt att använda ”c” direkt utan att programmets funktion påverkas. Tanken är att översätta ”sv” till normalt ”c” som därefter kompileras till maskinspråk som vilket normalt c-program som helst.

Fördelen med att använda c som mellanliggande språk är naturligtvis at jag inte behöver skriva den egentliga kompilatorn och maskinkodsgeneratorn (jag har för många år sedan skrivit ett komplett programmeringsspråk ”sil=simple language). Problemet är alltså att skriva en översättare från
språket sv till språket c.

Unix ger tillgång till två klassiska verktyg för att skapa kompilatorer
lex (lexical analyzer) och yacc (yacc=yet another compiler compiler). Jag har aldrig tidigare aktivt använt någondera. Programmet ”lex” kan enkelt sköta översättningen från sv till c d.v.s. jag behöver inte yacc eftersom min kompilator redan finns under förutsättning att det program lex producerar förmår att skapa kompilerbar c-kod.

Jag definierar ett antal ”REGLER” i lex som beskriver hur t.ex. ett nyckelord, en kommentar, en textsträng o.s.v. definieras. Då en regel passar in på källtexten skriver mitt genererade analysatorprogram ut motsvarande element för språket c.

Då jag skriver min översättare från sv till c i lex blir programmets längd ungefär hundra rader kod d.v.s. programmet är väldigt litet och överskådligt. Mitt sv-språk är i detta skede ett subset av språket c men redan i nedanstående form kan man skriva riktiga program i sv. Språket kan enkelt utvidgas genom att modifiera filen swe.lex. Då jag använder lex för att kompilera min definition av sv blir resultatet ett c-program som heter lex.yy.c . Jag kompilerar därefter lex.yy.c till ett körbart program sv som sköter översättningen av en källkodsfil i sv till motsvarande c-program.

Lex-program för översättning av sv till c

Filen swe.lex kan enkelt modofieras så att en större del av c-språket stöds. Notera att jag har skrivit swe.lex så att resulterande c-filen som ett sv-program översätts till har exakt samma antal rader som källkoden i sv. Detta betyder att då jag kompilerar mitt sv program så stämmer radnumren för felmeddelanden för både sv och c.

Min definition av sv-språket ser ut på följande sätt:

%{
/* A lexical analyzer for the computer language "sv". This is a simple translation */
/* of the "c" language into swedish. The corresponding "compiler" translates a */
/* sv-source into c-language that can be compiled using an ordinary c-compiler */
/* need this for the call to atof() below */
#include <math.h>
/* need this for printf(), fopen() and stdin below */
#include <stdio.h>
%}
WHITESPACE [ \t\n]+
DIGIT	  [0-9]
ID	  [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*
CHAR	  [a-zåäö][A-ZÅÄÖ][0-9][\ ][!?][\n]
COMMENT	  \/\/.*[\n]
STR1	  \".[\\]*\"
APP	  [\"]
LPAR	  [(]
RPAR	  [)]
LWAV	  [{]
RWAV	  [}]
TERMINATOR [;]
EXCL	  [!]
AE	  [Ä]
ae        [ä]
Aring	  [Å]
aring	  [å]

COMMA	  [,]

%%
{DIGIT}+		printf("%d",atoi(yytext));
{DIGIT}+"."{DIGIT}*	printf("%s", yytext);
{STR1}			printf("%s",yytext);
{LPAR}			printf("%s",yytext);
{RPAR}			printf("%s",yytext);
{LWAV}			printf("%s",yytext);
{RWAV}			printf("%s",yytext);
{EXCL}			printf("!");
{COMMA}			printf(",");
#inkludera		printf("#include");
#definiera		printf("#define");
program			printf("\nmain");
funktion		printf(" ");
resultat		printf("return ");
alternativ		printf("switch");
valt			printf("case ");
bryt			printf("break");
om			printf("if ");
medan			printf("while");
upprepa			printf("for");
annars			printf("else ");
skrivf			printf("printf");
skrivr			printf("printf");
fskrivf			printf("fprintf");
hämtarad		printf("getline");
hämta			printf("get");
sätt			printf("put");
läs			printf("read");
läsrd			printf("readln");
dröj			printf("delay");
heltal			printf("int ");
tecken			printf("char ");
byte			printf("byte ");
sanningsvärde		printf("boolean ");
register		printf("int");
bitmask			printf("int");
likamed			printf("==");
mindre_än		printf("<");
mindre_än_eller_likamed	printf("<=");
större_än		printf(">");
större_än_eller_likamed	printf(">=");
och			printf("&&");
binär_och		printf("&");
and			printf("&");
or			printf("|");
xor			printf("^");		
binär_exclusiv_och	printf("^\n");
vflytta			printf("<<");
hflytta			printf(">>");
storlek_t		printf("size_t");
\<\<			printf("<<");
\>\>			printf(">>");
=			printf("=");
\<			printf("<");
\>			printf(">");
\.			printf(".");
\&\&			printf("&&");
\&			printf("&");		
{ID}			printf("%s", yytext);
{TERMINATOR}		printf("%s",yytext);
{COMMENT}		printf("%s",yytext);
{WHITESPACE}		printf("%s",yytext);

"+"|"-"|"*"|"/"	printf("%s", yytext);
"{"[^}\n]*"}"	        /* eat up one-line comments */
%%
int main(int argc, char *argv[])
{
		++argv, --argc;	/* skip over program name */
		if (argc > 0)
			yyin = fopen(argv[0], "r");
		else
		yyin = stdin;
		yylex();
		return(0);
}

Verifiering av språket ”sv”

Ett enkelt sätt att visa att det nya språket ”fungerar” är naturligtvis att skriva ett riktigt program i
programspråket sv. Jag byggde för kanske tjugo år sedan några led-ficklampor med några barnhemsbarn där vi använde en liten mikroprocessor som programmerades i mitt språk ”sil” (simple language) för Microchips processor 16F84. Ficklamporna programmerades så att de olika barnens ficklampor kunde blinka ägarens namn i morsekod.

Nedan visar jag hur man kan skriva ett program i språket sv som läser in en textrad från användaren och
”sänder” texten som morsekod till skärmen men också som morseljud via datorns högtalare. Jag kommer att flytta programmet till PDP11 och något modifiera det så att PDP11 som saknar högtalare i stället skickar ett magnetband till huvuddatorn för sändning, detta beskrivs eventuellt i en senare artikel.

Morsesändare skriven i sv

En morseöversättare gör man enklast så att man tabellerar tecknen ”A-Z”, ”a-z” samt siffrorna 0-9 samt deras motsvarande teckenkoder. För en specifik bokstav vill vi alltså ha en översättarfunktion skrivMorse() av ungefär följande typ (ti=’*’ och taa=’-‘):

heltal skrivMorse(tecken c){
heltal i;
tecken morse[16];
alternativ (c){
valt ‘a’: strcpy(morse, ”-”); bryt;

valt ‘b’: strcpy(morse,”-”); bryt;
valt ‘c’: strcpy(morse,”–”); bryt;
valt ‘d’: strcpy(morse,”-”); bryt;
valt ‘e’: strcpy(morse,”*”); bryt;

}

skrivf(”Morsekod:%s\n”,morse);

Som indata till vår funktion ”skrivMorse” ges ett tecken/en bokstav ”c” vid anrop till funktionen. Resultatet av översättningen finns efter exekvering nu i variabeln ”morse”. Jag antar att funktionen är ganska läslig även för personer som inte kan programmera. Nyckelordet ”bryt” betyder att rätt alternativ hittades och exekveringen fortsätter vid ”skrivf(…). Om vi vill översätta bokstaven ”s” till morse så anropar vi vår funktion med:

skrivMorse(‘s’);

Resultatet skulle bli Morsekod:***

Vi börjar vårt egentliga program med att låta programmet be om en text att sända samt läsa in en textrad som innehåller texten. Funktionen skrivf() skriver ut text som kan formatteras för heltal, flyttal etc. Vi kan göra detta med:

skrivf(”Skriv text att sända som morse:”);
l=hämtaRad(&line,&len,stdin);

Kommandot ”hämtaRad” använder biblioteksfunktionen ”getline” som finns definierad i biblioteket stdio.h. Vi måste då komma ihåg att deklarera att vi använder biblioteket stdio.h . Vi inkluderar ett standardbibliotek med:

#inkludera <stdio.h>

Vårt program har nu ungefär följande utseende och det utför inte ännu något vettigt :

#inkludera <stdio.h>

#inkludera <stdlib.h>

#inkludera <string.h>

heltal skrivMorse(tecken c){
heltal i;
char morse[16];
alternativ (c){
valt ‘a’: strcpy(morse, ”-”); bryt;
valt ‘b’: strcpy(morse,”-**”); bryt;
… fler definitioner av morsekoder …
}
}

heltal program(){
heltal l=0;
storlek_t len=0;
tecken *rad=NULL;
skrivf(”Skriv text att sända som morse:”);
l=hämtarad(&rad,&len,stdin);
// Skriv ut den lästa raden för att verifiera att inläsningen lyckades
skrivf(”Inläst rad:%s\n”,rad);
}

Variablerna l, len och *rad behövs för anropet till hämtarad().

Då vi skriver in vår text som skall skickas så vill vi gärna hantera texten ordvis d.v.s. vi skickar ett ord i taget och genererar en standardiserad paus mellan orden. För att splittra up vår textsträng i separata ord inkluderar vi biblioteket string (#inkludera <string.h> se ovan). String-biblioteket har en användbar funktion strtok() som splittrar upp den text vi ger som funktionsparameter i en tabell med separata textsträngar (ordsträngar) separerade med mellanslag ‘ ‘. Råtexten bryts alltså vid mellanslag. Jag splittrar upp den ingående råtexten genast då jag deklarerar ordtabellen som jag kallar ett_ord:

tecken *ett_ord = strtok(rad,” ”);

Om jag har matat in texten ”Lasse skickar morse” så kommer ett_ord efter anrop att innehålla textsträngar som jag kommer åt med:

ett_ord[0] = ”Lasse”
ett_ord[1] = ”skickar”
ett_ord[2] = ”morse”

Vi kan nu skriva en ny funktion som vi kallar skicka_text_som_ord(”någon text …”) .

heltal skicka_text_som_ord(tecken rad[]){
heltal i;
tecken *ett_ord = strtok(rad,” ”);
medan (ett_ord != NULL){
skrivf(”Ord=%s\n”,ett_ord);
upprepa(i=0; i<strlen(ett_ord);i++){
// Skriv ett tecken i nuvarande ord
skrivMorse(ett_ord[i]);
system(teckenpaus);
skrivf(”\n”);
}
skrivf(”\n”);
ett_ord = strtok(NULL, ” ”);
}
}

Efter att vi splittrade upp råtexten i ord så tar vi ett ord i taget och splittrar upp det i bokstäver som skickas för konvertering till morse.

Vi går igenom alla orden i vår råtext med:

medan (ett_ord != NULL){
skrivf(”Ord=%s\n”,ett_ord);

}

Motsvarande konstruktion i språket c är ”while(ett_ord != NULL){ … }” .
Vi skickar vidare orden för sändning så länge som ett_ord inte är tomt (NULL).

Vi lägger nu till en slinga för att skicka iväg varje ord bokstav för bokstav för översättning till morse och sändning. Slingan har följande utseende:

upprepa(i=0; i<strlen(ett_ord);i++){
  // Skriv ett tecken i nuvarande ord
  skrivMorse(ett_ord[i]);
  system(teckenpaus);
  skrivf("\n");
}

Vi använder konstruktionen ”upprepa” som motsvarar c-språkets ”for” slinga.
Slingan går igenom ordsträngen ett_ord bokstav för bokstav tills vi har nått den fulla längden på strängen ett_ord.

Slingan stegar alltså igenom ett_ord på följande sätt:

i=0 ett_ord[i] = ‘L’ som skickas till skrivMorse(‘L’)
i=1 ett_ord[i] = ‘a’ som skickas till skrivMorse(‘a’)
i=2 ett_ord[i] = ‘s’ som skickas till skrivMorse(‘s’)
i=3 ett_ord[i] = ‘s’ som skickas till skrivMorse(‘s’)
i=4 ett_ord[i] = ‘e’ som skickas till skrivMorse(‘e’)

Efter att vi har skickat ett helt ord så håller vi paus genom att anropa operativsystemets funktion sleep.

Vi låter systemet sova i 0.7 sekunder mellan ord. Sovtiden mellan bokstäver är 0.1 sekunder.

Vi spelar upp ”tit” och ”taa” under Linux så att jag med hjälp av programmet ”Audacity” genererade en ton med frekvensen 880 Hz. Från denna ton klippte jag två stumpar 0.1 repektive 0.3 sekunder långa som jag sparade som ljudfilerna 0_1.wav samt 0_3.wav . Jag kan spela upp en wavfil under Linux med hjälp av programmet ”aplay”.

Programmet i dess helhet (under linux i detta skede) har då följande utseende:

// Morse
// Programspråket "sv" är språket "c" med svenska kommando-ord.
// Språket översätts till standard "c" som sedan kompileras till maskinspråk
// för att köras.
// Språket "sv" är egentligen ett experiment med Unixverktyget "lex" som 
// har konstruerats för att känna igen ord och strukturer i en text.
// Strukturer som hittas skulle normalt skickas vidare till programmet "yacc"
// (yet another compiler compiler = en annan kompilator kompilator).
// Eftersom jag översätter språket "sv" till "c" så behöver jag inte
// någon kompilator eftersom denna redan finns och likaså behöver jag inte
// någon kodgenerator som skulle generera maskinspråk eftersom även den redan
// finns. Notera att jag kan använda c-språk direkt om motsvarande
// sv-konstruktion inte har definierats.
// Notera att endast en delmängd av SV-C har skrivits. 
// Vill man ha en mera fullständig 
// motsvarighet så måste filen swe.lex utvidgas med nya nyckelord.
// Jag kör för närvarande en emulerad minidator PDP11/70 från 1970-talet.
// Operativsystemet är BSD Unix 2.11.
// Detta är ett experiment i att skriva ett enkelt svenskt 
// programmeringsspråk som är körbart på denna urgamla dator.   
// 
// Lars Silen 2022
// Detta är öppen källkod som fritt får distribueras
// Författaren tar inget ansvar för eventuella fel i genererad kod 

#inkludera <stdio.h>
#inkludera <stdlib.h>
#inkludera <string.h>

// Definiera tidslängden på olika element i Morse 
tecken teckenpaus[] = "sleep 0.1";
tecken ordpaus[] = "sleep 0.7";

heltal skrivMorse(tecken c){
  heltal i;
  char morse[16];
  alternativ (c){
    valt 'a': strcpy(morse, "*-"); bryt;
    valt 'b': strcpy(morse,"-***"); bryt;
    valt 'c': strcpy(morse,"-*-*"); bryt;
    valt 'd': strcpy(morse,"-**"); bryt;
    valt 'e': strcpy(morse,"*"); bryt;
    valt 'f': strcpy(morse,"**-*"); bryt;
    valt 'g': strcpy(morse,"--*"); bryt;
    valt 'h': strcpy(morse,"****"); bryt;
    valt 'i': strcpy(morse,"**"); bryt;
    valt 'j': strcpy(morse,"*---"); bryt;
    valt 'k': strcpy(morse,"-*-"); bryt;
    valt 'l': strcpy(morse,"*-**"); bryt;
    valt 'm': strcpy(morse,"--"); bryt;
    valt 'n': strcpy(morse,"-*"); bryt;
    valt 'o': strcpy(morse,"---"); bryt;
    valt 'p': strcpy(morse,"*--*"); bryt;
    valt 'q': strcpy(morse,"--*-"); bryt;
    valt 'r': strcpy(morse,"*-*"); bryt;
    valt 's': strcpy(morse,"***"); bryt;
    valt 't': strcpy(morse,"-"); bryt;
    valt 'u': strcpy(morse,"**-"); bryt;
    valt 'v': strcpy(morse,"***-"); bryt;
    valt 'w': strcpy(morse,"*--"); bryt;
    valt 'x': strcpy(morse,"-**-"); bryt;
    valt 'y': strcpy(morse,"-*--"); bryt;
    valt 'z': strcpy(morse,"--**"); bryt;
    // Lägg till ÅÄÖ här om du behöver dem

    valt 'A': strcpy(morse, "*-"); bryt;
    valt 'B': strcpy(morse,"-***"); bryt;
    valt 'C': strcpy(morse,"-*-*"); bryt;
    valt 'D': strcpy(morse,"-**"); bryt;
    valt 'E': strcpy(morse,"*"); bryt;
    valt 'F': strcpy(morse,"**-*"); bryt;
    valt 'G': strcpy(morse,"--*"); bryt;
    valt 'H': strcpy(morse,"****"); bryt;
    valt 'I': strcpy(morse,"**"); bryt;
    valt 'J': strcpy(morse,"*---"); bryt;
    valt 'K': strcpy(morse,"-*-"); bryt;
    valt 'L': strcpy(morse,"*-**"); bryt;
    valt 'M': strcpy(morse,"--"); bryt;
    valt 'N': strcpy(morse,"-*"); bryt;
    valt 'O': strcpy(morse,"---"); bryt;
    valt 'P': strcpy(morse,"*--*"); bryt;
    valt 'Q': strcpy(morse,"--*-"); bryt;
    valt 'R': strcpy(morse,"*-*"); bryt;
    valt 'S': strcpy(morse,"***"); bryt;
    valt 'T': strcpy(morse,"-"); bryt;
    valt 'U': strcpy(morse,"**-"); bryt;
    valt 'V': strcpy(morse,"***-"); bryt;
    valt 'W': strcpy(morse,"*--"); bryt;
    valt 'X': strcpy(morse,"-**-"); bryt;
    valt 'Y': strcpy(morse,"-*--"); bryt;
    valt 'Z': strcpy(morse,"--**"); bryt;
    // Lägg till åäö här om du behöver dem

    valt '1': strcpy(morse,"*----"); bryt;
    valt '2': strcpy(morse,"**---"); bryt;
    valt '3': strcpy(morse,"***--"); bryt;
    valt '4': strcpy(morse,"****-"); bryt;
    valt '5': strcpy(morse,"*****"); bryt;
    valt '6': strcpy(morse,"-****"); bryt;
    valt '7': strcpy(morse,"--***"); bryt;
    valt '8': strcpy(morse,"---**"); bryt;
    valt '9': strcpy(morse,"----*"); bryt;
    valt '0': strcpy(morse,"-----"); bryt;
    // Lägg till skiljetecken etc här
  }

  // Skriv bokstaven som sänds (finns som variabelparametern "c" vid anropet)
  skrivf("%c  ",c);
  skrivf("%s  ",morse);
  // Generera ljud 
  upprepa(i=0; i<strlen(morse);i++){
    om (morse[i] == '*'){
       skrivf("ti ");
       system("aplay -q 0_1.wav >/dev/null");
    } annars {
       skrivf("taa ");
       system("aplay -q 0_3.wav >/dev/null");
    } 
    // skrivf("\n");
  } 
}

heltal skicka_text_som_ord(tecken rad[]){
  heltal i;
  tecken *ett_ord = strtok(rad," ");
  medan (ett_ord != NULL){
    skrivf("Ord=%s\n",ett_ord);
    upprepa(i=0; i<strlen(ett_ord);i++){
      // Skriv ett tecken i nuvarande ord
      skrivMorse(ett_ord[i]);
      system(teckenpaus);
      skrivf("\n");
    }
    skrivf("\n");
    ett_ord = strtok(NULL, " ");
  }  
}

heltal program(){
  heltal l=0;
  storlek_t len=0;
  tecken *rad=NULL;
  skrivf("Skriv text att sända som morse:");
  l=hämtarad(&rad,&len,stdin);
  skicka_text_som_ord(rad);
}

Den genererade c-koden är strukturellt identisk med sv-programmets kod d.v.s. vi gör en ord för ord översättning. Detta betyder att c-kompilatorn ger felmeddelanden som pekar till rätt rad också i sv källkoden. Min editor bör naturligtvis konfigureras så att den visar radnummer för att felsökning skall vara effektiv.

Översättaren bör sannolikt expanderas med ytterligare c-konstruktioner. Det är oklart i hur hög utsträckning det är värt att översätta funktioner i bibliotek men exemplet ”hämtaRad” visar att detta naturligtvis är möjligt. Det är naturligtvis också möjligt att översätta namnen på standardbiblioteken på samma sätt men knappast vettigt eftersom målet är att eleven också bekantar sig med c-språket och dess bibliotek.

Oversättarprogram komplett:

#!/bin/bash
# Name=csv
# Detta är en kompilator för programspråket "sv" som är en svensk översätytning av språket "c".
# Språket "sv" kan enkelt utvidgas genom att modifiera filen "swe.lex".
# Användning: ./csv program           
#             Notera att källkoden antas vara program.sv .
#             Resultatet blir det körbara programmet program.run
#
# En textfil som är en översättning till språket "c" genereras som program.c .
# Lars Silen 2022
# Detta är fri källkod som fritt får användas och modifieras på egen risk.

echo "Källkod:"$1.sv
echo "Översättaren är definierad i swe.lex"
echo "Kompilerar översätteren swe.lex till c-kod"
lex swe.lex
echo "Kompilerar lex analysatorn till körbar maskinkod: sv"
gcc lex.yy.c -ll -o sv
echo "Översätter sv-programmet " $1.sv " till c-kod: " $1.c
./sv $1.sv >$1.c
echo "C-kod finns nu i " $1.c
echo "Kompilerar nu till körbar maskinkod!"
gcc $1.c -o $1.run
echo "The executable is:" $1.run

Notera att skriptet kompilerar om swe.lex varje gång. Användaren kan alltså enkelt lägga till
nya definitioner som blir en del av språket. Om användaren uppfattar att språkdefinitionen är stabil så kan man naturligtvis lämna bort raderna lex swe.lex samt gcc lex.yy.c -ll -o sv , tidsvinsten blir dock marginell.

Antik datorteknik, flytta filer över nätet

11/01/2022

I föregående inlägg visade jag hur jag kan använda en simulerad magnetbandstation för att flytta filer mellan min PDP11/70 och den Raspberry Pi som kör emuleringen. Systemet är något omständligt men det fungerar i princip till belåtenhet. Systemet kunde t.ex. användas till att flytta över källkoden till en lite trevligare editor till PDP11 och därefter kompilera den. Resultatet skulle vara en lite bekvämare arbetsmiljö.

Jag kan utan problem köra min PDP11 också från min ”huvuddator” d.v.s. bordsdatorn. Jag ansluter via SSH d.v.s. en krypterad dataförbindelse till Raspberry Pi och använder samma fönster till att logga in mig på PDP11. Detta betyder att jag kan jobba vid min stora bildskärm med ett ensamt terminalfönster in till PDP11. Om jag vill flytta data direkt från huvuddatorn till PDP11 utan att behöva logga in på Raspberry Pi för att fixa magnetbandet, hur gör jag då?

Det faktum att jag kan koppla upp mig till PDP11 via en SSH förbindelse till Raspberry Pi betyder självklart att jag har en fungerande nätverksförbindelse. Jag kan också kontrollera om min PDP11 syns på nätverket med hjälp av verktyget ”ping”:

ping 192.168.0.xxx

där 192.168.0.xxx är PDP11:ns IP-adress. PDP11 har en egen IP-adress trots att den kör ”inom” Raspberry Pi d.v.s. all dess IP trafik routas via Raspberry Pi. Om PDP11 svarar på en ping så betyder detta att nätverksförbindelsen i princip fungerar. PDP11 känner till kommandot ftp d.v.s. det borde vara möjligt att flytta filer direkt mellan huvuddatorn och PDP11 utan att Raspberry Pi behöver delta i operationen. En intressant detalj är att jag inte kan pinga PDP11 från Raspberry Pi d.v.s. det kort på vilket både Raspberry Pi och PDP11 kör. Däremot kan jag pinga PDP11 från min bordsdator som sitter på samma nätverk som Raspberry Pi. Problemet går att åtgärda men så långt har jag inte ännu hunnit.

En ftp server på min huvuddator

Jag började med att installera en ftp server på min huvuddator. Det finns ett antal varianter för Linux och jag valde att installera en server som heter VSFTPD. Jag kör Linux Mint som stöder denna ftp-server. Installationen gick behändigt med:

sudo apt update

Detta kommando uppdaterar Linux Mint katalog över tillgängliga applikationer.

sudo apt install -y vsftpd

Installation av ftp-servern från kommandoraden. Jag kunde likaväl ha använt ett grafiskt verktyg.

Konfiguration av servern görs i filen /etc/vsftpd.conf

sudo nano /etc/vsftpd.conf

Det lönar sig att googla på vsftpd om man behöver information om konfigurationen. Jag måste installera och konfigurera som superuser ”root” eftersom jag installerar vsftpd för alla användare på maskinen och konfigurationsfilerna i /etc är skrivskyddade eftersom jag inte vill att en eventuell besökare skall kunna gå in och konfigurera min maskin. För att jag skall kunna flytta filer från måste jag åtminstone editera /etc/vsftpd.conf så att jag tillåter skrivning till min katalog på deNeb. Detta kan jag göra genom att sätta write_enable=YES . Denna modifikation behövs om jag vill flytta filer från PDP11 till deNeb.

Flytta filer till/från PDP11

Min PDP11 representerar tidsperioden 1970 till slutet av 1990-talet. I praktiken betyder detta att de programverktyg jag har tillgång till kör i en textterminal inte i ett modernt grafiskt fönster som på min huvuddator. Det visar sig dock att man mycket bekvämt kan flytta filer mellan datorer direkt från kommandoraden på PDP11 utan att detta egentligen är komplicerat.

PTF-inloggning till min huvuddator från PDP11

Jag kopplar upp till min huvuddator ”deNeb” från PDP11. Situationen är intressant genom att det terminalfönster i vilket PDP11 kör finns på deNeb men är kopplad över en ssh-förbindelse. PDP11 kör alltså på Raspberry Pi men terminalfönstret finns på deNeb vilket man kan se i fönstrets rubrik.

Jag jobbar alltså i PDP11 och lägger upp en ftp-förbindelse till deNeb. Steg för steg gör jag:

ftp deNeb

Jag ger mitt användarnamn och password till deNeb för att släppas in i maskinen. Inloggningen är avklarad då jag får svaret ”230 Login successful”.

ftp>

Datorn kommer visa ftp> på varje rad för att indikera att jag har en aktiv ftp-förbindelse. I kommandona nedan är denna indikator bortlämnad. tex. följande kommando nedan kommer att i terminalen vara: ftp>cd Prog/PDP11 men användaren skriver endast cd Prog/PDP11 .

Jag ger nu ett kommando till ftp-servern att jag vill flytta mig till katalogen Prog/PDP11 på datorn deNeb från vilken jag vill hämta en textfil.

cd Prog/PDP11

Svaret blir ”250 Directory successfully changed”. Jag listar nu innehållet (ls) i katalogen dit jag flyttade mig på deNeb.

ls

Katalogen innehåller endast en fil med namnet deNeb.txt. Jag kan nu flytta filen från deNeb till PDP11 där jag kör mitt ftp-program med kommandor ”get”.

get deNeb.txt

… 226 Transfer complete.

Jag har nu flyttat filen till PDP11 och jag kan undersöka vad jag fick. Först går jag ut ur PDP11 med kommandot ctrl-D.

cat deNeb.txt
Resultatet blir:

This text document is moved from the Linux computer ”deNeb” to the emulated PDP11.

Filens innehåll är korrekt. Vi kan ladda in filen i texteditorn ”vi” och göra en liten förändring. Vi ändrar texten till: This text document is moved from PDP11 to ”deNeb”. Jag byter namn på filen till PDP11.txt så att jag kan verifiera att jag faktiskt har flyttat filen tillbaka till PDP11.

Vi kan nu flytta den modifierade filen tillbaka till deNeb genom att på nytt starta ftp på PDP11. Vi flyttar oss till katalogen Prog/PDP11 och använder ”put” för att flytta filen från PDP11 till deNeb.

Jag kan kontrollera vad jag har i min lokala katalog på PDP11 inifrån ftp-programmet genom att ge normala UNIX-kommandon som inleds med ”!”.

!ls
hello hello.c

På PDP11 har jag endast två filer i min arbetskatalog d.v.s. ett ”Hello world!” c-program och samma program i kompilerad körbar form.

Jag flyttar filen PDP11.txt till deNeb med ftpkommandot put PDP11.txt . Jag kan nu i ett annat terminalfönster kontrollera att filen faktiskt levererades korrekt.

Efter kommandot på PDP11 ser vi att vi har fått en ny fil på deNeb d.v.s. överflyttning i båda riktningarna lyckas utan problem.

Det är igen intressant att se hur jag utan större problem kan kommunicera mellan min huvuddator deNeb och en 30 år gammal UNIX. Det finns klara fördelar av att operativsystemen är nära besläktade. Jag tror inte att det hade varit riktigt lika enkelt att idag försöka sätta upp en förbindelse mellan PDP11 och t.ex. Windows 3.1 från 1992 …

Att ladda program på en PDP11

05/01/2022

1970-talets datorer var ofta försedda med en frontpanel med mängder av strömbrytare samt blinkande lampor. Frontpanelen var inte kosmetisk utan tanken var att användaren började med att knappa in en handfull maskininstruktioner i maskinens minne, instruktioner vars uppgift var att ladda in ett större mera avancerat laddarprogram från t.ex. hålremsa. Från hålremsa kunde man ladda in ett enkelt operativsystem eller t.ex. en Basic tolk som kunde användas till att skriva riktiga program. Det var teoretiskt, inte praktiskt, möjligt att knappa in t.ex hela tolken via frontpanelen men chansen att man gjorde något fel var så stor att det inte var något alternativ. En användbar Basic krävde någonstans mellan 4000 och 8000 instruktioner d.v.s. kanske 15000 strömbrytare måste flippas utan fel för att det skulle fungera.

Bilden är tagen från: https://obsolescence.wixsite.com/obsolescence/pidp-11-overview

Man använde oftast hålremsa för att ladda program. Hålremsa är som namnet säger en ungefär 25 mm bred pappersremsa ofta många meter lång med hål stansade tvärs över remsan. Varje stansad hålrad representerade ett tecken i binär form. Det själv inmatade programmets uppgift var alltså att läsa av hålkombinationer från en hålremsläsare och successivt mata in resultatet i minnet. Då hela remsan hade lästs matade man in en startadress från frontpanelen och tryckte på ”kör”.

En hålremsläsare är enkel att bygga själv men att bygga en hålremsstans kräver redan en del mekaniskt kunnande men inte oöverkomligt sådant. Jag tittade lite på möjligheten att bygga upp hålremsan på A4-papper i form av t.ex. en JPG bild. Man kunde då t.ex. i stället för att stansa hålremsa skriva ut program eller data i hexadecimal form, papper som kunde mappas in och sedan läsas av PDP11 via en simulerad hålkortsläsare som skulle använda OCR (Optical Code Recognition) för att återskapa innehållet i binär form för laddning till PDP11. Jag skrev på skoj ett program som dumpade data till printer i ett standardiserat format och använde därefter programmet Tesseract för att återskapa mina data. Programmet Tesseract fungerar mycket väl då man låter det läsa text skrivet på ett språk för vilket Tesseract tränats. Resultatet blev inte speciellt bra då programmet skulle läsa i princip slumpmässiga data. Felkorrigeringen bygger tydligen åtminstone delvis på att den inlästa texten matchas mot ordlistor/meningar/grammatik så att enstaka fel elimineras. Då programmet inte kunde matcha inlästa data mot en språklig databank dök det upp förvånande mycket fel kanske 1-5% av de inlästa tecknen blev fel d.v.s. systemet fungerar inte utan hjälp av mera avancerad felkontroll. Här uppfattade jag att jag hamnade i en återvändsgränd och lät bli att gå vidare.

Av en slump hittade jag efter en del googlande ett enkelt alternativ till att ladda in program till PDP11. Vi har alla sett video/film från gårdagens data center där det finns kylskåpsstora databanspelare som kontinuerligt körs/stoppas/snabbspolas. Databanspelarna var länge det huvudsakliga mediet på vilket data kunde lagras. En svindyr hårskiva rymde kanske 5 Mbyte medan ett magnetband hade nästan oändlig kapacitet sett ur den tidens perspektiv. Magnetbandets nackdel var att man då man skulle ladda in ett program måste man hitta bandet, korrekt mata in bandet i bandstationen och därefter ange vilket ”block” man ville läsa. Systemet var långsamt men blixtsnabbt jämfört med andra system t.ex. hålremsa.

Det visade sig att det fanns en fungerande simulerad bandstation som fungerar på följande sätt:

Jag skapar en katalog /home/pi/bsdtapes på Raspberry Pi där emulatorn körs. Om jag lagrar ett simulerat magnetband tq0tape.tap i denna katalog så kan jag på PDP11 som på den gamla goda tiden aktivera bandstationen och läsa bandet.

För att aktivera bandstationen i PDP11 måste man i BSD 2.11 startfilen definiera att en bandstation finns tillgänglig.

cd /opt/pidp11/systems/211bsd

Gör en kopia på initialiseringsfilen boot.ini:

sudo cp boot.ini boot.ini.backup

Editera boot.ini så att det efter set tq enabled kommer en ny rad:

attach tq0 /home/pi/bsdtapes/tq0tape.tap

Då PDP11 BSD 2.11 startar så vet systemet var det hittar bandet för bandstationen.

Processen beskrivs nedan:

Att läsa program/data från magnetband

Om jag vill flytta data eller program till PDP11 så måste jag först skapa ett läsbart magnetband d.v.s. en fil som binärt ser ut som de data vi får ut från magnetstationen.

Vi börjar med att putsa bort eventuella gamla magnetband i katalogen. Jag har en underkatalog i vilken jag sparar mina magnetband.

sudo rm tq0tape.tap tq0tape.tar

Antag att jag vill flytta en fil minFil.txt till PDP11. Jag börjar med att komprimera/packa ihop filen till en tar-fil. Filändelsen tar står för tape archive! Systemet används fortfarande i Unix/Linux maskiner även om det är många år sedan man hade en riktig bandstation att jobba mot. Resultatet blir helt enkelt en datafil.

tar cvf tq0tape.tar minFil.txt

Vi har nu ett bandarkiv tq0tape.tar som innehåller filen minFil.txt. Filen är inte ännu läsbar av PDP11 utan vi måste skriva om arkivfilen till ett simulerat magnetband. Vi gör detta med hjälp av ett enkelt Perlprogram tapadd.pl och resultatet blir en fil tq0tape.tap .

./tapadd.pl tq0tape.tar tq0tape.tap

Jag kan nu läsa bandet från PDP11 på följande sätt under förutsättning att jag har lagt till bandstationen till 211BSD :

Starta PDP11/70 under simh. Det verkar vara nödvändigt att starta om 211BSD mellan olika band. Jag har inte analyserat vad detta beror på … kanske i framtiden. Logga in på PDP11 och gå till den katalog dit du vill ha dina data. Spola tillbaka magnetbandet och läs innehållet i form av en tar-fil.:

mt rewind
tar xv

Resultatet blir att de filer som fanns på bandet lagras under dut usprungliga namnet i arbetskatalogen. Systemet fungerar förvånande bra.

Att flytta data från PDP11 via magnetband

Systemet är i princip detsamma som det ovan beskrivna men i omvänd ordning. Vi börjar med att skapa ett bandarkiv som skrivs direkt till ”magnetbandet” utan att gå över en lokal fil. Systemet är alltså:

Spola tillbaka bandet.

mt rewind

Vi antar att vi vill flytta hela arbetskatalogen till Raspberry Pi. Vi ”tarrar” då ihop hela katalogen och lägger resultatet på bandet:

tar cv .

Notera att punkten efter tar cv betyder den aktuella katalogens innehåll. Jag kunde byta ut punkten mot t.ex. hello.c varvid endast filen hello.c skulle skrivas till band.

Det vi tarrade ihop finns nu på ”magnetband” i filen tq0tape.tap på Raspberry Pi (detta kallas magi)! Vi kan nu läsa bandet på raspberry pi med hjälp av hjälp programmet tapcat.pl . Vi börjar med att konvertera magnetbandet till ett normalt Unix bandarkiv:

./tapcat.pl tq0tapes.tap > tq0tapes.tar

Vi skapade nu ett Unix bandarkiv tq0tape.tar i arbetskatalogen. Bandarkivet kan nu öppnas med:

tar xvf tq0tapes.tar

Efter detta tar kommando finns hela arkivets innehåll i arbetskatalogen där kommandot kördes.

Slutkommentar

Det är rätt intressant att jag kan använda Unixens ”tar” verktyg på en maskin från 1970-talet. Alternativt kan man säga att det är rätt fantastiskt att 1970-talets programverktyg som skapades för att hantera data-/programarkiv på magnetband fortfarande används aktivt idag trots att forntidens bandstationer har försvunnit helt och man hittar dem endast på olika tekniska muséer.

Jag kan nu hämta ett ”magnetband” d.v.s. kopiera en magnetbandsfil från min underkatalog mytapes till filen tq0tapes.tap och därefter ladda innehållet på PDP11.

Ett ännu enklare sätt att överföra filer är att använda ftp (file transfer protocol) d.v.s. vi använder nätverket för överföring utan att ha något behov av att någon bandstation på vägen. Mera om ftp i nästa artikel.

Länkar

Filtransfer via magnetband: https://github.com/rricharz/pidp11-2.11bsd/blob/master/Tape.pdf

Program tagna från https://github.com/rricharz/pidp11-2.11bsd/

Programmet tapadd.pl:

#!/usr/bin/perl -w
use strict;
if(@ARGV != 1) {
print STDERR ”Usage: $0 <filename>\n”;
exit(1);
}
add_file($ARGV[0], 512);
end_file();
end_file();
sub end_file {
print ”\x00\x00\x00\x00”;
}
sub add_file {
my($filename, $blocksize) = @_;
my($block, $bytes_read, $length);
open(FILE, $filename) || die(”Can’t open $filename: $!”);
while($bytes_read = read(FILE, $block, $blocksize)) {
if($bytes_read < $blocksize) {
$block .= ”\x00” x ($blocksize – $bytes_read);
$bytes_read = $blocksize;
}
$length = pack(”V”, $bytes_read);
print $length, $block, $length;
}
close(FILE);
}

Programmet tapcat.pl:

#!/usr/bin/perl -w
use strict;
use vars qw($filename $filenum);
if(@ARGV != 2) {
printf STDERR ”Usage: $0 <tape file> <file number>\n”;
exit(1);
}
$filename = $ARGV[0];
$filenum = $ARGV[1];
open(INPUT, $filename) || die(”Can’t open $filename: $!”);
while($filenum–) {
readfile(0);
}
readfile(1);
exit(0);
sub readfile {
my($print) = @_;
my($block);
while(defined($block = readblock())) {
if($print) {
print $block;
}
}
}
sub readblock {
my($blocksize, $bs2, $block);
read(INPUT, $blocksize, 4);
$blocksize = unpack(”V”, $blocksize);
return undef unless $blocksize;
read(INPUT, $block, $blocksize);
read(INPUT, $bs2, 4);
$bs2 = unpack(”V”, $bs2);
$blocksize == $bs2 || die(”Invalid tape format”);
return $block;

}

Att köra en PDP11 dator från 1970-talet

05/01/2022

Jag har under en tid bekantat mig med en emulerad/simulerad PDP11 minidator från mitten av 1970-talet. PDP11 datorn var mycket populär innan IBM PC:n slog igenom och i praktiken sopade bort konkurrenterna mot slutet av 1980-talet då minidatorn PDP11 redan hade kring tjugo år på nacken. Konstruktionen kom att kopieras på olika håll bl.a. tillverkade man kopior i Sovjetunionen t.ex. Electronica 60 som jag tittade på i slutet av 1980-talet som alternativ för kontroll av mätsystem för export till Sovjetunionen. Jag jobbade aldrig med en rysk dator eftersom det visade sig att vi kunde kringgå exportrestriktionerna genom att byta ut en HP 9836 dator baserad på Motorola 68000 processor, som omfattades av amerikanska restriktioner, mot en standad 8 MHz långsam första generationens PC 8088. Jag kommer inte ihåg vilken tillverkares PC vi använde men detta är inte viktigt eftersom de olika PC:na var lika som bär. Lösningen var säkerligen bra eftersom Electronica 60 torde ha haft en hel del problem med pålitligheten. Det skulle dock ha varit roligt att ha fått konkret erfarenhet av dåtidens PDP11.

Den PDP11 jag skriver om är en emulerad PDP11/70 från ungefär 1975 som hörde till den tidsperiodens tungviktare använd som laboratoriepersondator. Datorn kunde köra UNIX och den orkade med flera användare eftersom en PDP11/70 med max minne på 4 MByte kunde stöda flera samtidiga användare. Användarna har under 2.11BSD Unix tillgång till något mer än 300 kByte minne vilket på den tiden var mycket. En PC som lanserades ett antal år senare kunde ha 64 kB – 256 kB (-640kB) för användare och operativsystem. Eftersom det normalt inte fanns något grafiskt användargränssnitt så var minnesbehovet litet och det gick att skriva stora program i 300 kByte. Dagens persondatorers behov av ett stort minne 2000-4000 ggr större än PDP11:ns är en följd av den mycket sofistikerade grafiken som kräver väldigt mycket minne utan att egentligen ge annat mervärde än bling bling. Samma kommentar gäller själva processorn som klockades på några megaherz. Moderna datorer kör med en klocka som tickar igen kanske 1000 ggr snabbare. Det intressanta är dock att då man håller sig till en text-terminal och använder kommandoraden så känns maskinen väldigt OK.

Hur emuleras en antik dator

Redan på slutet av 1960-talet d.v.s. för mer än 50 år sedan skrevs den första emulatorn MIMIC som bl.a. användes för testning och utveckling av nya datorkonstruktioner. 1993 startades projektet simH för att bevara minnet av ålderdomlig hårdvara och program. Den första generationens hårdvara höll snabbt på att försvinna och mängder av data som lagrats på magnetband riskerade att förstöras tex. 1960-talets data från månprojektet. Programmet simH emulerar en mängd gamla datorer bl.a.:

  • Data General Nova, Eclipse
  • Digital Equipment Corporation PDP-1, PDP-4, PDP-7, PDP-8, PDP-9, PDP-10, PDP-11, PDP-15 (and UC15), VAX11/780, VAX3900
  • GRI Corporation GRI-909, GRI-99
  • IBM 1401, 1620, 7090/7094, System 3
  • Interdata (Perkin-Elmer) 16b and 32b systems
  • Hewlett-Packard 2114, 2115, 2116, 2100, 21MX, 1000, 3000
  • Honeywell H316/H516
  • MITS Altair 8800, 8080 only
  • Royal-Mcbee LGP-30, LGP-21
  • Scientific Data Systems SDS 940
  • Xerox Data Systems Sigma 32b systems

Listan är inte fullständig.

Det är intressant att konkret se hur extremt mycket mera processorkapacitet vi har tillgång till idag, nästan gratis, än för femtio år sedan. En PDP11/70 kostade med fullt utbyggt minne mer än en högklassig ny personbil medan min på en Raspberry Pi emulerad PDP11/70 med maximalt minne en mängd operativsystem etc. kostar kanske 50E (500 SEK). Min emulerade maskin kör dessutom ungefär dubbelt snabbare än orginalet. Min Raspberry Pi har en kapacitet där RAM-minnet är 1000 ggr större än orginalet. Massminnet (skivminnet) är kanske 10000 ggr större och processorns hastighet är kanske 1200 ggr högre än orginalets. Ordlängden i PDP11 var 16 bitar medan en Raspberry Pi kör med ordlängden 64 bitar d.v.s. 4 ggr längre. Totalt kan man eventuellt säga att dagens lilla Raspberry Pi, beroende på vilken applikation man betraktar har en kapacitet som är mellan 1000 och 1000000 ggr högre än 1970-talets PDP11. Sannolikt ligger sanningen närmare 1000000 ggr än 1000 ggr …

Hello world

Min PiDP11/70 minidator i form av en modern mikrodator av typen Raspberry Pi model 3B. Notera att jag inte kör på den snabbaste varianten av Raspberry Pi. Valet av maskin att emulera PDP11 på gjordes utgående från vad jag råkade ha i miljonlådan … Raspberry Pi ligger på en fusklapp med kommandon man behöver för att använda den klassiska Unixeditorn ”vi” beskriven nedan.

Ett första test av en okänd dator och ifrågavarande dators programvara är ofta att skriva ett mycket kort program, kompilera det och sedan köra det. Sekvensen testar på ett allmänt plan att själva maskinen är någorlunda vettigt konfigurerad, det finns en fungerande text editor, kompilator (eller t.ex. basic tolk) samt förbindelse till bildskärm och tangentbord fungerar.

Jag har kört BSD Unix version 2.11 på min PiDP11. Alla någorlunda färska Unixvarianter är skrivna i programspråket ”c” och motsvarande kompilator heter cc (c compiler). I ett system som kör Unix brukar det alltid finnas en text editor som heter ”vi”. Editorn ”vi” är urgammal men förvånande kraftfull om användaren känner till den. Utmärkande för vi är att den är modal d.v.s. den har en kommandomod och en insättningsmod. I kommandomoden kan man med kursortangenterna och via andra tangentbordskommandon flytta sig i texten, ta bort text, söka text, byta ut text etc. Då man vill skriva text går man in i insättningsmod med kommandot ”i”. Då man vill tillbaka till kommandomoden så trycker man på ”ESC” tangenten.

Man sparar texten med kommandot ESC :w .

Man kommer ut ur programmet med kommandot ESC :q .

Avslutning så att texten sparas kan göras med kombinationen ESC :wq .

Att tvinga stängning av programmet kan man göra med ESC :q! .

Många Unixanvändare uppfattar att det enda ”vi” kommando man behöver känna till är ESC :q eftersom ingen människa med förståndet i behåll vill göra något annat än att snabbt ta sig ur editorn.

Terminalfänster från min bordsdator deNeb över nätet ner till PDP11/70. Programmet hello.c i listningen är skrivet med vi-editorn beskriven ovan.

Vi startar vi-editorn med kommandot ”vi hello.c” och kan då studera själva programmet som innehåller två utskriftskommandon som skriver ut textraderna

Hello world!
Another line!

Vi kompilerar programmet till körbar form d.v.s. maskinspråk med kommandot:

cc hello.c -o hello

Programmet körs med kommandot:

./hello

Och resultatet blir:

Kompilering av programmet hello.c . Vi ger tilläggsinformationen -o hello åt kompilatorn för att lagra resultatet i den körbara filen ”hello”. Standardnamnet på resultatet av compileringen skulle ha varit a.out vilket blir onödigt kryptiskt. Det körbara programmet körs därefter med kommandot ./hello . Orsaken till att jag skriver ./ före hello är att jag säger åt systemet att jag vill köra det program ”hello” som finns i den katalog i vilken jag befinner mig för tillfället. En Unix maskin brukar konfigureras så att man inte av misstag kör program i den katalog där man jobbar.

Jag nämnde ovan att många moderna Unixanvändare anser att det enda vi-commando man behöver känna till är ESC :q så att man med äran i behåll kan ta sig ut ur editorn. Problemet blir då hur jag skall skriva program om jag inte vill använda vi. Alternativet i 211BSD Unix på min PDP11/70 är editorn ”jove” som jag personligen har samma relation till som ”vi” d.v.s. jag vill ut ur den så snabbt som möjligt. Lösningen är naturligtvis att sätta upp kommunikation mellan min normala bordsdator eller laptop rill min PDP11 och då använda en modern editor i den moderna maskinen för att sedan flytta över program för kompilering på PDP11. Olika processer för att flytta över data mellan maskinerna presenteras i nästa avsnitt.

Datorarkeologi

10/12/2021

Dessa funderingar skrev jag som ett Facebook inlägg men de kan eventuellt intressera någon läsare på bloggen varför jag kopierar över inlägget också hit.

Jag bekantar mig med hur det känns att köra en dator från mitten av 1970-talet. Maskinen är en Digital PDP-11/70 minidator som kostade ca. $14000 då jag var en fattig student på Helsingfors Universitet. Det är fråga om en relativt sen variant med mycket centralminne som vid denna tid var RAM och inte ferritkärnminne.

Mycket centralminne i maxkonfiguration betyder 4 megabyte minne vilket dock skall jämföras med IBM:s första PC som kom ca. 10 år senare och rätt länge hade en max konfiguration på 640 kilobyte d.v.s. 1/6 av PDP-11. PDP-11 kördes ofta med tidsdelning d.v.s. flera terminaler var kopplade till samma maskin och flera personer kunde alltså samtidigt dela på maskinen.

Då jag i början av 1980-talet fungerade som data-assistent på Ammattikoulujen opettajaopisto i Tavastehus så hade man en, om jag kommer rätt ihåg, Eclipse Nova minidator (motsvarade ungefär PDP-11) som en hel dataklass i den tekniska skolan bredvid kompilerade Fortran mot … 20 elever per klass. Resultatet var att maskinen kroknade d.v.s. man kunde vänta flera minuter på något livstecken på den egna terminalen men maskinen kraschade inte! Resultatet var att jag skrev en del program på en åtta bitars CP/M maskin (som ungefär motsvarade en Commodore 64) som var härlig att jobba med eftersom jag hade tillgång till den helt ensam.

Min PDP-11/70 kostar idag ungefär 50E. Maskinen emuleras i en Raspberry Pi model 3 med 1 Gigabyte minne och 16 Gigabyte ”skivminne” på ett mikro sd-kort. Vid den här tiden hade en hårdskiva typiskt en kapacitet på 5-10 Megabyte d.v.s. 1/1000 av Raspberry Pi:s mikro SD korts kapacitet. Den lilla Raspberry Pi maskinen har en kapacitet som man sannolikt endast kunde drömma om på Tekniska högskolan på den tiden. På SD-kortet ryms mängder med operativsystem och program för PDP-11.

För tillfället kör jag BSD 2.11 från slutet av 1980-talet. Som linuxanvändare är det inget problem att köra BSD-unix. Kommandona, då man kör i terminal, är de samma. Ett grafiskt användargränssnitt saknas men jag kan köra grafiska program i en emulerad vektorgrafisk terminal på Linuxsidan i ett fönster.

Jag jobbar mot PDP-11 så att jag från min vanliga dator loggar in över nätet med ssh. Till planerna hör att då nästa sats komponenter fås fram så bygger jag en frontpanel med blinkande ledar med plats för Raspberry Pi. Det är främst strömbrytarna på fronten som ger problem, de är specialkonstruerade för den här byggsatsen för att möjligast väl matcha den ursprungliga modellen. Det är intressant att se att emuleringen är så exakt att det är möjligt att via ett adapterkort använda ursprungliga kort för en riktig PDP-11. Man har t.ex. kopplat in ett ursprungligt kärnminne (ferritringminne) och kört program från detta.

Man får en bild av den extrema utvecklingen på datorområdet då man jämför en modern Raspberry Pi med PDP-11 (jag använder en äldre Raspberry Pi modell 3 som jag råkade ha liggande). Raspberry Pi har fyra processorkärnor med ordlängden 64 bitar jämfört med PDP-11 som hade 16 bitar. Ordlängden som sådan betyder att RPi är kanske 4x effektivare och då vi har fyra processorer i RPi så kan processorn utföra 4x mera arbete.Ursprungligen så körde PDP-11 med en cykeltid på 800 ns vilket betyder en klockfrekvens på ca. 1,25 MHz vilket skall jämföras med RPi som klockas ca. 1000 ggr högre. Jag nämnde att PDP-11/70 hade ett maximalt minne på ca. 4 megabyte vilket skall jämföras med dagens RPi modell 4 som har 4 gigabyte (1000 ggr mer).

Om vi lägger ihop skillnaden mellan dagens 50Euros RPi och gårdagens $14000 minidator så ser vi att RPi totalt sett har en kapacitet som är ungefär 4x4x1000x1000 = 16 000 000 större än gårdagens PDP-11/70. Vi förstår också hur stor kapaciteten hos en Raspberry Pi är idag då vi noterar att jag kör Linux på RPi med grafiskt användargränssnitt och under Linux på RPi kör PDP-11 emulatorn SIMH som alltså låtsas vara en äkta PDP-11/70 och på den emulerade PDP-11/70:an kör jag BSD Unix v. 2.11. Den emulerade PDP-11/70 kör med ungefär dubbel hastighet mot orginalet!

En annan intressant jämförelse är att en normal Android mobiltelefon har ungefär samma hårdvara som en Raspberry Pi (eventuellt något bättre). Mobiltelefonen har alltså en total beräkningskapacitet som är miljoner gånger större än hos 1970-talets minidator. Största delen av processorkraften i dagens datorer/telefoner bränns dock på all världens bling bling och gårdagens maskin känns förvånande OK bara man inte tvingar den att rita ett grafiskt användargränssnitt med halvtransparenta fönster etc.

Jag kör ”adventure” som är ett textbaserat spel med något som påminner om Morias grottor i Sagan om ringen. Programmet körs under UNIX (BSD 2.11 som de facto är detsamma som BSD 4.3 med alla PDP-11 upgraderingar). Fönstret finns på min vanliga bordsdator som kör Linux och jag kopplar upp mot PDP-11/70 över nätverket med ssh.

Dagens ”Minidator” en Raspberry Pi model 3 emulerar gårdagens mycket använda Minidator PDP-11/70 i dubbel hastighet. Notera att det inte finns någon fläkt då Raspberry Pi förbrukar endast ca. 5W. Orginalet d.v.s. den riktiga PDP-11:n var högljudd eftersom hela maskinen ursprungligen var byggd från diskreta TTL-kretsar med mycket låg integrationsgrad. Senare modeller av PDP-11 hade processorer integrerade i en eller ett litet antal kretsar. Med högre integrationsgrad så minskade också strömförbrukningen.

Några källor:

Om någon är intresserad av att försöka sig på lödning så är detta ett relativt enkelt projekt:

https://obsolescence.wixsite.com/obsolescence/pidp-11-technical-details

Wikipedia har en rätt bra artikel om PDP-11:

https://en.wikipedia.org/wiki/PDP-11

Reparation av ett elpiano

19/09/2021

Jag råkade av en slump se att ett elpiano av typen Behringer Eurogrand EG2180 fanns till salu. Annonsen konstaterade att ett par tangenter inte riktigt gick tillbaka efter nedslag. Det begärda priset var 55 Euro d.v.s. ca. 500 SEK. Jag träffade säljaren som visade sig vara en trevlig utländsk studerande som studerar teknik på den avdelning på Aalto universitetet där jag själv i tiderna har undervisat. Säljaren var tydligen rätt förvånad över att jag var ganska ointresserad av att provspela instrumentet efter att jag såg att elektroniken tydligen fungerade. Jag var ju medveten om att jag sannolikt skulle vara tvungen att plocka isär instrumentet helt. Jag visste mycket väl att det fanns många fel.

Det blev affär och jag prutade upp priset till 60 Euro för att en student nog behöver pengarna…

Fig. 1 Utgångmgsläget då instrumentet var inburet men stativet kvar på kärran. De blå tejpbitarna visar tangenter som inte går tillbaka efter nedslag eller tangenter där känslan tydligt var fel men där tangenter trots viss tvekan själv gick tillbaka.

Det första skedet var att kartlägga så många fel som möjligt. Kartläggningen gick ut på att trycka på en knapp i taget och observera hur tangenten uppför sig. Det visade sig naturligtvis att det fanns betydligt fler tvivelaktiga tangenter än vad som angivits i annonsen … inget problem och egentligen helt väntat. Fig. 1 visar den första kartläggningen av fel. Notera att ett par tangenter som inte går tillbaka blev femton i detta skede. I ett senare skede kom det till ett antal fel då inte alla tangentsensorer fungerade korrekt.

Fig. 2 Skyddslocket över tangenterna, samt övre delen av instrumentet är demonterade. Kontrollpanelen som normalt ligger vid bakändan av tangenterna ligger upp och ned över högtalarna (det långa blå kretskortet). Ungefär på mitten, strax nedanför flatkablarna ser man ett litet nästan kvadratiskt elektronikkort som utgör instrumentets hjärna. Jag gissar att kortet i stort sett i fråga om datorkraft motsvarar en Raspeberry Pi dator som kostar 30-40 Euro. Ovanför flatkablarna ser man nätaggregatet.

För att kunna fixa tangentbordet måste det tas loss. Under framkanten av tangentbordet ungefär där limlapparna sitter finns en rad kanske 50 mm långa maskinskruvar skruvade underifrån in i tangentbordet. Genom att ställa instrumentet att stå på bakkanten var det inga problem att lossa skruvarna.

Längs den inre kanten av tangentbordet finns en rad skruvar som håller fast tangenbordet från insidan. En del av dessa skruvar saknades eftersom någon eller flera tidigare ägare har varit inne i instrumentet. Innan man lyfter ut tangentbordet är det skäl att lossa de två smala flatkablarna till processorkortet. Jag märkte kablarna V och H för att veta i vilken ordning kablarna skall moteras. Om man byter plats på kablarna så får man ett intressant instrument där diskanten klingar till vänster för att mitt på instrumentet byta till bas … ingenting går dock sönder om man kopplar fel. Av detta kan man naturligtvis dra slutsatsen att jag åtminstone en gång kopplade fel trots att kablarna var märkta, ”errare humanum est” d.v.s. det är mänskligt att fela. Uttrycket fortsätter ”perseverare autem diabolicum” som man antagligen kan översätta med att om man fortsätter att fela så hör det fan till …

Fig. 3 Det tunga(!) tangentbordet kan då skruvarna har lossats försiktigt lyftas ur och ligger nu på bordet. På undersidan av tangentbordet finns falska klubbor vars uppgift är att ge rätt känsla vid anslag som också slår mot tangentens hastighetssensor. Klubborna är monterade i modulen som i bilden ligger ovanpå tangentbordet. Tangenterna kan enkelt demonteras genom att lossa ett metallstöd och en svart ”kilribba” som fixerar tangenternas bakändor. I bilden har alla tangenter i den losstagna oktavmodulen demonterats. Tangenterna sjuts försiktigt bakåt varefter de kan lyftas bort.
Fig. 4 Tangenterna är fixerade på plats med en metallprofil samt en kilribba i plast. Då kilribban tas loss kan en tangent skjutas bakåt och sedan lyftas bort. Det visade sig att det speciellt vid återmonteringen ofta var lättare att montera vissa svarta tangenter före vita tangenter eftersom de vita tangenterna annars låg i vägen vid montering.

För att klubborna skall kunna demonteras måste de två långa gula kretskorten med tangentsensorer tas bort. Totalt blir det då att lossa 66 skruvar …

Fig. 5 Klubbornas moduler (en oktav) är skruvade till de två kretskorten. Det är inte möjligt att lossa en modul utan att lossa kretskorten. I bilden har det ena kretskortet redan demonterats. Längden på ett kretskort är halva längden av tangentbordet, det är alltså skäl att hantera kretskorten med försiktighet så att de inte skadas.

De två kretskorten utgör två enkla scannade brytarmatriser. Antalet kontakter är dubbla antalet mot antalet tangenter eftersom en tangenttryckning alltid aktiverar två kontakter. Kontakterna är monterade på olika avstånd från kretskortet och processorn uppskattar nedslagets hastighet genom att mäta tiden mellan de två kontaktaktiveringarna. I fig. 5 ser man uppstickande gummiben (grå samt genomskinlig) från kontakterna som utgörs av kontaktytor av grafit i gummibubblor som trycks mot spår i kretskortet. Mer om sensorerna senare i texten.

Fig. 6 Klubborna löper mycket dåligt. Notera hur fyra klubbor inte faller tillbaka av egen vikt. Det är också självklart att det inte hjälper att smörja in tangenterna eftersom friktionen finns i klubborna inte i tangenterna. Jag tror inte att det fanns en enda oktavmodul som inte hade kärvande klubbor. Resultatet var att jag servade alla klubbor.

Det är rätt enkelt astt fixa de kärvande klubborna. Man tar en lämplig metalldorn med diametern mindre än 8 mm och slår försiktigt ut axeln som går genom alla hamrarna. Det lönar sig att knacka loss axeln med modulen liggande på ett bord så att man inte blir med en grupp hamrar i famnen. Den urknackade axeln används nu som testverktyg då man med fil, borr eller brotch försiktigt vidgar axelhålet i de olika hamrarna. Jag ökade försiktigt på håldiametern tills klubban löpte lätt utan att kärva men fortfarande utan glapp. Det kan också vara skäl att försiktigt fila klubbans plastdel från sidorna eftersom problemet tydligen är att den gjutna plastdelen sväller med tiden då spänningar från tillverkningen släpper.

Fig. 7 En demonterad klubba. Problemet med kärvande klubba verkar vara att plasten med tiden sväller som en jäsande deg vilket ökar friktionen i hålet i den vita plastdelen överst. Då man jobbar med klubban kan det vara skäl att demontera den lilla triangelformade svarta plastdelen i närheten av axeln. Man kan mycket lätt tappa denna del och jag vet inte var man skulle hitta reservdelar. Lägg den åt sidan då du jobbar med tangenten. Jag tappade en av dessa svarta delar på golvet i den inte välstädade snickarboan men jag hittade den!

Jag behövde ungefär en och en halv timme för att fixa den första oktaven. De följande oktaverna krävde sedan ca. 20 minuter per oktavmodul. Övning ger färdighet.

Efter att de kärvande klubborna var fixade … jag kontrollera alla klubbor inte endast de som ursprungligen märkts med tejp, plockade jag ihop tangentbordet och kopplade det temporärt till instrumentet. Tangenterna fungerade nu perfekt. Det fanns inga kärvande tangenter och touchen var bra. Jag hittade dock ett antal tangenter som uppförde sig konstigt vid en tangenttryckning.Det fanns tre kategorier av fel:

  • Tangenten gav ett mycket kraftigt ljud helt oberoende av hur kraftigt jag tryckte på tangenten.
  • Tangenten gav ett svagt ljud då man tryckte på den och ett kraftigt ljud då man släppte upp den.
  • Tangenten gav ett svagt ljud oberoende av anslagets styrka.

Orsaken till ovanstående fel är följande:

Då tangenten ger ett kraftigt ljud oberoende av hur svagt man trycker på tangenten så betyder detta att den kontakt som ligger längre ifrån kretskortet gör kontakt medan den närliggande kontakten inte gör det. Processorn tolkar då anslagshastigheten som mycket hög med hög ljudvolym som resultat. Lösningen är att kontrollera att det inte finns fett, olja eller damm på kontaktytorna.

Då tangenten endast ger ett svagt ljud oberoende av anslagets styrka så betyder detta att kontakten närmare kretskortet ger kontakt korrekt men den andra kontakten längre ifrån kretskortet sluter inte vilket processorn tolkar som ett extremt långsamt anslag och resultatet blir en mycket svag ton.

Dubbeltonen svag/stark beror sannolikt på kontaminering med t.ex. olja som någon tidigare reparatör hade använt rikligt av. Då tangenten trycks ner så sluter endast den närliggande kontakten till kretskortet med resultatet att vi får en svag första ton. Då jag släpper upp tangenten så har oljan hunnit pressas undan och kontakten längre ifrån kretskortet sluter vilket tolkas som en separat kraftig knapptryckning.

Fig. 8 En tidigare reparatör hade tydligen inte förstått hur avkänningen av knapptryckningar fungerar utan man hade försökt korrigera något fel genom att lägga till ”dämpning?) i form av skumplastbitar. Sensormodulen till vänster är korrekt medan den gula skumplasten till höger inte hör dit.

I fig. 7 har sensorkretskorten monterats loss och vi kan se undersidan och de runda kontakttornen som klubban slår mot. Varje runt torn består av två kontakter. Mitt i ett torn finns en liten rund kontakt kanske en mm från kretskortet. Runt basen på ett torn finns en kontakt som går runt tornet och som ligger mycket nära kretskortet. Då man trycker på sensorn så kommer tydligen ringelektroden först att göra kontakt och sedan centralelektroden. Som jag nämnde ovan så verkar standardkonstruktionen i andra elpianon vara en dubbelrad sensorer med en kontakt per torn.

Man kan utan problem dra loss sensormodulerna för putsning men det blir en del pillrande för att få dem tillbaka på plats. Det är igen skäl att notera att jag inte vill skada någon gummimodul eftersom det kan vara extremt svårt att hitta reservdelar.

Fig. 9 En del av de bortplockade skumplastbitarna som inte skall finnas i sensorerna. Det fanns betydligt mer …

Den jobbigaste delen av reparationen var att hitta problemtangenter. Tangentbordet måste vara hopbyggt för att man skall kunna testa det. För att putsa en kontakt måste jag skruva loss det gula kretskortet i tangentbordet d.v.s. 33 skruvar. Det är skäl att alltid provspela hela tangentbordet och märka konstiga tangenter med tejp och en beskrivning av symptomen. Jag gissar att jag blev tvungen att öppna tangentbordet för justering fyra gånger innan jag fick alla fel fixade.

Fig. 10 Det hade använts rikligt med tunnflytande olja vid tidigare reparationsförsök tydligen för att fixa de kärvande klubborna. Resultatet var att det under en del av sensorerna fanns olja. Notera hur kretskortets svarta kontaktytor är våta av olja och olja finns naturligtvis också på gummidelens grafitytor.

Jag tog loss sensordelen av gummi på två ställen för att fixa kontaktproblem (se beskrivning av symptomen ovan). I fig. 10 ser man hur mittkontakten ser torr ut medan ringkontakten är nerkladdad av olja. Resultatet torde ha varit att ifrågavarande tangenter endast gav ett mycket kraftigt ljud eftersom processorn tror att anslaget sker med nästan oändlig hastighet.

Det visade sig att Biltemas elektronikrengöring på sprayburk fungerade bra. Jag använde vaddstickor fuktade med rengöringsmedel för att putsa kretskortet. Jag tog helt loss sensordelen av gummi och sprutade rikligt av rengöringsämne vid kontaktytorna. I ett skede såg det lite skrämmande ut då rengöringsmedlet tydligen reagerade med gummit vilket fick som resultat att gummidelen rullade ihop sig som en mask. Då jag monterade tillbaka sensordelarna och satte ihop tangentbordet så visade det sig ingen tangent i den genomskinliga sensormodulen i bilden ovan fungerade … uups! Då jag provspelade några timmar senare så hade tvättmedlet avdunstat helt och tangenterna fungerade korrekt.

Fig. 11 Sensormodulen från insidan. Vi ser ringelektroden som i viloläget är väldigt nära kretskortet och tydligen sluter kontakt genast vid en knapptryckning och således sätter igång en hastighetsmätning. I centrum finns en annan elektrod som är moterad kanske en mm högre och som ger inform om när hastighetsmätningen är slut. Notera hur den tvättade sensormodulen försöker rulla ihop sig. Spänningar i gummiblandningen gör ringelektroden elliptisk i stället för cirkelrund. Lyckligtvis så återfick sensorn sin ursprungliga form då allt lösningsmedel hade avdunstat.
Fig. 12 En annan sensor som har tagit stryk av olja. Notera hur tre av fyra ringelektroder helt eller delvis är oljiga.
Fig. 13 Motsvarande sensormodul innan tvättning. Vi ser att tre av fyra sensorer är nedsölade av olja.

Vad blev resultatet

Efter två dagars arbete är instrumentet hopmonterat och allt fungerar perfekt såvitt jag vet. Resultatet blev ett mycket trevligt elektriskt piano med, som jag uppfattar det, ett härligt ljud och mycket realistisk touch i tangenterna till ett pris på ca. 70 Euro då jag blev tvungen att satsa en tia på elektronikrengöringsmedel.

Projektet var väldigt lärorikt. Jag hade ingen aning om att ett elektriskt piano har hammare i likhet med ett riktigt piano. Felsökningen av starka/svaga och dubbla toner gjorde att jag nu förstår hur instrumentet känner av anslagshastigheten och jag kan genom att lyssna på en spelad ton höra om allt är ok eller om det finns ett sensorfel. Jag uppfattar att användningen av två kontakter för varje tangent är genialisk genom sin enkelhet. Ett sensorfel går att känna igen direkt på ljudet d.v.s. jag vet på förhand vilken typ av fel jag kan förvänta mig d.v.s. jag vet vilkendera sensorn som är orsak till problemet.

Notera att de flesta elektriska pianon har sensorerna placerare som två separata mittelektroder ovanför varandra inte som i Behringerinstrumentet kombinerade. Fördelen med den vanligare konstruktionen är att det är möjligt att hitta reservdelar till andra instrument medan det tydligen inte finns mycket reservdelar tillgängliga för Behringer.

Ett jättetrevligt projekt som inte blev sämre av att jag på slutändan fick ett fullt fungerande instrument som jag annars sannolikt hade varit tvungen att betala 500-700 Euro för. Projektet visar också väldigt konkret att en fullständig genomgång av ett modernt elpiano inte är billigt. Då jag Googlade så hittade jag en prisuppskattning gällande service som gick på $500 vilket nog inte är något rövarpris för ett jobb som jag uppskattar att jag, om jag skulle göra om det, skulle kunna göra på en dag. Det stora jobbet var de kärvande tangenterna/hamrarna. Putsning av sensorerna krävde på slutet ungefär en halv timme mellan varven men innan allt fungerade så blev det några varv.


Pointman's

A lagrange point in life

THE HOCKEY SCHTICK

Lars Silén: Reflex och Spegling

NoTricksZone

Lars Silén: Reflex och Spegling

Big Picture News, Informed Analysis

Canadian journalist Donna Laframboise. Former National Post & Toronto Star columnist, past vice president of the Canadian Civil Liberties Association.

JoNova

Lars Silén: Reflex och Spegling

Climate Audit

by Steve McIntyre

Musings from the Chiefio

Techno bits and mind pleasers

Bishop Hill

Lars Silén: Reflex och Spegling

Watts Up With That?

The world's most viewed site on global warming and climate change

TED Blog

The TED Blog shares news about TED Talks and TED Conferences.

Larsil2009's Blog

Lars Silén: Reflex och Spegling

%d bloggare gillar detta: