MinGW による GLFW3、FreeType2、Bullet 環境の構築

今まで、Windows では主に cygwin64 を使って開発環境を整えていた。
しかし、ここにきて、色々な不具合に遭遇する・・・

たとえば、組み込みマイコンのクロス開発環境として、gcc をビルドするのだけど、cygwin では途中で必ず失敗する。
※cygwin では、何か特別なオプションを追加するのかもしれないが、情報が無いし、原因を追って、試すのに時間が掛かり過ぎる。
※大抵は、gcc がコンパイルエラーで止まる。
また、少し大きなライブラリー(bullet physics)をコンパイルしようとした場合にスタック不足で gcc-w64-mingw32-gcc がクラッシュしたり、リンク中に止まったりと、非常に辛い状況が連発していた。
状況を改善する為に、ソースを追ったり、オプションを追加したり、情報を求めて時間を浪費したものの、良い改善策が見つからない、これは、cygwin のバージョンアップにより解消するのかも知れないと思ったりもしたが、もう疲れた・・・
そこで、別の解決策として、MinGW 環境を試してみる事にした。

MinGW は、よりコンパクトに必要最小限のコマンドを集約した、gcc を使った Windows の開発環境と思えば良いと思う。
MinGW には MinGW の流儀(常識)があり、それを学ぶ必要がある為、時間がかかるので、躊躇していたが、使ってみない事には判らない。

それで、とりあえず、インストーラーを使ってインストールしてみた。

しかし、入れたハズの gcc すら動かない!?
何で?、と思って数日、profile のパスにバグがあり、それが原因だったようだ。

/c/MinGW/msys/1.0/etc/profile
の19、21行目
/mingw/bin:/bin ---> /c/mingw/bin:/bin
ドライブレターが抜けているようだが、正規のインストーラーでインストールしてこの完成度は「痛い」としか言い様が無い、ホント大丈夫なの?

気を取り直して、コマンド窓を、評判の mintty にしてみた、これは簡単、情報も多く直ぐに導入出来た。

自分は emacs 使いなので、コンソールで使える emacs を使いたかったが、MinGW では標準では無いので、仕方なく、Windows の emacs を入れて、パスを通した。

ここまで出来て、判った事。

・MinGW では、コンソールで emacs を動かすのは難しいようだ。(vim は標準であるが、キーバインドの慣れもあるので自分には使いづらい)
・Windows の日本語ファイル名などをスマートに解決出来ないようだ。(色々な理由で UTF-8 を使いたいが、それだと色々破綻する、とはいえ、CP932(Shift-JIS)も駄目で、日本語ファイル名の文字化けは我慢するしか無いようだ。
・cygwin では、大抵の unix コマンドは揃っていて、インストーラーで簡単にインストール出来るが、MinGW では、標準に無い物は自分でコンパイルして導入する必要があり、簡単に導入出来るものと、パッチを当てたり、改修する必要がある物など、簡単では無い場合があるようだ。

まず、自分のフレームワークで使っているライブラリーをコンパイルする必要がある。
「configure、make」で解決できるものと、「cmake」を使う物があるみたいなので、cmake の windows 版をインストールして、パスを通した。
※cmake はMinGW で動作する実行ファイルを作るのでは無く、windows 専用の物を使うようで、GUI 環境で使える版も付いてくる。

(1)標準的な各種ライブラリーのインストール

Windows 関係ライブラリー:
    mingw-get install mingw32-w32api

pthread ライブラリー:
    mingw-get install mingw32-pthreads-w32

zlib ライブラリー:(標準では DLL しか入らないようだ)
    mingw-get install mingw32-libz

※「mingw-get」で、GUI が起動するので、それで、必要そうな物はインストール出来る。

(2)GLFW-3.0.4 のコンパイル
MinGW の常識が判っていなかった為、コンパイル出来るまで試行錯誤が続いた。
glfw3 のアーカイブを解凍したら、ディレクトリーを移って。

    cmake -G "MSYS Makefiles" -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local

として作成する。
※cmake は途中で失敗したら、キャッシュが残るようで、後何をやっても駄目ななので、アーカイブからやり直した(他にもっと良い方法があると思う)

後はお決まりの・・・

    make
    make install

とりあえず、GLFW3 のコンパイルは出来た。

ここまでの感触で、自分フレームワークを MinGW に移っても問題無いように感じた。

追記:2014/1/21
(3)freetype-2.5.2 ライブラリーの構築
freetype は、TrueType のレンダリングを行うオープンソースライブラリーで、自分のフレームワークでも日本語フォントの描画で使っている。
このライブラリーのコンパイルは、少し工夫が必要だった・・
インクルードファイルの相互依存の影響で、定義がすっぽ抜ける現象が起こる、本来はもっとスマートに解決したいが、無理やりだが以下のように解決した。

「ftgip.c」に、typedef を二行追加。
    typedef long off_t;
    typedef long long off64_t;

    ./configure --without-png
※ PNG が必要なのは、TrueType ファイル内に PNG でエンコードされたフォントのビットマップがあるのだろうけど、とりあえず、無視するようにした。

    make
    make install

(4)physics bullet-2.82 のコンパイルとデモプログラムの生成
bullet は物理法則をシュミレーションする演算ライブラリーで、色々な場面で使われている。
Visual Studio でコンパイルするのが一般的なようだが、MinGW でもライブラリーを作成する事が可能なようだ。
※現状の gcc-4.8.1 では、コンパイル中にクラッシュする為、ライブラリーを作れないが、クラッシュするソースを微妙に修正するとコンパイルが正常終了する事が判った。

修正1: src/BulletCollision/CollisionDispatch % emacs btInternalEdgeUtility.cpp
内「struct btConnectivityProcessor : public btTriangleCallback」クラスで、

btVector3 calculatedEdge = edgeCrossA.cross(edgeCrossB);
を、以下のように修正
calculatedEdge = edgeCrossA.cross(edgeCrossB);

btVector3 calculatedNormalB = normalA;
を、以下のように修正
calculatedNormalB = normalA;

変数として以下の二行を追加する。
	btVector3 calculatedEdge;
	btVector3 calculatedNormalB;
※この修正、厳密には正しく無いが、多分動作するだろうと思う、正しく動作しているかの検証はしていない、bullet は発展途上で、実装があっても使われていない事もあるので、どのデモプログラムを動作した場合にこのクラスが動くか見極めていない、コンパイルが通るだけのワークアラウンドと思って欲しい。

修正2: src/BulletDynamics/Character % emacs btKinematicCharacterController.cpp
383、384 行目をコメントアウト(単純に使われていないが、あるだけで gcc がクラッシュする・・)
///     btScalar hitDistance;
///     hitDistance = (callback.m_hitPointWorld - m_currentPosition).length();

GLUT の対応:
GLUT は、MinGW 用にコンパイルすれば良いのだが、GLFW3 を使うようになって OpenGL では使わなくなった為、bullet のデモを動かす為の対応として、
Glut/GL/glut.h ---> /c/MinGW/mingw32/include/GL にコピーする。
又、ライブラリー glut32.lib を、名前を変更して、コピーする ---> /c/MinGW/mingw32/lib/libglut32.a
※VisualStudio で C 言語ソースだけでコンパイルされたライブラリーは gcc のライブラリーと互換性がある。

    cmake -G "MSYS Makefiles" -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
    make
    make install

(5)libpng-1.6.8 ライブラリーの構築
これは、普通に問題なく構築できる

    ./configure
    make
    make install

(6)openjpeg-2.0.0 ライブラリーの構築
標準的には、シェアードライブラリー形式(DLL)で生成される為、それをOFFにしてスタティックライブラリーにする

    cmake -G "MSYS Makefiles" -DBUILD_SHARED_LIBS:BOOL=OFF -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
    make
    make install  

(7)JPEG ライブラリーの構築
JPEG ライブラリーは、x86 CPU の場合、マルチメディア命令で最適化されたバージョンがあるので、それを使う。
Independent JPEG Group’s JPEG software release 6b
with x86 SIMD extension for IJG JPEG library version 1.02

※VisualStudio の C コンパイラで作成されたライブラリーファイルは、gcc と互換性があるので、「xxx.lib」を「libxxx.a」などにリネームすれば良い。
このライブラリーは非常に高速なので、画面をキャプチャーしてそれをリアルタイムに JPEG 圧縮して出力すれば、動画にも対応できる。(モーション JPEG 的な・・)
※生の画像を出力しない方が、ファイルサイズが小さくなり、高速化する。

(8)mupdf-1.3 ライブラリーの構築
mupdf ライブラリーはオープンソースの PDF ファイルを展開してビットマップを生成するライブラリーで、PDF を簡単に開けるので、便利に使っている。
このライブラリーは、freetype、openjpeg、jpeg、jbig2dec などを利用するのだけど、各ライブラリーのバージョンの違いを吸収する為、全てのソースコードを同梱している、構築には無駄にならないように、自前のライブラリーをリンクさせる。

まず Makefile を修正

3 行目「build ?= debug」を「build ?= release」としとく。

「include Makethird」をコメントアウトしておく「# include Makethird」

LIBS に追加「LIBS += -L/usr/local/lib -lpng -ljpeg_x86 -lopenjp2 -ljbig2dec -lfreetype -lz」

CFLAGS にも追加「CFLAGS += -I/usr/local/include -I/usr/local/include/openjpeg-2.0 -I/usr/local/include/libjpeg_x86 -I/usr/local/include/freetype2」
※JPEG ライブラリーは x86 CPU 用に最適化されたバージョンを使っている。

    make
    make install

C 言語よりお得な C++ その7

前回、コンペアマッチタイマーの制御をテンプレート化してみました。

今回は、少し複雑ですが、シリアルコミュニケーションインターフェースをテンプレート化してみます。

実用的なシリアルコミュニケーションでは、通常、受信、送信は割り込みによって行い、メインとは FIFO などでやりとりします。
さらに RX マイコンでは、DMA も使う事が出来ますが、やりとりするデータ量と、出し入れに係わる細かい操作を考えると、DMA を使う事にあまりメリットが無いので、通常の割り込みで行う設計とします。

FIFO のバッファサイズは、アプリケーションの構造、送受信のボーレート、などにより最適なサイズがあると思われますので、可変に出来るようにします。
※以前のコンペアマッチタイマーより、バッファサイズをパラメーターとしている為、少し複雑です。

    //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
    /*!
        @brief  SCI I/O 制御クラス
        @param[in]  SCI SCIx 定義クラス
        @param[in]  recv_size   受信バッファサイズ
        @param[in]  send+size   送信バッファサイズ
    */
    //+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++//
    template <class SCIx, uint32_t recv_size, uint32_t send_size>
    class sci_io {

        static utils::fifo<recv_size>   recv_;
        static utils::fifo<send_size>   send_;

        static INTERRUPT_FUNC void recv_task_()
        {
            bool err = false;
            if(SCIx::SSR.ORER()) {  ///< 受信オーバランエラー状態確認
                SCIx::SSR = 0x00;   ///< 受信オーバランエラークリア
                err = true;
            }
            ///< フレーミングエラー/パリティエラー状態確認
            if(SCIx::SSR() & (SCIx::SSR.FER.b() | SCIx::SSR.PER.b())) {
                err = true;
            }
            if(!err) recv_.put(SCIx::RDR());
        }

        static INTERRUPT_FUNC void send_task_()
        {
            SCIx::TDR = send_.get();
            if(send_.length() == 0) {
                SCIx::SCR.TEIE = 0;
            }
        }
...

重要な部分は、fifo の定義です、割り込み関数とクラスとで、送受信データをやりとりする必要がある為、「static」としています。
テンプレートのパラメーターから、受信サイズ、送信サイズを受け取って、静的に宣言されます。
割り込み関数も static 宣言します、この関数アドレスは、初期化時、割り込みベクターに渡されるようにしています。

    sci_io<device::SCI0, 128, 128> sci0_;
    sci_io<device::SCI1,  64, 256> sci1_;

↑のように、SCI0、SCI1 を宣言すると、テンプレートパラメーター SCIx が異なる為、static に宣言された fifo の領域は SCI0、SCI1 で別々に確保されます。

クラス内の static 宣言では実態を別に宣言しておく必要があります。

    template<class SCIx, uint32_t recv_size, uint32_t send_size>
        utils::fifo<recv_size> sci_io<SCIx, recv_size, send_size>::recv_;
    template<class SCIx, uint32_t recv_size, uint32_t send_size>
        utils::fifo<send_size> sci_io<SCIx, recv_size, send_size>::send_;

どうでしょうか、これで、チャネル毎バッファサイズを変更して静的に使う事が出来ます。

全ソースコードは github にあります。