ewsdr/PlutoBackend.pas

unit PlutoBackend;

{
  Бэкенд ADALM-PLUTO (libiio / AD936x), реализует TRadioBackend.

  Фаза 1 (текущая): discovery через iio_scan_context + Caps + открытие/закрытие
  контекста (Connect/Disconnect) + геттеры состояния. RX/TX-потоки и реальная
  подача IQ — фазы 2/4 (методы-заглушки сохраняют состояние).

  Карта устройств/каналов Pluto (для фаз 2–4):
    ad9361-phy:
      RX LO     — channel 'altvoltage0' (output), attr 'frequency'
      TX LO     — channel 'altvoltage1' (output), attr 'frequency'
      RX rate/bw— channel 'voltage0' (input),  attr 'sampling_frequency','rf_bandwidth'
      RX gain   — channel 'voltage0' (input),  attr 'hardwaregain','gain_control_mode'
      TX atten  — channel 'voltage0' (output), attr 'hardwaregain' (отриц. дБ)
    cf-ad9361-lpc            — RX-стрим: 'voltage0'(I),'voltage1'(Q) input
    cf-ad9361-dds-core-lpc   — TX-стрим: 'voltage0'(I),'voltage1'(Q) output
}

{$IFDEF FPC}
  {$MODE Delphi}
{$ENDIF}

interface

uses
  Classes, SysUtils, ctypes,
  RadioBackend, IIOBindings, HPSDRProtocol, Settings;

type
  { TPlutoBackend }
  TPlutoBackend = class(TRadioBackend)
  private
    FCtx:        Piio_context;
    FPhy:        Piio_device;   // ad9361-phy (control)
    FRxDev:      Piio_device;   // cf-ad9361-lpc (RX stream)
    FTxDev:      Piio_device;   // cf-ad9361-dds-core-lpc (TX stream)
    FConnected:  Boolean;
    FRunning:    Boolean;
    FDevice:     TRadioDevice;
    FLastError:  string;

    // Текущее состояние (применяется к железу в фазах 2/4)
    FRXFreq:     Double;
    FTXFreq:     Double;
    FSampleRate: Integer;
    FTransmitting: Boolean;
    FGainMode:   string;    // gain_control_mode (manual/slow_attack/...)
    FGainDb:     Integer;   // hardwaregain при ручном режиме

    // RX-стрим (cf-ad9361-lpc): I/Q-каналы, буфер, поток refill.
    FRxBuf:      Piio_buffer;
    FRxChI:      Piio_channel;
    FRxChQ:      Piio_channel;
    FRxThread:   TThread;
    FStreaming:  Boolean;
    FRxSeq:      LongWord;

    // Низкоуровневые помощники применения атрибутов к ad9361-phy
    procedure ApplyRxLO(Hz: Double);
    procedure ApplyTxLO(Hz: Double);
    procedure ApplySampleRate(Hz: Integer);
    procedure ApplyGain;
    procedure StartRX;
    procedure StopRX;
  protected
    function GetConnected: Boolean;      override;
    function GetRunning:   Boolean;      override;
    function GetDevice:    TRadioDevice; override;
    function GetLastError: string;       override;
  public
    constructor Create;
    destructor  Destroy; override;

    function  Caps: TBackendCaps; override;

    function  Discover(TimeoutMs: Integer = 3000): TRadioDeviceArray; override;
    function  Connect(const Dev: TRadioDevice): Boolean; override;
    procedure Disconnect; override;

    // Прямой probe конкретного URI (например 'ip:172.16.2.199' или 'usb:1.5.5').
    // Открывает контекст, проверяет наличие ad9361-phy, читает hw_serial/hw_model,
    // заполняет Dev и (если задан) дёргает OnDeviceFound. True — это AD936x-SDR.
    // Нужен для сетевых устройств (без mDNS scan их иначе не найти).
    function  ProbeURI(const AURI: string; out Dev: TRadioDevice): Boolean;

    procedure ConfigureDDCs(NumDDCs: Byte; SampleRate: Word; ADCSource: Byte = 0;
                            DitherEnabled: Boolean = True;
                            RandomEnabled: Boolean = True); override;
    procedure SetRunAndFreq(Run: Boolean; DDC0FreqHz, DUCFreqHz: Double;
                            DriveLevel: Byte = 100); override;
    procedure UpdateState(RXFreqHz, TXFreqHz: Double; DriveLevel: Byte;
                          Transmitting, PAEnabled, AlexEnabled: Boolean); override;
    procedure SendFullHP; override;
    procedure SendPTT(Active: Boolean); override;
    procedure SetRxGain(ModeIdx: Integer; GainDb: Integer); override;
  end;

// Стабильный 6-байтовый ключ (synthetic MAC) из serial/URI — для per-device
// настроек (Settings ключует по MAC). FNV-1a свёртка строки в 6 байт.
function PlutoSyntheticMAC(const S: string): TBytes;

implementation

const
  PLUTO_MIN_SR = 521000;     // нижний предел AD936x sampling_frequency
  PLUTO_MAX_SR = 61440000;
  PLUTO_MIN_HZ = 46875000;   // AD9361 нативно (LibreSDR/AntSDR); AD9363 — 325 МГц
  PLUTO_MAX_HZ = 6000000000.0;
  PLUTO_DEF_SR = 1536000;    // дефолтный rate если контроллер задал невалидный
  RX_BUF_SAMPLES = 8192;     // IQ-пар за один refill (~5.3 мс @ 1.536 MS/s)
  PAIRS_PER_PKT  = 238;      // как DDC IQ HPSDR (238*6 = 1428 байт IQData)

type
  // RX-поток: блокирующий refill libiio → конверсия int16→24bit BE → OnDDCIQ.
  // Работает с private-полями TPlutoBackend (одна единица компиляции).
  TPlutoRXThread = class(TThread)
  private
    FBk: TPlutoBackend;
  protected
    procedure Execute; override;
  public
    constructor Create(ABk: TPlutoBackend);
  end;

constructor TPlutoRXThread.Create(ABk: TPlutoBackend);
begin
  FBk := ABk;
  FreeOnTerminate := False;
  inherited Create(False);
end;

procedure TPlutoRXThread.Execute;
var
  n, step: ptrint;
  pFirst, pEnd, p: PByte;
  pkt: TDDCIQPacket;
  outc: Integer;
  vi, vq: LongInt;
  u: LongWord;

  procedure FlushPkt;
  begin
    Inc(FBk.FRxSeq);
    pkt.Seq[0] := (FBk.FRxSeq shr 24) and $FF;
    pkt.Seq[1] := (FBk.FRxSeq shr 16) and $FF;
    pkt.Seq[2] := (FBk.FRxSeq shr  8) and $FF;
    pkt.Seq[3] :=  FBk.FRxSeq         and $FF;
    pkt.SamplesPerFrame[0] := (outc shr 8) and $FF;
    pkt.SamplesPerFrame[1] :=  outc        and $FF;
    if Assigned(FBk.FOnDDCIQ) then FBk.FOnDDCIQ(0, pkt);
    outc := 0;
  end;

begin
  FillChar(pkt, SizeOf(pkt), 0);
  pkt.BitsPerSample[1] := 24;
  outc := 0;
  while not Terminated do
  begin
    if FBk.FRxBuf = nil then begin Sleep(5); Continue; end;
    n := iio_buffer_refill(FBk.FRxBuf);
    if Terminated then Break;
    if n <= 0 then begin Sleep(2); Continue; end;

    step   := iio_buffer_step(FBk.FRxBuf);
    pFirst := iio_buffer_first(FBk.FRxBuf, FBk.FRxChI);
    pEnd   := iio_buffer_end(FBk.FRxBuf);
    p := pFirst;
    while PtrUInt(p) < PtrUInt(pEnd) do
    begin
      // I в смещении 0, Q в смещении 2 (два int16-канала, step=4).
      // Q инвертируем (сопряжение): IQ-конвенция AD936x зеркальна ожидаемой WDSP,
      // иначе спектр перевёрнут (USB↔LSB, перестройка вправо идёт влево).
      vi :=  LongInt(PSmallInt(p)^)     * 4096;   // 12-bit (±2048) → 24-bit
      vq := -LongInt(PSmallInt(p + 2)^) * 4096;
      if vi >  8388607 then vi :=  8388607 else if vi < -8388608 then vi := -8388608;
      if vq >  8388607 then vq :=  8388607 else if vq < -8388608 then vq := -8388608;
      u := LongWord(vi) and $FFFFFF;
      pkt.IQData[outc*6+0] := (u shr 16) and $FF;
      pkt.IQData[outc*6+1] := (u shr  8) and $FF;
      pkt.IQData[outc*6+2] :=  u         and $FF;
      u := LongWord(vq) and $FFFFFF;
      pkt.IQData[outc*6+3] := (u shr 16) and $FF;
      pkt.IQData[outc*6+4] := (u shr  8) and $FF;
      pkt.IQData[outc*6+5] :=  u         and $FF;
      Inc(outc);
      if outc >= PAIRS_PER_PKT then FlushPkt;
      Inc(p, step);
    end;
    if outc > 0 then FlushPkt;   // хвост блока
  end;
end;

function PlutoSyntheticMAC(const S: string): TBytes;
var
  H: QWord;
  I: Integer;
begin
  // FNV-1a 64-bit, затем берём младшие 6 байт; первый байт делаем locally-
  // administered/unicast (bit1=1, bit0=0), чтобы не коллизировать с реальными MAC.
  H := QWord(14695981039346656037);
  for I := 1 to Length(S) do
  begin
    H := H xor QWord(Ord(S[I]));
    H := H * QWord(1099511628211);
  end;
  SetLength(Result, 6);
  Result[0] := (Byte(H shr 40) and $FC) or $02;
  Result[1] := Byte(H shr 32);
  Result[2] := Byte(H shr 24);
  Result[3] := Byte(H shr 16);
  Result[4] := Byte(H shr 8);
  Result[5] := Byte(H);
end;

{ TPlutoBackend }

constructor TPlutoBackend.Create;
begin
  inherited Create;
  FCtx := nil; FPhy := nil; FRxDev := nil; FTxDev := nil;
  FConnected := False;
  FRunning   := False;
  FSampleRate := 1536000;
  FGainMode  := 'slow_attack';   // аппаратный AGC по умолчанию
  FGainDb    := 40;
  FRxBuf := nil; FRxChI := nil; FRxChQ := nil; FRxThread := nil;
  FStreaming := False; FRxSeq := 0;
  FillChar(FDevice, SizeOf(FDevice), 0);
end;

destructor TPlutoBackend.Destroy;
begin
  Disconnect;
  inherited Destroy;
end;

function TPlutoBackend.GetConnected: Boolean; begin Result := FConnected; end;
function TPlutoBackend.GetRunning:   Boolean; begin Result := FRunning;   end;
function TPlutoBackend.GetDevice: TRadioDevice; begin Result := FDevice;  end;
function TPlutoBackend.GetLastError: string; begin Result := FLastError;  end;

function TPlutoBackend.Caps: TBackendCaps;
begin
  FillChar(Result, SizeOf(Result), 0);
  Result.Kind            := bkPluto;
  Result.HasTX           := True;
  Result.HasPA           := False;   // нет PA → нет fwd/SWR/supply
  Result.HasAlex         := False;
  Result.HasWideband     := False;
  Result.HasDitherRandom := False;
  Result.HasHWMic        := False;
  Result.HasPLLStatus    := False;
  Result.HasHWGain       := True;    // manual gain / hw-AGC
  Result.HasRFBandwidth  := True;
  Result.HasFullDuplex   := True;
  Result.MinSampleRate   := PLUTO_MIN_SR;
  Result.MaxSampleRate   := PLUTO_MAX_SR;
  Result.SampleRateMode  := srmContinuous;
  // Пресеты для SampleRateOverlay (все > 520 ksps, минимум AD936x).
  SetLength(Result.RatePresets, 8);
  Result.RatePresets[0] := 576000;
  Result.RatePresets[1] := 768000;
  Result.RatePresets[2] := 960000;
  Result.RatePresets[3] := 1536000;
  Result.RatePresets[4] := 2304000;
  Result.RatePresets[5] := 3072000;
  Result.RatePresets[6] := 3840000;
  Result.RatePresets[7] := 5760000;
  Result.MinFreqHz       := PLUTO_MIN_HZ;
  Result.MaxFreqHz       := PLUTO_MAX_HZ;
end;

function TPlutoBackend.ProbeURI(const AURI: string; out Dev: TRadioDevice): Boolean;
// Открываем контекст по URI, проверяем что это AD936x-SDR (есть ad9361-phy),
// читаем hw_serial/hw_model. Контекст закрываем (это лишь probe, не Connect).
var
  Ctx: Piio_context;
  Ser, Model, IPStr: string;
  PV: PAnsiChar;
  MAC: TBytes;
begin
  Result := False;
  FillChar(Dev, SizeOf(Dev), 0);
  if not IIOLoad then Exit;

  Ctx := iio_create_context_from_uri(PAnsiChar(AnsiString(AURI)));
  if Ctx = nil then Exit;
  try
    // Признак нашего железа — наличие управляющего устройства ad9361-phy.
    if iio_context_find_device(Ctx, 'ad9361-phy') = nil then Exit;

    Ser := '';
    PV := iio_context_get_attr_value(Ctx, 'hw_serial');
    if PV <> nil then Ser := string(PV);
    if Ser = '' then Ser := AURI;   // fallback: URI как идентификатор

    Model := 'AD936x SDR';
    PV := iio_context_get_attr_value(Ctx, 'hw_model');
    if PV <> nil then Model := string(PV);

    IPStr := AURI;
    PV := iio_context_get_attr_value(Ctx, 'ip,ip-addr');
    if PV <> nil then IPStr := string(PV);

    MAC := PlutoSyntheticMAC(Ser);
    Dev.Kind      := bkPluto;
    Dev.URI       := AURI;
    Dev.Serial    := Ser;
    Dev.Model     := Model;
    Dev.IPAddress := IPStr;
    Dev.BoardType := 0;
    Dev.Valid     := True;
    Move(MAC[0], Dev.MAC[0], 6);
    Result := True;
  finally
    iio_context_destroy(Ctx);
  end;

  if Result and Assigned(FOnDeviceFound) then
    FOnDeviceFound(Dev);
end;

function TPlutoBackend.Discover(TimeoutMs: Integer): TRadioDeviceArray;
var
  Scan: Piio_scan_context;
  Info: PPiio_context_info;
  Cnt, I: ptrint;
  Item: Piio_context_info;
  URI:  string;
  Dev:  TRadioDevice;
begin
  SetLength(Result, 0);
  if not IIOLoad then Exit;

  // Сканируем backend 'usb' — надёжно и без зависимости от avahi/dnssd (её тянет
  // backend=nil/'ip'). Для каждого найденного контекста делаем ProbeURI: детект по
  // наличию ad9361-phy (а не по строке описания — клоны вроде LibreSDR не содержат
  // 'pluto'). Сетевые устройства (ip:) находим отдельным ProbeURI по сохранённым/
  // введённым адресам (см. контроллер).
  Scan := iio_create_scan_context('usb', 0);
  if Scan = nil then Exit;
  try
    Info := nil;
    Cnt := iio_scan_context_get_info_list(Scan, Info);
    if Cnt <= 0 then Exit;
    try
      I := 0;
      while I < Cnt do
      begin
        Item := PPiio_context_info(PByte(Info) + I * SizeOf(Pointer))^;
        URI  := string(iio_context_info_get_uri(Item));
        Inc(I);
        if ProbeURI(URI, Dev) then
        begin
          SetLength(Result, Length(Result) + 1);
          Result[High(Result)] := Dev;
        end;
      end;
    finally
      iio_context_info_list_free(Info);
    end;
  finally
    iio_scan_context_destroy(Scan);
  end;
end;

function TPlutoBackend.Connect(const Dev: TRadioDevice): Boolean;
var
  M: TBytes;
begin
  Result := False;
  if not IIOLoad then begin FLastError := 'libiio not available'; Exit; end;
  if FConnected then Disconnect;

  FDevice := Dev;
  // Гарантируем стабильный synthetic-MAC из serial (ключ per-device настроек),
  // даже если запись пришла без MAC (сохранённое Pluto-устройство).
  if FDevice.Serial <> '' then
  begin
    M := PlutoSyntheticMAC(FDevice.Serial);
    Move(M[0], FDevice.MAC[0], 6);
  end;
  FCtx := iio_create_context_from_uri(PAnsiChar(AnsiString(Dev.URI)));
  if FCtx = nil then
  begin
    FLastError := 'Cannot open Pluto context: ' + Dev.URI;
    Exit;
  end;

  FPhy   := iio_context_find_device(FCtx, 'ad9361-phy');
  FRxDev := iio_context_find_device(FCtx, 'cf-ad9361-lpc');
  FTxDev := iio_context_find_device(FCtx, 'cf-ad9361-dds-core-lpc');
  if FPhy = nil then
  begin
    FLastError := 'ad9361-phy not found in context';
    iio_context_destroy(FCtx); FCtx := nil;
    Exit;
  end;

  FConnected := True;
  // Приводим железо в известное состояние: валидный rate + усиление.
  if FSampleRate < PLUTO_MIN_SR then FSampleRate := PLUTO_DEF_SR;
  ApplySampleRate(FSampleRate);
  ApplyGain;
  Result := True;
end;

procedure TPlutoBackend.Disconnect;
begin
  StopRX;
  if FCtx <> nil then
  begin
    iio_context_destroy(FCtx);
    FCtx := nil;
  end;
  FPhy := nil; FRxDev := nil; FTxDev := nil;
  FConnected := False;
  FRunning   := False;
end;

// ---- Применение атрибутов к ad9361-phy ----

procedure TPlutoBackend.ApplyRxLO(Hz: Double);
var Ch: Piio_channel;
begin
  if (FPhy = nil) or (Hz <= 0) then Exit;
  Ch := iio_device_find_channel(FPhy, 'altvoltage0', 1);
  if Ch <> nil then
    iio_channel_attr_write_longlong(Ch, 'frequency', Round(Hz));
end;

procedure TPlutoBackend.ApplyTxLO(Hz: Double);
var Ch: Piio_channel;
begin
  if (FPhy = nil) or (Hz <= 0) then Exit;
  Ch := iio_device_find_channel(FPhy, 'altvoltage1', 1);
  if Ch <> nil then
    iio_channel_attr_write_longlong(Ch, 'frequency', Round(Hz));
end;

procedure TPlutoBackend.ApplySampleRate(Hz: Integer);
var Ch: Piio_channel; WasStreaming: Boolean;
begin
  if (FPhy = nil) or (Hz < PLUTO_MIN_SR) then Exit;
  WasStreaming := FStreaming;
  if WasStreaming then StopRX;   // менять rate с открытым буфером нельзя

  // Предпочтительно ad9361_set_bb_rate: настраивает BBPLL И загружает FIR-таблицу
  // децимации под частоту. Без этого на холодную (битый/дефолтный FIR) спектр —
  // широкая палка по центру, не реагирует на перестройку. Fallback — прямая
  // запись sampling_frequency (работает, если FIR уже корректен).
  if Assigned(ad9361_set_bb_rate) then
    ad9361_set_bb_rate(FPhy, culong(Hz))
  else
  begin
    Ch := iio_device_find_channel(FPhy, 'voltage0', 0);
    if Ch <> nil then
      iio_channel_attr_write_longlong(Ch, 'sampling_frequency', Hz);
  end;

  // RF-полоса отдельно (set_bb_rate её не трогает).
  Ch := iio_device_find_channel(FPhy, 'voltage0', 0);
  if Ch <> nil then
    iio_channel_attr_write_longlong(Ch, 'rf_bandwidth', Hz);

  if WasStreaming then StartRX;
end;

procedure TPlutoBackend.ApplyGain;
var Ch: Piio_channel;
begin
  if FPhy = nil then Exit;
  Ch := iio_device_find_channel(FPhy, 'voltage0', 0);   // RX gain — input voltage0
  if Ch = nil then Exit;
  iio_channel_attr_write(Ch, 'gain_control_mode', PAnsiChar(AnsiString(FGainMode)));
  if FGainMode = 'manual' then
    iio_channel_attr_write_longlong(Ch, 'hardwaregain', FGainDb);
end;

procedure TPlutoBackend.StartRX;
begin
  if FStreaming or not FConnected or (FRxDev = nil) then Exit;
  FRxChI := iio_device_find_channel(FRxDev, 'voltage0', 0);
  FRxChQ := iio_device_find_channel(FRxDev, 'voltage1', 0);
  if (FRxChI = nil) or (FRxChQ = nil) then
  begin FLastError := 'RX I/Q channels not found'; Exit; end;
  iio_channel_enable(FRxChI);
  iio_channel_enable(FRxChQ);
  if Assigned(iio_device_set_kernel_buffers_count) then
    iio_device_set_kernel_buffers_count(FRxDev, 4);
  FRxBuf := iio_device_create_buffer(FRxDev, RX_BUF_SAMPLES, False);
  if FRxBuf = nil then begin FLastError := 'RX create_buffer failed'; Exit; end;
  FStreaming := True;
  FRxThread := TPlutoRXThread.Create(Self);
end;

procedure TPlutoBackend.StopRX;
begin
  if FRxThread <> nil then
  begin
    FRxThread.Terminate;
    if (FRxBuf <> nil) and Assigned(iio_buffer_cancel) then
      iio_buffer_cancel(FRxBuf);   // разблокировать refill немедленно
    FRxThread.WaitFor;
    FreeAndNil(FRxThread);
  end;
  FStreaming := False;
  if FRxBuf <> nil then
  begin
    iio_buffer_destroy(FRxBuf);
    FRxBuf := nil;
  end;
end;

// ---- Команды контроллера (фаза 1: сохраняем состояние + базовое применение) ----

procedure TPlutoBackend.ConfigureDDCs(NumDDCs: Byte; SampleRate: Word;
  ADCSource: Byte; DitherEnabled, RandomEnabled: Boolean);
begin
  // SampleRate приходит в ksps (как у HPSDR ConfigureDDCs). Pluto — в Гц.
  // Контроллер может прислать HPSDR-наследие (<520k) — клампим к дефолту.
  FSampleRate := Integer(SampleRate) * 1000;
  if FSampleRate < PLUTO_MIN_SR then FSampleRate := PLUTO_DEF_SR;
  if FConnected then ApplySampleRate(FSampleRate);   // перезапустит RX при смене
end;

procedure TPlutoBackend.SetRunAndFreq(Run: Boolean; DDC0FreqHz, DUCFreqHz: Double;
  DriveLevel: Byte);
begin
  FRXFreq := DDC0FreqHz;
  FTXFreq := DUCFreqHz;
  FRunning := Run;
  if FConnected then
  begin
    ApplyRxLO(FRXFreq);
    ApplyTxLO(FTXFreq);
    if Run then StartRX else StopRX;   // RX-стрим; TX-стрим — фаза 4
  end;
end;

procedure TPlutoBackend.UpdateState(RXFreqHz, TXFreqHz: Double; DriveLevel: Byte;
  Transmitting, PAEnabled, AlexEnabled: Boolean);
begin
  FRXFreq := RXFreqHz;
  FTXFreq := TXFreqHz;
  FTransmitting := Transmitting;
  if FConnected then
  begin
    ApplyRxLO(FRXFreq);
    ApplyTxLO(FTXFreq);
  end;
end;

procedure TPlutoBackend.SendFullHP;
begin
  // У Pluto нет HP-пакета: частоты/усиление применяются напрямую в UpdateState/
  // SetRunAndFreq. Здесь — no-op (состояние уже применено).
end;

procedure TPlutoBackend.SendPTT(Active: Boolean);
begin
  FTransmitting := Active;
  // Реальный RX↔TX (вкл/выкл стримов) — фаза 4.
end;

procedure TPlutoBackend.SetRxGain(ModeIdx: Integer; GainDb: Integer);
begin
  case ModeIdx of
    1: FGainMode := 'fast_attack';
    2: FGainMode := 'slow_attack';
    3: FGainMode := 'hybrid';
  else FGainMode := 'manual';
  end;
  FGainDb := GainDb;
  if FConnected then ApplyGain;
end;

end.