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#include "mbed.h"
#include "pin.h"
#include "microinfinity.h"

//#define DEBUG_ON

#ifdef DEBUG_ON
#define DEBUG(...) printf("" __VA_ARGS__);
#else
#define DEBUG(...)
#endif

#define Pi 3.14159265359 //円周率π

float accel_max = 0.01; //これグローバルにしたのはごめん。set関数多すぎてめんどくなった。

class PIDcontroller //distanceをvalueに置き換えました
{
    float Kp_, Ki_, Kd_, tolerance_, time_delta_;
    float pile_, value_old_, target_;

  public:
    bool IsConvergence_;                                //収束したかどうか
    PIDcontroller(float Kp, float Ki, float Kd);        //初期設定で係数を入力
    void setCoefficients(float Kp, float Ki, float Kd){Kp_ = Kp, Ki_ = Ki, Kd_ = Kd;}; //係数を変更するときに使う
    void setTimeDelta(float delta){time_delta_ = delta;};
    void setTarget(float target);                       //目標位置の設定
    void setTolerance(float tolerance){tolerance_ = tolerance;}; //許容誤差の設定
    float calc(float nowVal);           //現在位置と目標を比較してPID補正
    bool knowConvergence(){return IsConvergence_;};             //収束したかどうかを外部に伝える
};

class Motor //PIDコントローラ、エンコーダを含むモータのクラス
{
    PwmOut *pin_forward_, *pin_back_;
    Ec *ec_;                             //対応するエンコーダ
    float duty_, pre_duty_, duty_limit_; //dutyと現在のモータ位置
    int resolution_;
  public:
    Motor(PwmOut *forward, PwmOut *back); //ピンをポインタ渡し
    void setDutyLimit(float limit){duty_limit_ = limit;};
    float getPosi();                   //ポジをエンコーダから取得
    void calcDuty(PIDcontroller *pid); //Duty比を計算
    void setEncoder(Ec *ec){ec_ = ec;};           //エンコーダを設定
    void setResolution(int reso){resolution_ = reso;};
    void output();                     //出力するだけ
    void output(float duty);
};

class OneLeg //足の挙動を制御する
{
    Motor *motor_;
    float target_pose_;

  public:
    PIDcontroller *pid_;
    OneLeg(){};
    void setMotor(Motor *motor){motor_ = motor;};
    void setPIDcontroller(PIDcontroller *pid){pid_ = pid;};
    void setTargetPose(float target_pose);
    void actMotor();//モータ出力
};

class Robot
{
    float ticker_time_, air_wait_time_;
    OneLeg *Leg1_, *Leg2_;
    Timer timer;

  public:
    Robot(){timer.reset(); timer.start();};
    void setLeg(OneLeg *Leg1_, OneLeg *Leg2_);
    void setTickerTime(float ticker_time);
    void run();//ここがメインで走る記述
};



PIDcontroller::PIDcontroller(float Kp, float Ki, float Kd)
{
    Kp_ = Kp, Ki_ = Ki, Kd_ = Kd;
    DEBUG("set Kp:%.3f  KI:%.3f  Kd:%.3f \n\r", Kp_, Ki_, Kd_);
    IsConvergence_=true;
}
void PIDcontroller::setTarget(float target)
{
    if (IsConvergence_) //収束時のみ変更可能
    {
        target_ = target;
        DEBUG("set Target: %.3f\n\r", target_);
        IsConvergence_ = false;
    }
    else
    {
        DEBUG("error: setTarget permission denied!\n");
    }
}
float PIDcontroller::calc(float nowVal)
{
    float out = 0;
    //PID計算ここで行う
    float deviation = target_ - nowVal; //目標との差分
    pile_ += deviation;                 //積分用に和を取る
    out = deviation * Kp_ - (nowVal - value_old_) / time_delta_ * Kd_ + pile_ * Ki_ * time_delta_;
    value_old_ = nowVal; //今のデータを保存
    //
    if (fabs(deviation) < tolerance_) //収束した場合
    {
        DEBUG("complete !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\n\r");
        out = 0;
        pile_ = 0;
        value_old_ = 0;
        IsConvergence_ = true;
    }
    return out;
}

Motor::Motor(PwmOut *forward, PwmOut *back)
{
    pin_forward_ = forward;
    pin_back_ = back;
}
float Motor::getPosi()
{
    float posi = 2.0*180*((float)(ec_->getCount)()/(float)resolution_);
    
    //DEBUG("value :%d  :%d\n\r", (ec_->getCount)(),resolution_);
    DEBUG("posi is %.4f\n\r",posi);
    return posi;
}
void Motor::calcDuty(PIDcontroller *pid)
{    
    duty_ = pid->calc(getPosi());
    DEBUG("duty is %.4f\n\r",duty_);
}
void Motor::output()
{
    //DEBUG("dutyOut %.3f\n\r",duty_);
    //加速度が一定値を超えたら変更加える
    if (duty_ > 0)
    {
        if (duty_ - pre_duty_ > accel_max) duty_ = pre_duty_ + accel_max;
        double output_duty=min(fabs(duty_), duty_limit_);
        pin_forward_->write(output_duty);
        pin_back_->write(0);
        DEBUG("forward %.3f\n\r",pin_forward_->read());
    }
    else
    {
        if (pre_duty_ - duty_ > accel_max)
            duty_ = pre_duty_ - accel_max;
        double output_duty=min(fabs(duty_), duty_limit_);
        pin_forward_->write(0);
        pin_back_->write(output_duty);
        DEBUG("back %.3f\n\r",pin_back_->read());
    }
    pre_duty_ = duty_;
}
void Motor::output(float duty)
{
    duty_ = duty;
    //DEBUG("dutyOut %.3f\n\r",duty_);
    //加速度が一定値を超えたら変更加える
    if (duty_ > 0)
    {
        //if (duty_ - pre_duty_ > accel_max) duty_ = pre_duty_ + accel_max;
        double output_duty=min(fabs(duty_), duty_limit_);
        pin_forward_->write(output_duty);
        pin_back_->write(0);
        DEBUG("forward %.3f\n\r",pin_forward_->read());
    }
    else
    {
        //if (pre_duty_ - duty_ > accel_max)
        //    duty_ = pre_duty_ - accel_max;
        double output_duty=min(fabs(duty_), duty_limit_);
        pin_forward_->write(0);
        pin_back_->write(output_duty);
        DEBUG("back %.3f\n\r",pin_back_->read());
    }
    pre_duty_ = duty_;
}

void OneLeg::setTargetPose(float target_pose)
{
    target_pose_ = target_pose;
    //PIDにtargetを送る
    pid_->setTarget(target_pose_);
}
void OneLeg::actMotor()
{
    motor_->calcDuty(pid_);
    motor_->output();
}



void Robot::setLeg(OneLeg *Leg1, OneLeg *Leg2)
{
    Leg1_ = Leg1;
    Leg2_ = Leg2;
}
void Robot::setTickerTime(float ticker_time)
{
    ticker_time_ = ticker_time;
    Leg1_->pid_->setTimeDelta(ticker_time_);
    Leg2_->pid_->setTimeDelta(ticker_time_);
}
void Robot::run()
{
    while (!Leg1_->pid_->IsConvergence_ || !Leg2_->pid_->IsConvergence_) //片方が収束していない時*/
    {
        //ticker_time毎にモータに出力する
        float time_s = timer.read();
        Leg1_->actMotor();
        Leg2_->actMotor();
        float rest_time_s = ticker_time_ - (timer.read() - time_s);
        //ticker_timeまで待機
        if (rest_time_s > 0)
        {
            wait(rest_time_s);
            DEBUG("start:%.3f last: %.3f restTime: %.3f\n\r",time_s, timer.read(),rest_time_s);
        }
            
        else //時間が足りない場合警告
            printf("error: restTime not enough\n\r");
        DEBUG("loop end\n\r")
    }

}



////////////関数
void reset();
void setup();
void can_send(float target_ro, float target_ri);

////////////定数

////////////変数
bool hand_mode=0;

//PIDcontroller, Motor, AirCylinderはOneLegのメンバクラスとして扱う
//しかし変更を多々行うためポインタ渡しにしてある
//文が長くなると困るため, PID係数の変更は直接PIDコントローラを介して行う
PIDcontroller pid_lo(0.01, 0.000, 0.000);
PIDcontroller pid_li(0.01, 0.000, 0.000);    //Kp.Ki,Kd
Motor motor_lo(&motor_lo_f, &motor_lo_b),
     motor_li(&motor_li_f, &motor_li_b); //forward,backのピンを代入
OneLeg leg_lo, leg_li;
Robot robot;

/////////////////////////////////////////////
int main()
{
    setup();
    
    pid_lo.setTolerance(10);
    pid_li.setTolerance(10);
    
    motor_lo.setEncoder(&ec_lo);
    motor_lo.setResolution(1000);
    motor_li.setEncoder(&ec_li);
    motor_li.setResolution(600);
    
    leg_lo.setMotor(&motor_lo);
    leg_lo.setPIDcontroller(&pid_lo);
    leg_li.setMotor(&motor_li);
    leg_li.setPIDcontroller(&pid_li);
    
    robot.setLeg(&leg_lo, &leg_li);
    robot.setTickerTime(0.01); //モータ出力間隔 0.01
    
    motor_lo.setDutyLimit(0.1);
    motor_li.setDutyLimit(0.1);
    
    /*
    char str[255] = {};
    printf("setup complete Input any key\n\r");
    scanf("%s", str);
    printf("start!");
    */
    
    reset();
    printf("bus standby\n\r");
    while(1)
    {
        if(bus_in.read() == 1) break;     
    }
    printf("bus is %d\n\r", bus_in.read());
    
    //Sample
    for(int i = 0; i< 20; ++i)
    {
        can_send(360+i*180,180+i*180);
        leg_lo.setTargetPose(360+i*180);
        leg_li.setTargetPose(180+i*180);
        robot.run();
        motor_lo_f.write(0);
        motor_lo_b.write(0);
        motor_li_f.write(0);
        motor_li_b.write(0);
        while(1)
        {
            if(bus_in.read() == 1) break;     
        }
    }
    
    motor_lo_f.write(0);
    motor_lo_b.write(0);
    motor_li_f.write(0);
    motor_li_b.write(0);
    
}


void setup()
{
    can1.frequency(1000000);
    motor_lo_f.period_us(100);
    motor_lo_b.period_us(100);
    motor_li_f.period_us(100);
    motor_li_b.period_us(100);

    hand.mode(PullUp);
    switch_lo.mode(PullUp);
    switch_li.mode(PullUp);
    switch4.mode(PullUp);


    device.baud(115200);
    device.format(8,Serial::None,1);
    device.attach(dev_rx, Serial::RxIrq);
    wait(0.05);
    theta0=degree0;
    check_gyro();
}


//////////////////////////////////////can
void can_send(float target_ro, float target_ri)
{
    char data[4]= {0};
    int target_ro_send=target_ro+360;
    int target_ri_send=target_ri+360;
    data[0]=target_ro_send & 0b11111111;
    data[1]=target_ri_send & 0b11111111;
    data[2]=(target_ro_send>>8) | ((target_ri_send>>4) & 0b11110000);
    data[3]=hand_mode;

    if(can1.write(CANMessage(0,data,4)))led4=1;
    else led4=0;
}
void reset()
{
    while(switch_lo.read()) {
        motor_lo.output(0.07);
    }
     ec_lo.reset();
     motor_lo.output(0.0);
    while(switch_li.read()) {
        motor_li.output(0.07);
    }
     ec_li.reset();
     motor_li.output(0.0);
}