파이썬에서 DLL의 함수 호출하기

파이썬은 컴퓨터 프로그래밍 언어의 일종으로, 간단한 스크립트에서 복잡한 프로그램까지 광범위한 영역에서 사용할 수 있는 언어입니다. 만들어진지는 얼마 안 됐지만 매우 빠르게 확산되었고, 프로그램의 OOP-친화성이라든가 코드의 깔끔함 면에서 볼 때 펄보다 더 나은 것 같고, 최적화, 스피드 면에서도 펄 못지 않습니다.

실험실에서 제가 요즘 사용하고 있는 장비는 Windows 98을 OS로 하는 컴퓨터로 제어하게 되어 있습니다. Windows 98을 쓸 수 밖에 없는 (NT kernel로는 실시간 제어가 상당히 힘들고, 이 시스템에 워낙 구형인 EISA 인터페이스를 사용하는 카드를 써야만 하는 관계로 컴퓨터 업그레이드 자체도 거의 불가능한 상황입니다. 이 컴퓨터 죽으면 실험 못 합니다. ㅠㅠ) 시스템이고 그렇다 보니 프로그램도 대부분 Visual C++ 6점대 버전으로 짜야만 합니다. 랩뷰를 쓸 수는 있는데, 랩뷰만 돌려도 시스템이 버벅거리죠...

이 컴퓨터에는 어디선가 주워온 NuDAQ ACL-8111이라는 저가, 저성능의 데이터 수집(DAQ; Data Acquisition) 카드가 하나 달려 있습니다. (NI DAQ 짝퉁스럽습니다ㅠㅠ) 주로 아날로그 신호를 컴퓨터에서 사용할 수 있는 디지털 신호로 바꾸는 ADC 기능만 활용하고 있는데요, 12-bit single ended 신호만 받을 수 있어서 정밀한 실험 정보를 수집하는 용도로 쓰기에는 무리가 있지만 간단하게 압력, 온도 같은 정보를 가져오는 데는 그럭저럭 쓸만합니다.

원래 이 DAQ 카드와 랩뷰를 이용해서 데이터를 기록하고 있었는데, 랩뷰만 돌려도 버벅거리는 어이없는 사양과 시간이 지남에 따라 시스템 클럭이 늦어지는 문제 때문에 시간에 따라 변화하는 값들을 기록하는 데 아쉬움이 많이 느껴져서 뭔가 다른 방법이 없을까 고민을 했습니다.

그렇다고 Visual C++로 프로그램을 따로 짜자니 시간도 좀 아깝고, Visual C# Express 같은 것에 익숙해져버린 상황에서 Visual C++ (그것도 6.0으로 ㅠㅠ) 프로그래밍을 하자니 속이 막 갑갑해졌습니다.

98년도 아니고 08년도에 비주얼 C++ 6.0이라니... ㅠㅠ

그러던 차에 요즘 짬 날 때마다 파이썬도 만지작거려보고 있겠다, 파이썬으로 DAQ 카드를 건드리는 걸 한 번 해 보면 재밌겠다는 생각이 들었습니다.

별 흥미를 못 느끼실 분들을 위해 접습니다. 관심 있으신 분은 아래 "자세히 보기..."를 클릭해서 보세요... :)

일단 윈도우즈 98용 파이썬 인스톨러가 있는지를 찾아봤습니다. 다행히도 있더군요. 현재 stable 최신 버전인 2.5.2를 다운 받았더니 Windows Installer 최신 버전이 있어야만 설치가 된다고 하여 또 링크를 찾아가서 윈도우즈 98용 윈도우즈 인스톨러를 받아서 깔았습니다.

그리고는 파이썬에서 DLL에 있는 함수들을 호출하는 방법을 찾아봤죠.

처음 구글에서 찾은 링크는 이거였는데, 이걸 보고서는 먼저 calldll이란 걸 찾아서 좀 해 보다 보니 파이썬 2.5부터는 ctypes가 기본으로 내장된다고 하더군요. ㅠㅠ ctypes로 급선회...

ctypes 튜토리얼만 보고도 별 무리 없이 간단한 코드를 작성할 수 있습니다.

방법은 간단했습니다.

일단 제가 사용할 DLL은 8111.DLL이라는 이름의 파일로 제공됩니다. 여기에 들어있는 함수들 중에서 아날로그 입력용으로 필요한 함수는 다음 세 개 뿐이었습니다.

W_8111_Initial(int card_number, int base_address)
W_8111_AD_Set_Channel(int channel_number)
W_8111_AD_Aquire(int *ad_data)

일단 ctypes를 사용하고 싶다면 from ctypes import * 명령을 내려줘야 합니다.

그리고 dll의 유형에 따라 적당한 함수를 이용하여 라이브러리를 로드해야 합니다. cdll, windll, oledll, 이렇게 세 가지 중에서 하나를 활용하는데, cdll은 함수들이 표준적인 cdecl 호출 관행을 써서 익스포트된 경우에, windll은 stdcall 호출 관행으로 익스포트된 경우에, oledll은 stdcall 호출 관행으로 익스포트되어 있으면서 윈도우즈 HRESULT 에러 코드를 리턴하는 경우에 사용하도록 되어 있습니다. 헤더 파일을 뒤져보니 stdcall 형태로 익스포트돼 있길래 windll을 사용했습니다.

라이브러리를 로딩할 때는 nudaq_lib = windll.LoadLibrary("Full/Path/To/The/DLL/File") 이런 식으로 하면 됩니다. 그 후로 함수를 호출하는 방법은 간단합니다. 그냥 nudaq_lib.FunctionName(parameters...) 이런 식으로 하면 되죠. 물론 파이썬과 C의 변수 유형(type) 일치라든가 포인터/레퍼런스 처리 등을 위해서 조금 신경써야 할 부분이 있습니다.

이 시스템에서 압력을 측정하기 위해 사용하는 컨트롤러는 Granville-Philips사의 350 ionization gauge controller입니다. 이 장치에는 아날로그 출력 단자가 있어서 압력을 전압으로 바꿔서 출력해줍니다. 그 수치를 DAQ를 통해서 읽어서 컴퓨터로 기록하는 거죠. 제가 사용한 코드는 다음과 같습니다.

from ctypes import *
nudaq_lib = windll.LoadLibrary("C:/ADLink/ACL-DLL2/lib/8111.DLL")
nudaq_lib.W_8111_Initial(0, 0x220)
nudaq_lib.W_8111_AD_Set_Channel(0)
input_data = c_int()
nudaq_lib.W_8111_AD_Aquire(byref(input_data))
voltage = (input_data.value - 4096.0/2.0) / 4095.0 * 10.0
pressure = 10.0 ** (voltage - 12)
print pressure

뭐 예외 처리라든가 그런 건 하나도 안 했지만, 위와 같이 코드 몇 줄이면 가뿐하게 압력을 구할 수 있었습니다.

랩뷰 그림 그려서 코드 짜는 것하고 비교해서도 시간이 덜 걸리는 듯합니다. (물론 본격적으로 차트 만들고 그러려면 훨씬 더 많은 코드가 필요하지만...)

이제 저런 식으로 읽은 데이터를 이 실험용 컴퓨터에는 로드를 주지 않고 다른 리눅스 서버 쪽에 저장하고, 그 리눅스 서버 쪽에서 차트를 만들어주고 하는 또 다른 스크립트를 만들어야겠습니다.

파이썬, 조금씩 알아갈수록 더 강력함이 느껴지고 있습니다.