Andreas Klust and Percy Zahl
Insitut für Festkörperphysik
Universität Hannover
Das Jahr 2000 ist vorraussichtlich mein letztes am Institut für Festkörperphysik der Universität Hannover. In diesem Vorwort möchte ich die Historie der ehemals "`nur"' STM-Software festhalten. Ich habe die letzten fünf Jahre, die Zeit vor meiner Diplomarbeit eingeschlossen, dort verbracht und in der Arbeitsgruppe von Michael Horn-von-Hoegen begonnen, mich mit der Tunnelmikroskopie und den zugehörigen Techniken zu beschäftigen. Im Sommer 1995 zeigte mir A.Meier ein kleines, noch unberührtes, unter einer Schutzhaube verborgenes Gerät - ein Micro STM. Wir besaßen nur dieses Gerät zusammen mit einem Tunnelstromverstärker, einer Signalprozessor gesteuerte Meßkarte (PC31) - und - dem Wissen, daß damit ein gewisser G.Meyer in Berlin erfolgreich ein Gerät gleichen Prinzips bedient. Ich machte es mir zur Aufgabe, der ganzen Sache Leben einzuhauchen ...
Von G.Meyer hatte ich unterdessen einige Software zusammengesammelt und wir versuchten, die diversen DOS/Pascal Programme auf unserem hochmodernen P90 zum Laufen zu bringen. Währenddessen vertiefte ich mich in die Geheimnisse der DSP-Programmierung und der Kommunikation zwischen Host-PC und DSP.
Des Fortschritts wegen beschloß ich, ein bereits vorhandenes OS/2-Programm namens PMSTM weiter zu entwickeln. PMSTM basierte auf einer schon erheblich älteren OS/2 Version vonL.Anderson und wurde von H.Bethge zum Messen eingesetzt.
Gleichzeitig produzierte R.Kumpe einige Assemblerroutinen zur Ansteuerung seiner Datatranslation-Karte unter OS/2 - welche ebenfalls einen spezial STM-Eigenbau, jedoch noch mit analogem Regler, bedienen sollte.
Parallel wurden mit H.Pietsch die notwendigen Zusätze für AFM implementiert.
Es verging einige Zeit, aber dann war es soweit: Die neue OS/2 Software konnte das Gerät steuern und Daten aufnehmen und anzeigen. An Luft wurden erste Versuche mit Goldproben und abgeknipster Wolframspitze erfolgreich abgeschlossen. Weitere Verbesserungen in nahezu jeder Hinsicht konnte ich im Verlauf meiner Diplomarbeit einbringen - das Gerät war unterdessen im UHV der Maschine "`Quantum"' im Einsatz.
Die Geschichte des Micro STM´s wurde im weiteren wesentlich von R.Hild bestimmt, der das höchst empfindliche Gerät in einem an Federn aufgehängten Kupferblock mit 3D-Wirbelstromdämpfung versenkte und somit zu Höchtstleistung brachte.
Die Zeit war gegen das wunderbar stabile OS/2, es wurde zum Außenseiter und eigentlich benötigte man es nur noch zum Messen ...
Windows erschien mir als durchaus erfahrenem und gebrantmarktem DOS/Win3.X Programmierer als völlig ungeeinete Platform, so hatte ich doch die Vorzüge einer stabilen Betriebssystemplatform mit OS/2 zu schätzen gelernt. Ich konnte jedoch mit meinen Unix/Linux Grundkenntnissen schnell eine zukunftssichere Alternative finden und entschied, erste Versuchte mit einer neuen Software für mein SPA-LEED zu unternehmen. Das SPA-LEED sollte nämlich ebenfalls mit einer Signalprozessorkarte gesteuert werden, um später ggf. ohne zusätzlichen Aufwandt ein STM nachrüsten zu können.
Das Resultat war ein Programm namens xspa, welches unter Verwendung der xforms Libary unter X11 lief.
Aus diesen Erfahrungen schöpfend entwickelte ich ein völlig neues Konzept für eine grundlegend neue Struktur eines neuen STM-Programmes - der alte Code war zu steif und beinhaltete viel zu viele globale Variablen. Auch das fixe Datenformat dat wurde als historisch abgelegt und es fand ein Übergang zu dem NetCDF-Format statt. Das neue Konzept ist objektorientiert und ermöglicht erstmals eine flexible Mehrkanal- Verwaltung und -Messung (dies wurde in PMSTM nur per Trick in unflexibler Weise zur Datenaufnahme hineigebastelt, da das AFM die gleichzeitige Aufzeichnung von Kraft und Reibungssignal ermöglicht).
Es entstand xxsm, welches strukturell die Grundlage des heutigen gxsm darstellt. Dieses Programm entstand im Verlauf der Diplomarbeit von R.Hild, der die Entwicklung life mit seinem STM verfolgen mußte bzw. durfte :=)
Auch unser neues Spielzeug, ein Luft-AFM, wurde von xxsm gesteuert sowie eine Streulichapparatur (SARLS).
Die Computertechnologie schreitet unaufhaltsam vorann und es ist zu befürchten, daß bald keine ISA-Slots mehr verfügbar sind. So entschieden wir für neue Geräte, eine PCI-Version der DSP-Karte (PCI32) zu kaufen. Diese Karte schien der PC31, mal von dem PCI-Bus abgesehen, doch sehr vergleichbar. Es gab jedoch einige Unwegsamkeiten, die mich einige Nerven kosteten...
Jedenfalls entwickelte ich ein Kernelmodul für diese Karte und später eine Variation für die alte PC31, denn auf User-Space IO konnte wegen PCI Konfiguration, etc. nicht mehr ausgewichen werden. Zusätzlich mußten alle Utilities (Loader, Terminal) an die neue Karte angepasst werden. Eine neue Library machte das anfängliche Chaos komplett - die Hoffnung, das DSP- Programm nicht umschreiben zu müssen, war vergebens. Jedoch konnte mit einigen Tricks weiterhin eine, zwar neue, aber gemeinsame Version erhalten bleiben.
Die alte xforms Libary ist zwar extrem effizient, insbesondere meine sehr schnellen MIT-SHM Bilddarstellungsroutinen, aber die Oberfläche und Menüdarstellung lassen einige Wünsche offen. Eine modernes Toolkit Namens Gtk+/Gnome weckte mein Interesse im Sinne des Fortbestandes und der Weiterentwicklung dieser unterdessen mächtigen Mikroskopie- Software. Ein Kraftakt von diversen Nächten zwischen Juni und Dezember 1999 brachte xxsm im neuen Gewand als gnomified xxsm - kurz gxsm hervor.
Das objektorientierte Konzept von Gtk+/Gnome vereinfachte es auch erheblich, die SPA-LEED-Ansteuerung in gxsm mitaufzunehmen. Darüberhinaus entstanden gleichzeitig einige Tools wie Gfit, Goszi und dsp-applet.
Dieses Werk soll im weiteren all denjenigen helfen, die einerseits mit gxsm arbeiten, aber auch etwas mehr über die Internas erfahren wollen. So gliedert sich das folgende Manual in
Ich möchte hier meinen Dank an alle aussprechen, die zu meiner Arbeit beigetragen haben, insbesondere jedoch:
M.Henzler für das immer gute Instituts-Klima und die schönen "`Almen"'.
M.Horn-von-Hoegen dafür, daß er mir die Zeit zum ständigen Arbeiten an
diesem Projekt
gelassen hat.
G.Meyer für seine Starthilfe bei der DSP Programmierung und diversen Gesprächen.
H.Bethge für Ihre Gedult mit mir im Keller.
R.Kumpe für seine Mitarbeit an PMSTM und Diskussionen.
H.Pietsch für sein Mitwirken an PMSTM.
L.Anderson, den ich leider nie persönlich kennengelernt habe, für
seine Arbeit
an PMSTM.
U.Köhler und seine Truppe für einige Diskussionen.
A.Meier für seine endlose Gedult mit mir ...
F.J.Meier zu Heringdorf für immerwieder freundlich und fröhliche BS
Discussions mit
diversen Guinness.
R.Hild und M.Bierkandt für deren Ausdauer mit den ewig neuen Versionen.
A.Klust für alle Beiträge zu diesem Projekt.
H.Goldbach für SPA-LEED Discussions und für den (noch nicht) herausgesuchten BF krams.
Heilo für die Gewährung einer Mehraufwandzulage.
Negenborn Januar 2000 Percy Zahl
...Gxsm has been licensed as GPL and goes to SourceForge.net ...
Es ist Sonntag, der 21.1.2001, es schneit draußen und die Zeit ist mal wieder ein Jahr fortgeschritten; Ich stecke mitten in meinen Vorbeitungen zum Ortswechsel von Negenborn/Hannover nach Denver/Colorado und möchte ein paar Bemerkungen zum Stand des Gxsm-Projekts festhalten, nachdem meine Dissertation mit der Veröffentlichung meines Werkes zum Stress auf Oberflächen abgeschlossen ist.
Das Gxsm-Projekt ist seit Herbst 2000 offiziell als Open-Source auf http://sourceforge.net via Web-Interface und CVS-Access verfügbar. Die Verzeichnishirarchie wurde überarbeitet und ``Gxsm'' ist nun das Projekthauptverzeichnis.
Im Dezember 2000 wurde ein flexibles Plug-In Interface für Gxsm
entworfen und damit begonnen alle speziellen Erweiterungen in Plug-Ins
auszulagern. Damit wird eine erhebliche Flexibilität erzielt. Im
Januar 2001 sind ein SPA-LEED Simulationsmodul, Peak-Finder,
Fokus-Tool und Oszi-Plugin hinzugekommen. Ein Support für die alte
Burr-Brown Karte für SPA-LEED ist ebenfalls verfügbar und bereits im
Einsatz.
Negenborn Januar 2001 Percy Zahl
...Gxsm goes international...
Just a few up-to-date remarks:
As far as I know Gxsm is used now in more than four countries around the globe.
Kernel 2.4.x support was implemented and is proofed to work well.
More and more Plug-Ins are added...
A Gnome Druid to guide the new Gxsm user along all most important
settings was added.
Golden, Colorado USA, August 2001 Percy Zahl