Category: Fejlesztés

Inkrementális enkóderek alkalmazása

Kicsit lassan haladok az önképzéssel, nehezen gyűjtöm össze a megfelelő mennyiségű szorgalmat, hogy a hétköznapi hajtás után egy-egy hétvégén pihenés helyett elővegyem a hardvereket a fiókból. Ezen a hétvégén kivételesen sikerült. Hogy pontos legyek, kezembe került egy inkrementális enkóder, ami (akinek nem ismerős a fogalom) arra jó, hogy forgó mozgás irányát, mennyiségét és esetleg sebességét meghatározzuk.

Az abszolút enkóderekkel ellentétben az inkrementális enkóderek nem képesek megadni a forgás pillanatnyi helyét, segítségükkel csak azt lehet meghatározni, hogy történt-e forgás valamelyik irányba. Viszont jelentősen olcsóbbak, és kevesebb lábat foglalnak el a mikrokontrolleren. Ez sem utolsó szempont, tekintve hogy pár óra kínlódás után rájöttem, hogy a kontrolleremen két láb halott..

Általában véve a forgási enkóderek működését a Wikipedia vonatkozó cikke jobban elmagyarázza, mint én tudnám, így erre nem térek ki részletesen. A lényeg csupán annyi, hogy egy egységnyi forgás alatt két kapcsoló zár az enkóderben egymás után, a forgás irányától függően. Ennek tipikus bekötése active-low jelleggel rendkívűl egyszerű, az enkóder C csatlakozója ráköthető a földre, az A és B lábak számára pedig kiválasztunk két portot a kontrolleren, az én esetemben ez RB6 és RB7 lett. Ezen kívül semmilyen más alkatrészre nincs szükség, hiszen a Pic16F690-es processzor integráltan tartalmaz felhúzó áramkört, ami képes magas szinten tartani az adott portot, és leföldelés esetén biztonságos szinten tartja az áramot.

A feladat tehát a következő: detektálni kell az enkóder kapcsolóinak a zárását, figyelembe véve a sorrendjüket, és ennek megfelelően kell egy változó értékét növelni, vagy csökkenteni. Ha az A kapcsoló zár előbb, és később a B, akkor növelni, ha fordítva akkor csökkenteni kell eggyel a változót. Az általam használt EC12E típusú enkóder 24 diszkrét egységre bont egy kört, azaz 15 fokonként képes érzékelni a forgást, tehát a változó értékét 15-el megszorozva megkapjuk a pontos forgást. Az enkóder mechanikus jellege miatt a használat közben számítani kell pergés előfordulására, aminek a kezeléséről gondoskodni kell.

A mikroprogram gyors időközönként leolvassa a kapcsolók állását, és ez alapján kell eldöntenie, hogy merre forgatjuk az enkóder karját. Mivel figyelembe kell venni a kapcsolók korábbi állapotát is, triviálisan adja magát egy állapotgép-alapú megoldás, ami a pergést úgy küszöböli ki, hogy megengedi az állapotok közötti oda-vissza ugrálást a pergést követve, a pergés stabilizálódásával pedig az állapot is a megfelelő értéken rögzül.

Az állapotgép bemenete a két kapcsoló állása és minden leolvasáskor végrehajt egy lépést:

Az állapotgép megfelelő élei biztosítják, hogy amíg valamelyik kapcsoló pereg, addig a megfelelő két állapot között lépkedjen. Az ábrán pirossal és kékkel jelöltem azokat a lépéseket, mikor is növelem vagy csökkentem a forgást mérő változó értékét.

A programot a gyakorlatban is kipróbáltam, assembly-ben írtam a Pic16F690-hez a kódot, és a pickit2 próbapanelen lévő 4 led segítségével jelzem a változó aktuális értékét:

#include <p16F690.inc>
     __config (_INTRC_OSC_NOCLKOUT & _WDT_OFF & _PWRTE_OFF & _MCLRE_OFF & _CP_OFF & _BOR_OFF & _IESO_OFF & _FCMEN_OFF)
 
     cblock 0x20
State		;state machine variable
Display         ;data to be displayed
     endc
 
     org 0
Start:
	clrf PORTB
     	bsf STATUS,RP0		; select Register Page 1
	bcf OPTION_REG,7
     	movlw 0xFF
     	movwf TRISA		; Make PortA all input
     	movwf TRISB
     	clrf TRISC		; Make PortC all output
     	clrf ANSEL 		; all pins digital
    
     	bcf STATUS,RP0		; back to Register Page 0 
     	bsf STATUS,RP1		; Reg page 2
	
	movlw 0xFF		
	movwf WPUB		; enable weak pull-up for Port B

	bcf STATUS, RP1		; Reg page 0

     	clrf Display
	clrf State

MainLoop:

;state table:
; input	|  000 	|  010	|  100	|  011	|  101	|
;  00	| 		->000			| == always ->000
;  01	|      ->010 	| ->000 | ->010 |->000- | == if state,0 ->000 (dec if 101), else ->010
;  10	| ->100	| ->000	| ->100 |->000+	| ->100 | == if state,1 ->000 (inc if 011), else ->100
;  11	| ->000 | ->011 | ->101 | ->011 | ->101 | == if state,0 ->101, else if state,1 ->011, else ->000

;decide current input: 00, 01, 10, or 11
;note that all input are active low

	btfss PORTB,6
	goto Input0
	goto Input1

Input0:
	btfss PORTB,7
	goto Input00
	goto Input01	

Input1:
	btfss PORTB,7
	goto Input10
	goto Input11

Input11: ;00
	clrf State		;state ->000
	goto Output
Input10: ;01
	btfss State,0		
	goto I01B		;if 0xx
	goto I01A		;if 1xx
I01A:			
		btfsc State,2	;if xx1
		decf Display,1	; decrement data
		clrf State	;->000
		goto Output
I01B:
		clrf State	;->010
		bsf State,1
		goto Output
Input01: ;10
	btfss State,1
	goto I10B		;if x0x
	goto I10A		;if x1x
I10A:
		btfsc State,2	;if xx1
		incf Display,1	; increment data
		clrf State	;->000
		goto Output
I10B:
		clrf State	;->100
		bsf State,0
		goto Output
Input00: ;11
	btfsc State,0		;if 1xx
	goto IA
	btfsc State,1		;or x1x
	goto IA
	goto Output
IA:
		bsf State,2 	;->uu1
	goto Output

Output:

     movfw     Display       ; Copy the display to the LEDs
     movwf     PORTC

     goto      MainLoop
     end

A dolgot összeállítva minden várakozásomat felülmúlva működött, a forgást pontosan és gyorsan méri, bár csak kézzel forgattam, így nem tudtam letesztelni, hogy mekkora szögsebességet képes még mérni. Mindenestre akár felhasználónak nyújtott bemeneti eszközként is remekül szerepelhet, mindenképpen kifinomultabb megoldás mint pl. egy potméter A/D átalakítóval. Digitális hifiken rendszeresen találkozhatunk ezzel a megoldással hangerő-szabályozás formájában.

Mi a hiba a kódban? #2

A [intlink id=”1249″ type=”post”]múltkori, nagy sikerű írásom[/intlink] hatására Tompika küldött nekem egy hasonlóan izgalmas problémát.

[cc_java]while (true) {
Process p = Runtime.getRuntime().exec(“macska”);
p.waitFor();
}[/cc_java]

A kód eredeti, Tompika kedvenc állatait, a macskákat felemlegetve. A kód elméletben a következőt kellene, hogy csinálja: az első sor a [cci_java]p[/cci_java] referenciával elérhető módon indít egy processzt; míg a második sor vár, amíg a processz fut.

Ha megnézzük a kapcsolódó JavaDoc kommenteket, ez így működőképes is lehet. Ezzel szemben futásidőben problémák léptek fel, amiket feltehetőleg a következő kódrészletre való kicserélés javított:

[cc_java]while (true)
{
Process p = Runtime.getRuntime().exec(“macska”);
p.waitFor();
p.getErrorStream().close();
p.getOutputStream().close();
p.getInputStream().close();
p.destroy();
}
[/cc_java]

A kódrészlet utolsó sora vicces. Idézném a Javadoc kommentet:

[cci_java]public abstract void destroy()[/cci_java]

Kills the subprocess. The subprocess represented by this [cci_java]Process[/cci_java] object is forcibly terminated.

Amit én úgy értelmeznék, hogy a függvényt meghívva explicite lezárom a Processt. Viszont állítólag nem így történik. Valaki tudja a magyarázatot? Kíváncsi lennék rá.

PS.: ha valaki hozzájut hasonló gyöngyszemekhez, és eljuttatja hozzám, szívesen közzéteszem.

Eclipse GEF wtf

Az előző kitérő után most térjünk vissza egy kis kocka témához. A minap érdekes felfedezést tettem, miközben véletlenül a GEF belső kódjába tévedtem debug közben. Alapvetően egyébként meg vagyok elégedve a GEF és általában az eclipse platform minőségével, ritka az az eset, hogy a fejemet fogom egy-egy megoldás láttán.

A következő kódrészlet ugyan működik és mivel a publikus api elrejti, az átlag fejlesztő nem találkozik vele, mégis érdemes rávetni egy pillantást. További szócséplés helyett következzék a kód, szerintem magáért beszél:


//AbstractEditPart.class

private Object[] policies;

//...

/**
* @see EditPart#installEditPolicy(Object, EditPolicy)
*/
public void installEditPolicy(Object key, EditPolicy editPolicy) {
Assert.isNotNull(key, "Edit Policies must be installed with keys");//$NON-NLS-1$
if (policies == null) {
policies = new Object[2];
policies[0] = key;
policies[1] = editPolicy;
} else {
int index = 0;
while (index < policies.length && !key.equals(policies[index])) index += 2; if (index < policies.length) { index++; EditPolicy old = (EditPolicy)policies[index]; if (old != null && isActive()) old.deactivate(); policies[index] = editPolicy; } else { Object newPolicies[] = new Object[policies.length + 2]; System.arraycopy(policies, 0, newPolicies, 0, policies.length); policies = newPolicies; policies[index] = key; policies[index + 1] = editPolicy; } } if (editPolicy != null) { editPolicy.setHost(this); if (isActive()) editPolicy.activate(); } }

Akinek nem világos elsőre, kifejteném a problémát: láthatóan egy tömböt használ a java-ban alapértelmezésként elérhető "Map" funkcionalitásának a kiváltására. A tömb páros (és nulladik) helyén szereplő elem tárolja a kulcsot, az utána lévő páratlan helyen lévő elem az érték.

Minden elem hozzáadásakor dinamikusan növeli a tömb méretét, törléskor meg egyszerűen null-ra állítja a tömb megfelelő elemét. Ehhez még társul egy custom iterátor is, ami a tömb nem null elemeit listázza.

Őszintén nem értem a tervezési döntést, ami a tömb-alapú Map-hez vezethetett. A memóriaigénye a HashMap-nek nem sokkal több, és mivel jellemzően kis elemszámú esetek fordulnak elő, ez nem számottevő. A sebessége a HashMap-nek jobb, a "get" és "put" metódusok általános esetben konstans, de mindenképpen kevesebb a tömb végigjárásánál. Mindennek a tetejébe a fenti kód Map alkalmazásával kb. 3 sorra cserélhető, nem beszélve az osztály egyéb kódjáról, ami a tömböt piszkálja.

Egyetlen érthető mentségként csak arra tudok gondolni, hogy esetleg a kód korábban íródott, minthogy a java collections API-ba belekerült volna a Map. Ez viszont az 1.2-es verzióban történt meg, tehát elég régen. Nem tudom mennyi idős a GEF, így ezt nem tudom eldönetni.. Mindenesetre ez a kód nálam megütötte a WTF szintet.

Fejlesztés, metodikák, ortogonális kódok

D-nee tett fel hétvégén egy érdekes linket a deliciousre: Jeremy D. Miller írt egy egész részletes szösszenetet Orthogonal Code címmel, és egész jól összefoglal bizonyos programtervezési elveket.

Mondjuk ha csak annyi lenne a véleményem róla, hogy érdemes elolvasni, akkor egyszerűen fognám magam, és én is feltenném a deliciousre, hogy az a kevés ember, aki véletlenül odatéved, megtalálja. De a helyzet az, hogy egyfelől érdekesnek tartom, másrészt nem értek vele (mindenben) egyet.

Ami feltétlenül tetszett az írásban, és ami miatt minden, programozásban érintett embernek ajánlom elolvasásra, hogy konkrét példán bemutatja a különböző programfejlesztési elveket. Ráadásul mosóporreklám stílusban, azaz ilyen volt és ilyen lett összehasonlítással.

Előrebocsátanám még (egyszer), mielőtt elkezdek belemenni egyes részletkérdésekbe, hogy a cikkel alapvetően egyetértek, de néhány dolog érdemes továbbgondolásra. Az egyik, hogy ezeket a tervezési elveket szabálynak állítja be, szerintem viszont legfeljebb ökölszabálynak lehet tekinteni. Azaz alapvetően érdemes követni őket, kivéve, ha nem jók az adott helyzetben. 😀

Miért lehetnek rosszak ezek az elvek? Például ha minden egyes funkciót külön osztályba teszünk, az osztályok, interfészek száma könnyen kezelhetetlen méretűre duzzadhat. Szóval amit megnyerünk a réven (áttekinthetőbbek és szerkeszthetőbbek a lokális kódok), elveszíthetjük a vámon (struktrurálisan nehezen áttekinthető a rendszer, nagy a betanulási idő).

Emellett a sok indirekció és absztrakciós szint teljesítményproblémákhoz vezethet. Például egy hívásnak nem elhanyagolható költségei vannak (stackelés, stb.). Vagy éppen hivatkozhatnék arra a nem túl régi tapasztalatomra, hogy egy algoritmusnál a legtöbb időt az vitte el, hogy a memóriából ismételten lekért adatokat. Ezt profilerrel derítettem ki, és lokális változóba áttöltve az adatokat és újra felhasználva kb. felére csökkentettem a futási időt. Vicces dolog az a cache miss (legalábbis szerintem ez történhetett).

És a legkomolyabb, kimutatható probléma (szerintem): a “tell, don’t ask” elvet jelenleg piszkosul nem szokás adatmodellre alkalmazni. Legalábbis Java környékén az aktuális state of the art marhára nem teszi – kivéve, ha rosszul látom, hogy mi a legfejlettebb. Aminek akár még oka is lehet.

A “tell, don’t ask” elv mit is jelent? Mondd meg az objektumnak, hogy mit csináljon (állapotfüggően), ne lekérd az állapotát, és ez alapján te döntsél helyette.

Érdekes módon viszont az adatmodellek manapság egyre inkább mennek a nagyon buta, csak getter/setterekből álló modellek felé. Miért is? Én úgy tippelem azért, mert

  1. Ez a rész jól generálható. Az EMF alaptechnológia tipikusan arról szól, hogy valahogy összeklikkelgetsz egy EMF modellt, beállítod a genmodellt, és kapsz egy gyönyörűséges Java osztályhalmazt. Ami persze nem tud semmit azon túl, hogy getter, setter és factory hívásokkal felépíthető és bejárható.
  2. J2EE technológiánál az entitásokat menti le a rendszer egy az egyben adatbázisba, amely entitásoknak tipikusan szintén getter/setter metódusai vannak. Esetleg még számított mezők is beköszönnek.

Mindkét esetben az a szokás, hogy a modellbefolyásoló logikát külön Manager jellegű osztályokba tesszük, akik a tényleges igényeknek megfelelően építik (rombolják 🙂 ) a modellt.

És végül a legfontosabb hozzáfűznivalóm az íráshoz: igen, hosszú távon megéri ezeket az elveket követve tervezni, kivéve, ha amiatt, mert nem készülünk el határidőre, rövid/közepes távon befejeződik a projekt. És ennek a kezelése bizony emberi kérdés. Emiatt zárszóként Jeff Atwoodot idézném:

The guys and gals who show up every day eager to hone their craft, who are passionate about building stuff that matters to them, and perhaps in some small way, to the rest of the world — those are the people and projects that will ultimately succeed.

PS.: Mostanában Aadaam is foglalkozik azzal, hogyan érdemes nagyobb rendszereket összerakni. Ráadásul azt mutatja meg, hogyan lehet PHP-ban nem gányolni. Szép teljesítmény az is.

Eclipse Trivia: ListDialog

Némi bugfixing kapcsán eljutottam egy Eclipse plug-in belsejében a JFace ListDialog osztályhoz.

A dolog lényege, hogy egy definiált listát megjelenít, és lehetővé teszi a felhasználó számára az elemek kiválasztását egy dialógusban. Az ötlet jó, hiszen viszonylag gyakran szükséges feladat.

Ugyanakkor egy érdekes adalék a működéséhez: működik az a hasznos (és elvárt) funkció, hogy a lista elemei dupla kattintással történő kiválasztása működik. Feltéve, hogy a Mégsem gomb is engedélyezve van… 😀 No comment. (Ld. még Bug 292576).