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Thema: Brauche Hilfe bei Algorithmenentwicklung (Kommunikationsprotokoll)

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von White_Fox
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    Brauche Hilfe bei Algorithmenentwicklung (Kommunikationsprotokoll)

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    Hallo allerseits

    Folgende:
    Ich entwerfe momentan ein Kommunikationsprotokoll damit sich ein Laptop und ein Mikrocontroller verstehen. Das Ganze stelle ich mir folgendermaßen vor:

    Ein Telegramm (ich hoffe der Fachterminus ist richtig) besteht aus einem "Kopf" aus vier Bytes und einem Rumpf, der zwischen 0 und 255 Bytes enthält.
    xxxx xxxB | xxxx xxxx | xxxx xxxx | RRRR RRRR

    Bedeutet:
    B - Bestätigungsbit
    R - Anzahl der Bytes im Rumpf
    x - Freie Bits oder weitere Informationen über die Daten im Rumpf, für die eigentliche Kommunikation jedoch hier nicht wichtig

    Der Kommunikationsablauf soll wie folgt aussehen:
    Sender: sendet ein Telegramm wie beschrieben, mit B=0

    Empfänger: wartet auf Daten, wenn alle Daten beisammen sind (Anzahl der Bytes nach dem Telegrammkopf stehen ja in R). Kommen zu lange keine/nicht genug Daten rein (Timeout z.B. 100ms), wird die Nachricht verworfen. Sind alle Bytes vollständig und rechtzeitig im Speicher versammelt, führt der Empfänger eine CRC-Prüfung durch und sendet das Ergebnis zurück.

    Sender: prüft den CRC-Wert. Stimmt der CRC, wird der Telegrammkopf zurückgesendet, diesmal mit B=1. Stimmt der CRC nicht, wird das ganze Telegramm nocheinmal (inkl. Telegrammkopf, wieder mit B=0), gesendet.


    Nun will ich das Ganze in Code gießen und komme damit nicht recht zu Rande. Ich hab so einige Knoten im Hirn-wie lösen Informatiker sowas auf?

    Das gleich sofort in Java runterzucoden hab ich gar nicht erst probiert, ich scheitere momentan schon an einem UML (mach ich mit Flowgorithm) für diese Angelegenheit. Zu viele If-Abfragen, das Ganze wird recht schnell ziemlich anstrengend.

    Kann mir da irgendjemand helfen?

    Nachtrag:
    Ich sollte vielleicht noch etwas zu einigen Umständen schreiben, die mir das Leben schwer machen.

    Der o.g. Algorithmus soll in einem eigenen Thread laufen. Im Wesentlichen hab ich eine Dauerschleife angedacht, wenn die Schleife beginnt wird erstmal überprüft ob überhaupt neue Daten reingekommen sind. Wenn ja, gehts weiter-wenn nicht, geht der Thread wieder schlafen.

    Bisher hab ich mich nur der Empfängerseite am PC gewidmet-aber wie bringe ich in diesem Thread auch das Sende-Verhalten unter? Etwas Besseres als ein einfaches "ReadOrWrite"-Boolean ist mir nicht eingefallen.
    Code:
    while(true){
        if(readoperation){
            //Empfängercode
        }
        else{
            //Sendecode
        }
    }
    So richtig überzeugt hat mich das allerdings noch nicht. Vor allem: was mache ich, wenn beide, Computer und Mikrocontroller, gleichzeitig auf die Idee kommen etwas senden zu wollen?

    Wie lösen diejenigen, die sowas jeden Tag machen, sowas?
    Geändert von White_Fox (29.07.2017 um 09:46 Uhr)

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    ich habe etwas ähnliches in Verwendung, das vlt als Basis dienen könnte:
    wechselweise Nachrichten, feste Länge, Senden/Empfangen+Zurücksenden immer im Handshake, samt CRC, samt Timeout mit Neusenden falls keine Antwort, samt Neu-Sync und Neu-Einlesen bei Verbindungsunterbrechung im Sendestream.
    Das muss ntl auf deine Bedürfnisse angepasst und erweitert werden.
    Gleichzeitiges Senden wird durch den Handshake unterbunden, der aber noch ein Timeout zulässt, trotzdem könnte man noch zusätzlich ein Token einführen, welches nach einer gewissen Zeit verfällt bzw. automatisch an den Master zurückgeht (wie im Token Ring).
    Funktioniert bei mir zwischen Arduino Due (wegen Multithreading) und Raspi als PC oder alternativ einem 2. Arduino.

    Interesse?

    ps,
    das Neusenden kann einfach über das ack-Byte veranlasst werden (wenn ack=0, dann sofortiges Neusenden, ansonsten bei Bedarf eine neue Nachricht) - das hatte ich ursprünglich auch bei mir mit drin, aber wieder gelöscht, weil es für meine speziellen Zwecke (u.a. Geschwindigkeit im Muxer- plus Remote-Betrieb) überflüssig war.
    ·±≠≡≈³αγελΔΣΩ∞ Schachroboter:www.youtube.com/watch?v=Cv-yzuebC7E Rasenmäher-Robot:www.youtube.com/watch?v=z7mqnaU_9A8

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von White_Fox Beitrag anzeigen
    Hallo allerseits

    Folgende:
    Ich entwerfe momentan ein Kommunikationsprotokoll damit sich ein Laptop und ein Mikrocontroller verstehen. Das Ganze stelle ich mir folgendermaßen vor:

    Ein Telegramm (ich hoffe der Fachterminus ist richtig) besteht aus einem "Kopf" aus vier Bytes und einem Rumpf, der zwischen 0 und 255 Bytes enthält.
    xxxx xxxB | xxxx xxxx | xxxx xxxx | RRRR RRRR

    Bedeutet:
    B - Bestätigungsbit
    R - Anzahl der Bytes im Rumpf
    x - Freie Bits oder weitere Informationen über die Daten im Rumpf, für die eigentliche Kommunikation jedoch hier nicht wichtig
    Ich würde den Aufbau ändern:
    yyyy yyyB | RRRR RRRR | xxxx xxxx | xxxx xxxx | cccc cccc

    y = Telegramm-Typ
    c = CRC

    Hat sich so bei meinen Protokollen bewährt.

    Wenn du die Länge schon am Anfang kennst, weisst du wie gross der Puffer sein muss und wann die CRC kommt.
    Grundsätzlich kann dann der Rumpf auch unterschiedlich lang sein. Wenn du die Rumpflänge nicht kennst, weisst du nicht wo die Längenangabe steht.

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von White_Fox
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    @HaWe:
    Ja, sehr gerne.


    @Peter:
    Die Idee mit den unterschiedlichen Telegrammtypen gefällt mir. Würde andere Schwierigkeiten, die ich mit meinem bisherigen Protokollentwurf noch sehe, lösen.


    Allerdings steh ich immer noch vor der Frage: Wie entwickelt man Algorithmen, wenn es mit zwei simplen Rechenoperationen und einer boolschen Auswertung nicht mehr getan ist?
    Ich denke da an sowas wie das Karnaugh-Veitch-Diagramm und Wertetabellen um boolsche Gleichungen aufzustellen. Gibt es für meine Aufgabe da auch ein Werkzeig? Ich kann mir schwer vorstellen daß Informatiker einfach nur im Kopf lauter If-Abfragen durchexerzieren und irgendwann ein UML da rauspressen. Das erscheint mir viel zu mühselig und...unstrukturiert.

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von White_Fox Beitrag anzeigen
    @HaWe:
    Ja, sehr gerne.
    dann bitteschön:
    hier ist der Basiscode:
    http://www.mindstormsforum.de/viewto...tart=30#p67815

    und hier eine Anwendung zur Fernsteuerung und zum Monitoring (schrittweise runterblättern!):
    http://www.mindstormsforum.de/viewto...&t=8851#p69042
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  6. #6
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    Hallo White_Fox,
    Zitat Zitat von White_Fox Beitrag anzeigen
    Die Idee mit den unterschiedlichen Telegrammtypen gefällt mir. Würde andere Schwierigkeiten, die ich mit meinem bisherigen Protokollentwurf noch sehe, lösen.
    Ich habe so 20 Jahr Protokolle implementiert, sowohl genormte wie auch eigene. Da ist etwas Erfahrung hängen geblieben.

    Zitat Zitat von White_Fox Beitrag anzeigen
    Allerdings steh ich immer noch vor der Frage: Wie entwickelt man Algorithmen, wenn es mit zwei simplen Rechenoperationen und einer boolschen Auswertung nicht mehr getan ist?
    Ich denke da an sowas wie das Karnaugh-Veitch-Diagramm und Wertetabellen um boolsche Gleichungen aufzustellen. Gibt es für meine Aufgabe da auch ein Werkzeig? Ich kann mir schwer vorstellen daß Informatiker einfach nur im Kopf lauter If-Abfragen durchexerzieren und irgendwann ein UML da rauspressen. Das erscheint mir viel zu mühselig und...unstrukturiert.
    Ich habe das immer über State Diagramme gemacht (Zustandsübergangsdiagramm).
    Daraus kann man direkt eine State Machine codieren.
    Diese State Machine habe ich dann direkt als Interrupt-Routine verwendet. Bei jedem Interrupt muss nur ein einzelnes Zeichen verarbeitet werden, Fehler können teilweise direkt erkannt werden und mit dem letzten Zeichen ist auch das ganze Telegramm ausgewertet, schneller gehts nicht.

    Für die Zustandsübergangsdiagramme gibt es mittlerweile auch eine Reihe von Tools:
    https://de.wikipedia.org/wiki/Zustan...ramm#Werkzeuge

    Zudem ist das ganze auch un UML (Zustandsdiagramm (UML)) vorhanden.

    MfG Peter(TOO)
    P.S.
    Ich habe mich zudem immer am OSI-Schichtenmodell orientiert. Wobei man nicht alle 7 Schichten wirklich getrennt implementieren muss, man kann für einfache Protokolle meistens mehrere Schichten zusammenfassen.
    Geändert von Peter(TOO) (29.07.2017 um 18:53 Uhr) Grund: Nachtrag
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von White_Fox
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    Mensch Peter...Zustandsübergangsdiagramme, da hab ich doch schonmal was von gehört. Das scheint mir genau das zu sein nach dem ich suche...

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von White_Fox Beitrag anzeigen
    Mensch Peter...Zustandsübergangsdiagramme, da hab ich doch schonmal was von gehört. Das scheint mir genau das zu sein nach dem ich suche...
    Findest du auch in Datenblättern. Ein kleines einfaches bei den meisten µCs, wenn es um Reset, Sleep usw. geht.

    Ich hatte mal ein recht komplexes für eine Maschine gezeichnet. Waren so 20 bis 30 Seiten. Hatte ich dann bei mir an die Wand geklebt und die Transitions mit farbiger Nähseide markiert. War sonst zu mühsam die Labels immer auf den Blättern zu suchen.
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von White_Fox
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    Ok...ich schätz ich weiß wie ich es (zumindest auf der PC-Seite) angehe. Da gibt es ein prima Entwurfsmuster, um einen Zustandsautomaten zu realisieren, da hatte ich doch unlängst ein klasse Buch in der Hand (Entwurfsmuster von Kopf bis Fuß-äußerst empfehlenswert).

    In Java kann ich das gut machen, aber in C (ich will das ja noch einen Mikrocontroller programmieren) leg ich mir damit die Karten. Na-aber auch das Problem erschlag ich schon irgendwie. Erstmal das Ganze in Java zum Laufen bringen (das wird mit einem ausführlichen Unit-Test eh lang genug dauern...)

    Vielen Dank für eure Anregungen bisher. Ich rolle den Thread wieder auf wenn ich das in C implementiere...

  10. #10
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    Zitat Zitat von White_Fox Beitrag anzeigen
    Ok...ich schätz ich weiß wie ich es (zumindest auf der PC-Seite) angehe. Da gibt es ein prima Entwurfsmuster, um einen Zustandsautomaten zu realisieren, da hatte ich doch unlängst ein klasse Buch in der Hand (Entwurfsmuster von Kopf bis Fuß-äußerst empfehlenswert).
    Wenn du den Automaten gezeichnet hast, kannst praktisch direkt ab der Zeichnung codieren.

    Zuerst gibt es einen grossen Switch mit allen Zuständen.
    In jeden Zustand siehst du dann, welche Bedingung in welchen anderen Zustand wechselt und was zu tun ist.
    Bis du das zusammen, und auch alle Ausnahmen berücksichtigt, hast, musst du am Meisten Nachdenken.

    Das State-Diagramm ist wie eine Flow-Chart, die Codierung ist wirklich nur einen Fleissarbeit.
    Zumindest für mich war das dann der langweilige Teil der Arbeit.
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

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