Beispiele und Notizen 13.6.2022

20220613/bs-20220613.tex

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   Wertvolle Ressourcen
   \begin{itemize}
     \item
-      Fähigkeiten einer Raumsonde optimieren
-      % (Marsumlaufbahn: ab ca.~127\,000 Euro pro kg)
+      Fähigkeiten einer Raumsonde optimieren\\
+      (Marsumlaufbahn:\\ab ca.~127\,000 Euro pro kg)
       % 70000000 / 550000 = 127._27
       % http://www.bernd-leitenberger.de/blog/2009/09/29/reduktion-der-kosten-von-planetenmissionen/
-      \only<.(1)>{\\[\bigskipamount]\strut\hfill\makebox(0,0)[r]{\includegraphics[height=3.5cm]{curiosity.jpg}}\vspace*{-1cm}}
+      \only<.(1)>{\\[\bigskipamount]\strut\hfill\makebox(0,0)[r]{\vspace*{1cm}\includegraphics[height=3.5cm]{curiosity.jpg}}\vspace*{-1cm}}
     \pause
     \item
       Implantat: Platz- und Stromverbrauch minimieren

20220613/bs-20220613.txt

+Wertebereiche von Bitfeldern, 13.06.2022, 11:58:01
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Syntax:
+
+ struct {
+                unsigned LEDsR:3;
+                unsigned LEDsL:3;
+                unsigned reserved:2;
+        };
+
+LEDsR ist ein vorzeichenloses Bit-Feld, bestehend aus 3 Bits.
+Wertebereich: 0 bis 7
+
+Dasselbe als vorzeichenbehaftetes Bit-Feld:
+
+ struct {
+                int LEDsR:3;
+                int LEDsL:3;
+                int reserved:2;
+        };
+
+Wertebereich bei 3 Bit: -4 bis 3
+
+Warum?
+
+ * 3 Bits --> Wir haben 8 Werte zur Verfügung.
+
+ * Welche wir als positiv und welche als negativ interpretieren,
+   ist Sache der Konvention.
+
+   Damit die Hardware mit den Zahlen effizient rechnen kann,
+   verwenden wir kein Offset, sondern behalten das Bitmuster
+   000 für den Wert 0, 001 für 1 usw.
+                                             000 001 010 011 100 101 110 111
+    - alle positiv --> vorzeichenlose Zahl    0   1   2   3   4   5   6   7
+    - -1 bis 6                                0   1   2   3   4   5   6  -1
+    - -2 bis 5                                0   1   2   3   4   5  -2  -1
+    - ...
+    - -7 bis 0                                0  -7  -6  -5  -4  -3  -2  -1
+
+   In Hardware implementierte Konvention: MSB = Vorzeichen-Bit
+   Vorteil: Die Hardware erkennt anhand des MSB das Vorzeichen.
+
+                                             000 001 010 011 100 101 110 111
+                                              0   1   2   3  -4  -3  -2  -1
+
+Aufgabe: Welchen Wertebereich hat eine vorzeichenbehaftete 1-Bit-Zahl?
+
+Lösung (per Mehrheitsbeschluß;-): 0 und -1
+
+Überprüfung (unions-03.c): Stimmt. :-)
+
+Begründung: Das einzige Bit ist gleichzeitig das MSB.
+            Wenn es gesetzt ist, muß der Wert negativ interpretiert werden.
+            Dann sind alle Bits = 1, was der Zahl -1 entspricht.
+
+Was ist ein Callback? 13.06.2022, 13:15:47
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Ziel: Reaktion auf ein Ereignis
+Beispiel: Ereignis: Bumper hat Hindernis erkannt. Reaktion: Anhalten.
+
+Weg dorthin: Bibliothek stellt einen "Callback"-Mechanismus zur Verfügung.
+
+Wir schreiben für die Reaktion eine Funktion. Hier z.B.: anhalten und blinken
+
+  void bumpersStateChanged(void)
+  {       
+          if(bumper_left || bumper_right)
+          {
+                  moveAtSpeed(0,0);
+                  setLEDs(0b010000);
+                  startStopwatch1();
+          }
+  }  
+
+Vor dem Losfahren teilen wir der Bibliothek mit, daß sie diese Funktion
+aufrufen soll, wenn das Ereignis (hier: Bumper löst aus) eintritt.
+
+  BUMPERS_setStateChangedHandler(bumpersStateChanged);
+
+"Wenn sich der Zustand der Bumper ändert,
+bitte die Funktion bumpersStateChanged() aufrufen."
+
+Später läuft dann die Hauptschleife der Bibliothek.
+Diese ruft dann bei Bedarf die übergebene Funktion
+("Callback-Funktion") auf.
+
+Variante dieses Konzepts: virtuelle Methode überschreiben
+
+Beispiel: GUI-Bibliothek
+Ein GUI-Element hat eine virtuelle Methode, um seinen Inhalt darzustellen.
+Wenn ich ein neues GUI-Element definiere, muß ich diese Methode überschreiben,
+damit es seinen spezifischen Inhalt darstellen kann.
+
+Die GUI ruft dann bei Bedarf die virtuelle Methode auf ("Callback").
+
+Beispiel: GUI-Bibliothek
+ - GTK in C: Callback-Funktion installieren
+ - GTK in C++: virtuelle Methode überschreiben
+
+Wie funktionieren Callbacks? 13.06.2022, 13:14:34
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+// Bumpers State changed handler:
+
+    void BUMPERS_stateChanged_DUMMY(void){}
+    static void (*BUMPERS_stateChangedHandler)(void) = BUMPERS_stateChanged_DUMMY;
+    /**
+     * Use this function to set the Bumpers state change handler.
+     *
+     */
+    void BUMPERS_setStateChangedHandler(void (*bumperHandler)(void))
+    {       
+            BUMPERS_stateChangedHandler = bumperHandler;
+    }
+
+Callback installieren: Funktion BUMPERS_setStateChangedHandler()
+
+Parameter der Funktion: void (*bumperHandler)(void)
+    "Funktion mit dem Namen '(*bumperHandler)'"
+  --> *bumerHandler ist eine Funktion.
+  --> Das, worauf bumerHandler zeigt, ist eine Funktion.
+  --> bumerHandler ist ein Zeiger auf eine Funktion.
+
+Aufruf von BUMPERS_setStateChangedHandler:
+
+    BUMPERS_setStateChangedHandler(bumpersStateChanged);
+
+  Wir übergeben die Adresse der Funktion bumpersStateChanged().
+  Insbesondere rufen wir die Funktion bumpersStateChanged() nicht auf.
+  (Um sie aufzurufen, bräuchte man das Klammerpaar.)
+
+BUMPERS_setStateChangedHandler() merkt sich den Funktionszeiger
+auf einer globalen Variablen BUMPERS_stateChangedHandler gleichen Typs.
+
+Diese Variable, ein Zeiger auf eine Funktion, zeigte vorher auf eine
+Funktion BUMPERS_stateChanged_DUMMY, die nichts macht.
+
+Aber wer ruft nun tatsächlich die Callback-Funktion auf?
+
+Dies geschieht in der Funktion task_Bumpers().
+Diese Funktion
+ - schaut auf die Uhr: Sie wird höchstens alle 50 Millisekunden aktiv (weiche Echtzeit).
+ - fragt den Zustand der Bumper ab.
+ - ruft, sofern sich der Zustand der Bumper geändert hat, die Callback-Funktion auf.
+
+Verbleibende Fragen:
+ - Wie funktioniert die Abfrage des Zustands der Bumper?
+ - Wer ruft task_Bumpers() auf?
+
+Wie funktioniert die Abfrage des Zustands der Bumper?
+ - Der linke Bumper und LED Nr. 6 teilen sich einen Port
+   (Bumper als Input, LED als Output).
+ - Wir schalten LED Nr. 6 aus.
+ - Wir schalten den Port als Input.
+ - Wir warten einen Taktzyklus, damit der Prozessor den Input auslesen kann.
+ - Wir lesen den Input-Port.
+ - Sofern LED Nr. 6 leuchten soll, schalten wir den Port zurück auf Output
+   und die LED ein.
+
+Wer ruft task_Bumpers() auf?
+ - task_RP6System() ruft task_Bumpers() auf.
+ - Das Hauptprogramm ruft in seiner Hauptschleife task_RP6System() auf
+   ("kooperatives Multitasking").
+   Ohne dies würden die Bumper nicht funktionieren.

20220613/unions-03.c

+#include <stdio.h>
+#include <stdint.h>
+
+typedef union
+{
+  uint8_t byte;
+  struct
+  {
+    unsigned bit0 : 1;
+    unsigned bit1 : 1;
+    int bit2 : 1;
+    int bit3 : 1;
+  };
+} data;
+
+int main (void)
+{
+  data d;
+  d.byte = 0x0a;
+  printf ("d.bit0 = %d, d.bit1 = %d, d.bit2 = %d, d.bit3 = %d\n",
+          d.bit0, d.bit1, d.bit2, d.bit3);
+  return 0;
+}