Programmierung mit NQC: Kommunikation zwischen zwei RCX

Transkript

1 Programmierung mit NQC: Kommunikation zwischen zwei RCX Martin Schmidt

2 Master-Slave-Betrieb mit 2 RCX Systeme mit 2 RCX sind leichter zu handhaben, wenn ein RCX die Kontrolle über alles behält ( Master = Meister) und ein RCX sich vom anderen alles befehlen lässt ( Slave = Sklave) Der Slave ist im Prinzip nur eine Erweiterung der Sensor-Eingänge und Motor-Ausgänge des Masters Austausch von Informationen geschieht mit Messages (= Botschaften) über die Infrarot- Schnittstelle

3 Parallele Kommunikation Alle Datenbits werden gleichzeitig auf getrennten Leitungen übertragen

4 Serielle Kommunikation (1) Alle Datenbits werden nacheinander auf einer einzigen Leitung übertragen

5 Serielle Kommunikation (2) Serielle Kommunikation ist nötig, wenn nur eine Leitung zwischen den Teilnehmern zur Verfügung steht (die Infrarotstrecke ist auch nur eine Leitung ) Alle Informationsbits werden nacheinander gesendet, das niederwertigste (LSB) zuerst Zur Erkennung von Anfang und Ende einer Übertragung werden Start- und Stopbits übertragen Zur Erkennung von Übertragungsfehlern wird ein Paritätsbit übertragen

6 Serielle Kommunikation (3) Aufbau eines Bytes auf der seriellen Schnittstelle: (Beispiel: 0xB ) Start Bit 0 Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Bit 5 Bit 6 Bit 7 Parity Stop Abtastzeitpunkte Aufbau eines Bytes auf der Infrarot-Schnittstelle: Start Bit 0 Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Bit 5 Bit 6 Bit 7 Parity Stop Jedes rote Kästchen entspricht einem Impuls Infrarotlicht, mit 38 khz moduliert.

7 Serielle Kommunikation (4) Infrarotlicht wird mit 38 khz moduliert, um Schwankungen im Umgebungslicht zu unterdrücken Übertragungsgeschwindigkeit: 2400 Bit/s (2400 Baud) Datenformat: 8O1 Startbit, 8 Datenbits, ungerade Parität, 1 Stopbit Ungerade Parität ( odd parity ): Alle Datenbits + Paritätsbit ergeben eine ungerade Anzahl von Einsen (erlaubt Erkennung von Bit-Übertragungsfehlern) Übertragungszeit: µs für 1 Bit, ms für 1 Byte (1 Bit), ms für 1 Message (= 9 Bytes)

8 Serielle Kommunikation (5) Warum muss das Infrarotlicht moduliert werden? Umgebungslicht Umgebungslicht + einfaches Infrarotlicht Umgebungslicht + moduliertes Infrarotlicht Empfänger

9 Kommunikation zwischen zwei RCX Eine Message (= Botschaft) ist eine Nachricht von einem RCX zum anderen Gleichzeitiges Senden und Empfangen ist nicht möglich Vorteil: Keine Fehl-Interpretation der eigenen Messages Nachteil: Messages von der anderen Seite können verloren gehen, wenn man gleichzeitig selbst sendet Schon 1 falsch empfangenes Bit führt dazu, dass der Empfänger das ganze Message-Datenpaket verwirft Vorteil: Nur garantiert richtige Messages werden ausgewertet Nachteil: Fehlerhafte Messages werden nicht repariert Nachteil: Der Empfänger merkt nicht einmal, dass eine Message für ihn angekommen ist

10 Messages senden mit NQC 1 Informations-Byte x wird übertragen mit dem Befehl SendMessage (x); Das Betriebssystem (die Firmware) baut um das zu sendende Byte ein Datenpaket aus 9 Bytes, um es gegen Übertragungsfehler stärker zu schützen Der sendende RCX rechnet nach dem Befehl SendMessage gleich weiter, das Datenpaket wird im Hintergrund vom Betriebssystem übertragen. Wenn bereits andere Datenpakete übertragen werden, während man SendMessage() aufruft, wird das nächste Datenpaket vom Betriebssystem in der Sende-Warteschlange hinten angereiht.

11 Messages empfangen mit NQC 1 Informations-Byte x wird empfangen mit den Befehlen ClearMessage (); until (Message ()!); x = Message (); Messages müssen > 0 sein, damit sie erkannt werden. Damit stehen effektiv 255 verschiedene Messages ( x01.. 0xFF) zur Verfügung Der empfangende RCX reagiert erst 100 ms (10 Ticks) nachdem der Sender die Message abgeschickt hat

12 Zeitverhalten Beispiel für das Zeitverhalten beim Austausch von Messages: OnFwd (OUT_A); Off (OUT_A); SendMessage (0xB7); OnFwd (OUT_A); Off (OUT_A); 100 ms 41 ms 3 ms 3 ms 6 ms 3 ms Master: OUT_A Infrarot-Message Slave: OUT_A (Abbildung ist nicht maßstäblich)

13 Datenpaket-Format Jede Message, die ein Datenbyte als Nutzlast transportiert, besteht aus 9 Bytes: 1. 0x xFF 3. 0x xF7 5. 0x08 6. Datenbyte 7. Datenbyte XOR 0xFF 8. Prüfsumme 9. Prüfsumme XOR 0xFF Dieses Byte ist unsere Message! Alle Bytes (außer dem einleitenden 0x55) werden mit ihrem Komplement (Byte XOR 0xFF) gesendet, um die Übertragungssicherheit zu erhöhen

14 Datenkollision und Wartezeiten (1) Der Master wartet 90 ms (9 Ticks) zwischen dem Absenden einer Message und der Wiederholung, damit eine gleichzeitig vom Slave gesendete Message nicht mit beiden Messages des Masters kollidieren kann. 90 ms 41 ms 49 ms Master Slave 41 ms

15 Datenkollision und Wartezeiten (2) Der Slave darf seine Message erst nach 190 ms (19 Ticks) wiederholen, sonst könnten wieder beide Messages des Masters mit beiden Messages des Slaves kollidieren. 131 ms 90 ms 41 ms 49 ms Master Slave 41 ms 149 ms 190 ms

16 Einschränkungen Doppelte Bitfehler in einem Byte werden vom Paritätsbit nicht geschützt (aber vom Komplement-Byte und der Prüfsumme) Selbst bei Wiederholung der Messages wird der Verlust beider Messages (durch Bitfehler oder Datenkollision) nicht erkannt Der Slave wird durch die große Wiederholungszeit lange vom neuen Lesen der Sensoren abgehalten Alternative: Auf Wiederholung verzichten

17 Störung der Übertragung Verschiedene Elektrogeräte benutzen Infrarot-Übertragung mit 38 khz: Fernbedienungen (Fernseher, Stereo-Anlage, ) Drahtlose Kopfhörer Eure Gegner beim RoboCup ;-) Andere Geräte erzeugen störendes Licht mit 38 khz: Energiesparlampen Lichtschranken Computer-Röhrenmonitore (abhängig von den Einstellungen an der Grafikkarte)! Abhilfe: Abschirmung der Übertragungsstrecke gegen Fremdlicht Übertragung mit 76 khz (hilft auch nicht überall)

18 Erweiterungsmöglichkeiten Erhöhung der Datenrate auf 4800 Baud Aufbau eines Datenprotokolls mit Quittierung der Datenpakete und Wiederholung bei Übertragungsfehlern Vorteil: Jedes Datenpaket kommt beim Empfänger an Nachteil: Hoher Software-Aufwand Nachteil: Übertragungszeit und Rechenzeit für Quittung und Wiederholung halten den Roboter von seinen eigentlichen Aufgaben ab (sollte besser auf einem anderen RCX-Betriebssystem eingesetzt werden)

19 noch Fragen?