Máquina de estados: Librería FSM

system · October 18, 2011, 9:34am

Hola,

He creado una librería para programar en forma de maquina de estados, buscando que sea de la forma más sencilla posible para Arduino.
Usar maquina de estados, es una forma de razonar un problema de computación, que se puede emplear en multitud de casos como control de un interfaz gráfico (lcd), protocolos, etc.
La gran ventaja, es que puedes modificar el flujo de tu programa o añadir más estados sin tener que reescribir código y de una manera bastante sencilla.

Me la he creado para mi uso personal, pero la pongo por aquí por si alguien lo encuentra útil. Es una versión "beta".
He escrito un pequeño documento descriptivo (adjunto con este mensaje=FSMv3.pdf).

Adjunto dos ejemplos, que muchas veces he visto preguntar en el foro:

FSM_v5: Es un programa que espera recibir por el puerto serie un número enviado desde el PC dentro de una "trama" sencilla. El número debe ser enviado entre SxxxxE, donde S es de start y E de end. xxxx es un número (unsigned long). Una vez recibido, vuelve a sacar por serie el número recibido.
FSM_v6: Es un programa que cronometra desde que se recibe una S(start) por puerto serie hasta que se recibe una E (end). Al recibir dicho comando para parar el cronómetro, saca por serie el resultado.

La librería (FSM.zip) se ha de guardar dentro de la carpeta de arduino (libraries).

Saludos y espero que le encontreis utilidad.

]
Igor R.

FSMv3.pdf (103 KB)

examples_FSM.zip (12.6 KB)

FSM.zip (1.75 KB)

curro92 · October 18, 2011, 10:10am

Gracias, Igor

El programar analizando la situación según un número finito de estados es una forma muy interesante de abordar los problemas. A mí que me he acostumbrado (viciado) a programar secuencialmente (if() else()) me cuesta bastante cambiar el chip y entrar en ese otro modo pensar, pero probaré algún ejemplo que has puesto.

system · October 18, 2011, 10:16am

Si, pero ya verás que cuando pruebas resolver algún programa de esta manera, en muchas ocasiones que te facilita la vida muchísimo!! Resulta más fácil de hacerlo así....

Un ejemplo concreto, es si quieres controlar un menu en un lcd.... Si lo piensas de esta manera, es mucho más sencillo de abordar y si quieres hacer una modificación, no tienes que "parchear" todo tu código anterior....

Ya me direís si alguien prueba la librería....

system · October 18, 2011, 10:23am

Esto es SUPERIOR. Gracias Igor

...acostumbrado (viciado) a programar secuencialmente (if() else()) me cuesta bastante cambiar el chip

Unete me uno al club @curro92

system · October 18, 2011, 10:34am

máquinas de estados se pueden abordar multitud de problemas, es lo que más se utiliza en automatización industrial.
otro de los ejemplos basicos que se se puede utilizar es para

no he podido mirarlo aun pero como todo lo que desarrolla Igor será un trabajo excepcional

3 HURRAS POR IGOR ¡¡¡

fmalpartida · October 18, 2011, 12:56pm

Igor eres un crack, este finde tenía pensado escribir una para el MMI de un controlador de una cámara climática y es muy posible que tu librería cumpla con lo que necesito. Ya os contare si me decanto por estos derroteros. Muchas gracias por tu contribución. Publica la en el playground que seguro que la usa la gente!

system · October 18, 2011, 1:11pm

Yo la he creado para una cosilla que estoy haciendo, ya que andaba hace tiempo con ganas de crearme algo genérico.
Resulta bastante sencillo, ya que sólo hay que crearse una tabla de estados (en forma de dos estructuras que se guardan en memoria de programa). Te deja bastante flexibilidad y si necesitas modificar el flujo de tu programa o añadir nuevas cosas, no necesitas reescribrir el código.

Ya me contaréis si la usáis...De momento está en versión "beta", por eso sólo la he publicado por aquí. En paralelo la estoy usando en un proyecto, pero he creído que a lo mejor podría ser de utilidad.

Jacinto54 · October 18, 2011, 1:27pm

Hola Igor

Como no sigo rigurosamente los temas de debate, y el lector de RSS no me habia avisado de este hilo no lo he visto hasta ahora.

Interesante tu planteamiento y lamento no haber tenido conocimiento de el hace un par de semanas, me habria ahorrado algo de trabajo, ya que he tenido que hacer algo similar para gestionar una lavadora que tiene averiada la tarjeta de control y la tengo substituida con un Arduino.

Tu planteamiento es similar al usado en PLCs para control de procesos.

system · October 19, 2011, 2:16pm

Me he mirado el pdf porque no me da tiempo de echarle un ojo a todo, esta noche si puedo me lo miro. Por lo que he visto en el pdf, y para acabar de dar la vuelta a la rosca, te aconsejo que añadas funciones en las transiciones (no solo en los estados). Esto simplifica las máquinas y las hace más eficaces (no tienes que añadir tantos estados inutiles). A parte, he visto que guardas las cosas en la memoria de programa en vez de en la RAM. La mayoria de las veces, es la memoria del programa la que va justa, y la RAM suele ir más suelta (básicamente porque es más barata para los fabricantes de chips).

Como colofón, estaría bien aprovechar que puedes usar C++ para Arduino convirtiendo las máquinas en objetos. De este modo es mucho más simple instanciarlos, y así crear todas las máquinas de estados que necesites.

system · October 19, 2011, 2:56pm

Que micro usas tu que tiene mas Ram que Flash de programa?? La SRAM es la que es menor que la flash de programa (2kb versus 32 kb)

Acerca funciones en las transiciones, estoy de acuerdo con lo que dices. Tambien se podria anyadir funciones a la entrada, durante estado activo y a la salida del estado.... Pero claro, todo esto complica la programacion.
Para hacerlo en plan objetos existen ya cosas.... por ejemplo smc te crea las clases y tal... http://smc.sourceforge.net/
Tambien hay QP para Arduino....

Mi objetivo era tener algo mucho mas basico que todo eso. Una simple lookup table de transiciones de estados con las funciones a ejecutar.

Saludos y gracias por las sugerencias.

Nota.- estoy en ordenador ingles y no tengo ni acentos ni enyes.

system · October 19, 2011, 3:04pm

Buen trabajo Igor!!

Ahora que lo comentas hace tiempo que tengo ganas de incarle el diente a QP

Has hecho algo con QP¿

fmalpartida · October 19, 2011, 3:49pm

Alternativa, implementar el patrón state machine. Pero tal y como esta articulado tiene buena pintan. Añadir callback en las transiciones seria lo ideal pero: una maquina de Mealy siempre se puede modelar con una de Moore y viceversa.

Una vez mas, me parece un librería muy flexible tal y como esta.

system · October 19, 2011, 9:57pm

Ouch, me lié, pensaba que era memoria EEPROM, vaya pajarada

system · October 20, 2011, 10:36am

No pasa nada....

jnogues · October 20, 2011, 11:39am

Hola a todos. Alguno podría indicarme si la máquina de estados es mas potente que el Grafcet.
Este último lo conozco, pero de la FSM no tengo ni idea. Ademas buscando por google para documentarme
tampoco he aclarado que es mejor si Mealy o Moore.

Bueno, gracias por adelantado.

Jaume
Barcelona

LuisAntonio · October 20, 2011, 12:44pm

ole!

system · October 20, 2011, 12:46pm

Tengo un link que explica ambos, (en ingles)

Es sobre un microondas y se ve las diferencias de ambos.
Cual es mejor? la moraleja de este documento dice que ninguno pero ambos juntos.

system · October 20, 2011, 12:55pm

A nivel de cómputo son igual de potentes.

Si quereís demostración matemática, la teoría de automatas dice:

Si no os quereís leer el rollo, al final:
Una maquina mealy es equivalente a una Moore y viceversa.

Al final, la elección entre un tipo de diseño Moore o Mealy es más bien a qué esté acostumbrado el desarrollador. Si:
Para ti una transición entre estados implica un cambio en la salida. Elige Mealy

Para ti un estado implica una salida . Elige Moore.

Saludos,
Aritz R

system · October 22, 2011, 10:53am

Acabo de hacerme un programita rápido usando mi librería FSM. Se trata de medir el tiempo de 0 a 100 kph en el coche, recogiendo la velocidad del bus CAN.... un quema embragues!!

Es un todo en uno!!

Tiene como utilizar filtros hardware para el bus CAN con nuestra librería.
Como ir cambiando de menus en el LCD según eventos
Programación mediante Máquina de estados.

El programa es tán sencillo como:

// -------------------------------------------------------------------------------------
// SECUduino: Chrono 0 to 100 kph
// By Igor Real
// 22/10/2011
// -------------------------------------------------------------------------------------

#include <FSM.h>
#include <LiquidCrystal.h>
#include <CAN.h>
#include "myStates.h"

#define delayShowData  7000

//VARIABLES
unsigned char myEvent;
char myByteRec;
unsigned long my0to100;
unsigned long t0;
unsigned long t_prev;
float Speed;
char bUpdateLCD;

LiquidCrystal LCD(13,12, 11, 10, 9, 8, 7);

void setup()
{
  
  LCD.begin(20,4);
  bUpdateLCD=1;
  
  CAN.begin(100);
  uint16_t  Filters[6];
  uint16_t Masks[2];
  Masks[0]=0x3FF;
  Masks[1]=0x3FF;
  Filters[0]=0x351;  //Buffer0
  Filters[2]=0x351;  //Buffer1
  CAN.SetFilters(Filters,Masks);  //Only messages with ID=0x351 are allowed in both Rx buffers
  
  FSM.begin(FSM_NextState,nStateMachine,FSM_State,nStateFcn,STATE1);
}

void loop()
{
  ReadEvents();
  FSM.Update();
}


void ReadEvents(void)
{
  
  if (CAN.CheckNew() )
  {
    CAN.ReadFromDevice(&CAN_RxMsg);
    Speed=0.005*(256*CAN_RxMsg.data[2]+CAN_RxMsg.data[1]);
    LCD.setCursor(0,1);
    LCD.print("Speed= ");
    LCD.print((int)Speed);
  }
  
  if (Speed<=0){
    FSM.AddEvent(EV_Stop);
  }else if (Speed>=100){
    FSM.AddEvent(EV_100);
  }else if ( (Speed>0) && (Speed<100) ){
    FSM.AddEvent(EV_Start);
    bUpdateLCD=1;
  }
  
}

void func1(void)
{
  if (bUpdateLCD)
  {  
    LCD.clear();
    LCD.setCursor(0,0);
    LCD.print("  *- SECUduino -*");
  
    LCD.setCursor(0,2);
    LCD.print("State 1");
    
    bUpdateLCD=0;
  }
}

void func2(void)
{
  t0=millis();
  LCD.setCursor(0,2);
  LCD.print("State 2");
  FSM.AddEvent(0);
}

void func3(void)
{
  LCD.setCursor(0,2);
  LCD.print("State 3");
}

void func4(void)
{
  my0to100=millis()-t0;
  t_prev=millis();
  LCD.setCursor(0,2);
  LCD.print("State 4");
  
  LCD.setCursor(0,3);
  LCD.print((float)my0to100/(float)1000.0);
  LCD.print(" s");
  
  while(millis()-t_prev<=delayShowData);
  FSM.AddEvent(EV_Wait);  
}

Las estructuras usadas son:

const FSMClass::FSM_State_t FSM_State[] PROGMEM= {
// STATE,STATE_FUNC
{STATE1,func1},
{STATE2,func2},
{STATE3,func3},
{STATE4,func4},
};

const FSMClass::FSM_NextState_t FSM_NextState[] PROGMEM= {
// STATE,EVENT,NEXT_STATE
{STATE1,EV_Start,STATE2},
{STATE2,0,STATE3},
{STATE3,EV_100,STATE4},
{STATE3,EV_Stop,STATE1},
{STATE4,EV_Wait,STATE1},
};

Cuando vaya al coche, grabaré otro video....

]

Gixxer · October 22, 2011, 1:50pm

menuda aceleracion Igor !! hahaha
como te dije ya implemente la funcion 0 a 100 pero sin estados y me funciono de maravilla, pero creo que con tu codigo es tambien muy claro.
me sirve de mucho el ejemplo, sobre todo para el tema de mascaras.
a ver si encuentro tiempo y lo pruebo.
genial trabajo Igor.

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