State Charts

7/25/2019 State Charts

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Andrs Djordjalian Seminario de Sistemas Embebidos

Facultad de Ingeniera de la U.B.A.

Statecharts


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Statecharts Los diagramas de estado son particularmente tiles

para modelar sistemas embebidos porque estossuelen ser reactivos O sea, responden a eventos externos que no necesariamente

tienen orden o periodicidad

En 1987 Harel propone Statecharts, una evolucindel lenguaje clsico de los diagramas de estados D. Harel, Statecharts: A visual formalism for complex systems,

Science of Computer Programming, vol. 8 num. 3, pp. 231274,junio de 1987

Para modelar sistemas medianamente complejos, los

Statecharts son ms compactos y claros que losdiagramas de estados clsicos Principalmente porque incluyenjerarquas yconcurrencia

Forman parte del UML y se usan extensivamente en

herramientas MDD para embebidos


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Bibliografa recomendada

M. Samek, Practical UML

Statecharts in C/C++,Captulo 2 Tambin est disponible

como artculo en lnea deEE Times

Ver en nuestra pgina dematerial de estudio


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Para qu? Samek arranca el

captulo con un

ejemplo: lacalculadora quevena con VisualBasic, que dabaerror si uno tecleaba cosas como 2, -, -, -, =

Argumenta que, de haberla modelado con unamquina de estados antes de sentarse a programar,se podan haber evitado tantos errores

Al final del captulo disea ese modelo usando bastante de la semntica extendida que provee

Statecharts por sobre un diagrama de estados clsico


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Estados y transiciones

Como el diagrama de estados de una mquina de

Mealy, pero usa rectngulos con esquinasredondeadas para los estados y un crculo lleno parael reset Tambin pueden modelar mquinas de Moore, lo vemos ms

adelante

Estados

Reset (Evento de) trigger

(o sea, entrada)

Accin

(o sea, salida)


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Mquinas de estados extendidas

Extendida debido al uso de la variable key_count

Los pseudoestados de decisin son otro agregado a lasemntica clsica de las mquinas de estado que usaStatecharts 3 diapositivas atrs dijimos ms compactos y claros


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Jerarquas

Lo que hicimos fue modelar el comportamientodentro de esperando con una mquina de estados

Este tipo de jerarquizacin permite, en muchoscasos, economizar transiciones, entre otrassimplificaciones que clarifican el diagrama y reducen la cantidad de errores en su

edicin


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Jerarquas

Notar que, en el ejemplo, la transicin que disparacon puls empezar sale de ingresando tiempo O sea que si el sistema est en idle, pulsar empezar no

cambia el estado Al menos en lo que respecta al alcance de este diagrama

El comportamiento en ingresando tiempoprobablemente tambin sea til modelarlo con undiagrama de estados

Podemos ponerlo all adentro o en hoja separada


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En mi microondas, si no se ingres un tiempo y sepresiona empezar, arranca con tiempo = 30s.Cmo podemos modificar el diagrama de arriba paraincorporar ese comportamiento? Pueden suponer que existe una variable tiempo que es

modificada en ingresando tiempo y tomada por el timer cuandoeste arranca

Evalen diferentes maneras de resolverlo Pueden usar sintaxis de C, separando sentencias con ;, y

poner acciones en las transiciones iniciales (o sea, resets)

Pero triggers en los resets no, por qu?

Actividad


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Concurrencia

Las dos sub-mquinas son independientes Salvo la clusula en esperando en los triggers de abajo

Por eso, a la concurrencia comnmente se le dice ortogonalidad


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Acciones Entry y Exit


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Transiciones internas

Notar que son similares a transiciones que empiezan y terminanen el mismo estado, salvo que no se ejecutan las accionesentry y exit

A calentar normalmente se le dice actividad porque es untanto constante


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Transiciones locales y externas

En las externas seejecutan la acciones

exit (porque sale) yentry (porquevuelve a entrar), en laslocales no


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Pseudoestados Son lugares que parecen estados pero no lo son, porque elsistema no puede estar en ellos Sirven para simplificar el diagrama e incorporarle algunas funciones

Tipos:

Inicial (reset) Se indican con un crculo lleno negro

Condicin (ochoice u opcin) Se indican con un diamante, un circulo vaco o uno que contiene una C Lo usamos en la Diapositiva 6

Junturas

Se indican con un punto negro Sirven para juntar o bifurcar transiciones cuando tienen partes en comn

Historia Se indican con un crculo que contiene una H Si se entra en una transicin que termina en este pseudoestado, el prximo

estado pasa a ser el ltimo estado que tena la (sub) mquina en cuestin

Fork /Join Misma notacin y propsito que las transiciones de las redes de Petri Con un forkse abre una transicin para que pueda terminar en estados de

mquinas concurrentes. Join hace lo contrario.

Final Se indica con un crculo que contiene una T


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Ejemplo

Tomado de B.P. Douglass,UML Statecharts,


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Transiciones, con ms detalle Forma general del rtulo de una transicin:

Todos los campos son optativos Las acciones pueden ser salidas hacia el exterior, o eventos que

otra parte del modelo usa como trigger

Tipos de eventos: Seal

La recepcin de una seal (asincrnica) Es el tipo de evento ms comn

Tiempo Se cumpli cierto tiempo desde la llegada al estado Se escribe (ej.) after 200ms o tambin tm(200ms)

Llamada Disparado por otra parte del sistema sincrnicamente (o sea, esa

otra parte del sistema espera hasta que la llamada es atendida)

Cambio Cierta expresin condicional pasa a ser cierta Se indica con when seguido de la expresin

nombre_del_evento(parmetros) [condicin] /acciones


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Transiciones, con ms detalle Forma general del rtulo de una transicin:

La condicin La transicin se dispara slo si esa expresin es verdadera Puede incluir (ej.) in(nombre_de_un_estado), para

condicionar la transicin a que una mquina concurrente conesta est en cierto estado

como vimos en varios de los ejemplos anteriores

Ejemplos evCaenPinos / GenerarRuido() evLlegBola / cantBolas++;print(Lleg) evCaenPinos(n)[n>=10] / MarcarChuza()

/ Inicializar() [cantidad % 10 == 0] after 10ms / InformarTimeout();AbrirPuerta() when cantidad % 10 == 0 / foo++;bar++ Puls_Empezar[in(Puerta_Cerrada)] / Arrancar

nombre_del_evento(parmetros) [condicin] /acciones


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Preguntas

Actividad


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Statechart + requisitos de tiempo

real

B.P.Douglass; Capturing Real-Time

Requirements

Notas con requermientosde temporizacin y de

calidad de servicio (qualityof service o QoS)


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Dibujar el statechart de un dispenser de caf y leche: El dispenser puede estar desactivado (por ejemplo para ser llenado) o

activado, para lo cual se utiliza un pulsador ON/OFF. Estando activado, se sirve caf manteniendo presionando un pulsador

CAF y se detiene ese chorro soltando el pulsador. Lo mismo ocurre con

la leche y su pulsador LECHE. Hacer dos versiones del statechart: una en donde slo pueda servirse unade las bebidas a la vez, otra en donde las dos bebidas puedan servirsesimultneamente.

Dibujar el statechart de un calefactor con termostato:

El dispositivo cuenta con los siguientes pulsadores: ON/OFF,CALENTAR,ESPERAR,TERMOSTATO,TEMP+,TEMP-. ConON/OFF se enciende y apaga. Al ser encendido, entra en un estado

espera.

Cuando el usuario presiona el pulsador CALENTAR, el calefactor calienta. Cuando presiona TERMOSTATO, entra en un estado en donde calienta

slo si la temperatura del ambiente, medida mediante un sensor, es menorque un valor prefijado regulable con los pulsadores TEMP+ yTEMP-.

En el diagrama anterior, agregar otro modo de operacin que se activa alpresionar un pulsador SLEEP. En este nuevo modo, el calefactor calientadurante 10 minutos y vuelve al estado espera.

Actividades


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Cmo codificar un Statechart? Una posibilidad es crear un gran switch case,

donde cada estado corresponda a un case


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Cmo codificar un Statechart?

B.P. Douglass, State Machines and Statecharts,


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Cmo codificar un Statechart? El programa puede ser un ciclo infinito conteniendo

ese switch case Para implementar:

Concurrencia: varios switch case en secuencia Jerarquas: switch case anidados

El problema es que eso va a ocupar al 100% al procesador porms que no tenga nada real que hacer porque an no lleganestmulos

En ciencias de la computacin, esta condicin se llama busy wait Igualmente, para ciertas aplicaciones es una solucin aceptable

En otras, el consumo que esto conlleva no lo es

Si el procesador tiene otro cdigo de qu ocuparse

tambin, puede ir despus del switch case,dentro del ciclo infinito Esto modera el problema del busy wait, pero puede atentar

contra el cumplimiento de requerimientos de tiempo real


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Idea Poner al procesador en modo sleep despus del

switch case? Sleep es un modo de bajo consumo donde el microcontrolador

no procesa instrucciones pero s funcionan sus perifricos y escapaz de detectar interrupciones Los microcontroladores normalmente ofrecen varios de estos

modos, que se diferencian por las funciones que permanecenactivadas y el retardo en volver al modo de ejecucin normal

Si se puede, se hace que del modo sleep salga al detectar elestmulo que acta de triggeren la mquina de estados Si no se puede, consideremos ponerlo x tiempo (usando un timer),

siempre que no comprometa los requerimientos de tiempo real


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Maneras ms avanzadas de

codificarlo En lugar de case para cada estado (hardcodeado),

poner los datos del Statechart en un arrayy usar

una librera Tengan en cuenta que se pueden guardar punteros a funciones

que contengan las condiciones y las acciones Si el switch case quedaba intrincado, esto puede

simplificarlo

Adems, la librera puede proveer funciones avanzadas pararesolver el tema del busy wait

El libro de Samek presenta una librera as

Programar el Statechart bajo un RTOS

Usar una herramienta MDD Como IBM Rational Rhapsody o el Real-Time Workshop para

Simulink de Mathworks Funcionan con varios RTOS populares


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Documents

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