Módulo de Controle Robótico

O Módulo de Controle Robótico (MCR) é o software responsável pelo controle do hardware do robô. O MCR fornece uma interface serial (UART) capaz de receber pacotes de mensagens com os comandos robóticos relacionados ao hardware. O módulo então executa os comandos, quando possível, e retorna pacotes que representam as respostas aos comandos.

Os comandos aceitos pelo MCR pertencem a três categorias: comandos de baixo nível, comandos de alto nível e comandos de slots.

Os comandos de baixo nível são aqueles relacionados diretamente ao hardware do robô, ou seja, permitem a leitura e escrita nos periféricos fixos ao robô, tais como o acionamento individual dos motores e a leitura direta dos sensores.

Os comandos de alto nível são comandos construídos pela composição de comandos de baixo nível, e são disponibilizados para facilitar as tarefas cotidianas mais complexas. Por e- xemplo, o comando para fazer com que o robô realize uma curva exige a coordenação dos quatro servos-motores do robô. Cada servo-motor é utilizado para virar cada uma das quatro rodas do robô. Desta forma, o comando de alto nível utilizado para virar o robô como um to- do é construído com base nos comandos de baixo nível que virar cada um dos 4 servos- motores de forma sincronizada.

Os comandos de slots são utilizados para a comunicação com os periféricos que por ven- tura estejam conectados ao robô. Estes são comandos genéricos que permitem a identificação do periférico opcional e também o envio de pacotes de mensagens a eles. A semântica dos pacotes enviados a um determinado slot depende do periférico a ele conectado.

A Figura 4 , mostra o MCR e seus sub-módulos. Este módulo está dividido em duas ca- madas: a camada de controle e a camada de abstração do hardware, ou Hardware Abstract

Figura 4: Módulo de Controle Robótico e seus sub-módulos [01]

As setas cheias indicam as dependências entre os sub-módulos. As setas pontilhadas indicam fluxos de dados.

A camada de controle é logicamente ligada, e dependente, dos comandos implementados pelo MCR. Sua função é a de receber os pacotes contendo os comandos, decodificar os comandos e seus parâmetros, gerenciar a execução dos comandos, receber e serializar suas respostas trans- formá-las em pacotes e enviá-las de volta pela interface serial.

A camada de abstração do hardware (HAL) conhece os periféricos do robô, sabendo os ports e pinos pelos quais são acessados, seus modelos e seus comandos de controle.

A divisão do MCR em duas camadas permite que a implementação de um novo comando ro- bótico que utilize o hardware corrente do robô seja feita modificando apenas a camada de contro- le. Da mesma forma, a mudança da forma de acesso a um periférico robótico pode ser realizada modificando apenas o software da HAL. Também, a substituição de um periférico por outro que possua a mesma semântica (sirva para o mesmo fim) pode ser realizada modificando apenas a HAL.

Além de uma instância da biblioteca de comunicação, IComm, utilizada para a comunicação serial do módulo, o MCR é composto pelos sub-módulos descritos a seguir.

3.1.2.1. ExecutionManager

Este sub-módulo recebe os pacotes provenientes da interface serial, decodificá-los, verifica se o comando é válido e, se for o caso, executa-o. Em seguida lê sua resposta, empacota-a e envia o pacote de volta pela serial, mantendo a associação da resposta com o comando pedido.

Para cada comando aceito pelo MCR é criada uma função específica que o executa. Esta fun- ção conhece os parâmetros do comando e seus respectivos tipos, assim como os valores de retor- no e seus tipos. Cada uma destas funções decodifica os parâmetros do pacote, chama uma função que implementa o comando no sub-módulo Commmands e por último serializa os valores de re- torno.

Quando um comando é recebido ele é executado sincronamente. Desta forma, enquanto a função que realmente implementa o comando (situada em Command) não retornar, nenhum outro comando será executado. Esta limitação faz com que o robô não atenda a nenhum outro comando enquanto não houver finalizado o comando que estiver sendo executado.

A seguir é mostrado o algoritmo para o fluxo principal do módulo.

1. Espera chegar um novo comando pelo módulo 'IComm'; 2. Verifica se é um comando válido.

3. Se o comando não for válido, retorna uma mensagem de comando-inválido para 'IComm' e volta ao passo (1).

4. Verifica se o comando pode ser executado.

5. Se o comando não puder ser executado, retorna uma mensagem de “comando-não-pode- ser-executado” para IComm e volta ao passo (1).

6. Chama a função de 'Command' que executa o comando. 7. Informa o resultado da execução do comando para 'IComm'.

3.1.2.2. Commands

O sub-módulo Command implementa todos os possíveis comandos aceitos pelo MCR. Para isso, as funções deste sub-módulo utilizam-se das funções implementadas na camada HAL, como mostrado na Figura 4: Módulo de Controle Robótico e seus sub-módulos [01].

Note que o sub-módulo ExecutionManager conhece apenas o módulo Commands e este, por sua vez, é o único que tem acesso ao HAL. Esta imposição de dependência é feita para que mu- danças na natureza dos comandos com ganchos (hooks) ou verificações de permissão de execu- ção possam facilmente ser implementadas no sub-módulo Commands sem alteração em nenhum outro sub-módulo.

As funções exportadas pela interface deste sub-módulo apresenta uma relação de “um para um” com os comandos exportados pelo MCR. Ou seja, com os comandos de baixo e alto nível e os comandos de slots do protocolo externo do robô. O AP C.1.2 mostra a interface deste sub- módulo.

3.1.2.3. Motor

Este sub-módulo implementa todas as funções associadas aos motores do robô. Estas funções são específicas para cada modelo e funcionalidade de cada um dos motores existentes no robô. As funções exportadas por este sub-módulo abstraem os detalhes técnicos específicos dos moto- res, concentrando-se na semântica que cada motor possa ter na composição do robô. O AP C.1.2.1 mostra a interface deste sub-módulo.

3.1.2.4. Sensor

Este sub-módulo implementa as funções associadas à leitura e configuração dos sensores do robô. As funções exportadas por este sub-módulo abstraem os detalhes técnicos específicos dos sensores, concentrando-se na semântica que cada um possa ter na composição do robô. O AP C.1.2.2 mostra a interface deste sub-módulo.

3.1.2.5. Slot

Este sub-módulo implementa as funções para a comunicação com os slots do robô. O robô possui 8 slots. Cada slot possui uma interface serial utilizada para a comunicação com algum periférico que possa estar conectado.

As funções exportadas por este sub-módulo permitem a leitura de informações que identifi- cam o periférico conectado e o protocolo de comunicação utilizado por ele, permitindo o seu con- trole por parte de algum controlador do robô. O AP C.1.2.3 mostra a interface deste sub-módulo.

O protocolo utilizado por um periférico conectado a um slot é específico do periférico e é tra- tado como simples mensagens por este sub-módulo. Note que é de responsabilidade do protocolo especificado pelo periférico permitir a leitura de seus possíveis estados, assim como o aciona- mento de seus atuadores de forma a possibilitar seu controle.