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[Arduino] Utilizando la memoria Flash en lugar de la SRAM para constantes

Viernes, 2 de Diciembre de 2011 Gaspar Fernández Sin comentarios

temp_ardublogOtra cosa no, pero los Arduino no son conocidos por su gran memoria RAM, y es que, por ejemplo en la serie Diecimila, con el Atmega168 tenemos 1Kb de RAM, con el Atmega328, hay 2Kb de RAM, aunque puede que para algunos de nuestros programas nos quedemos un poco cortos.

Una gran ayuda para esto puede ser utilizar las constantes que cree nuestro programa, en forma numérica de tabla de valores constante, o de cadena de caracteres, por ejemplo, para enviar mensajes predeterminados por el Serial, decir el nombre de la aplicación, la versión, etc.

PROGMEM

Será una macro creada para almacenar datos en espacio de programa. El programa no ocupará más, y tendremos más memoria libre para utilizar y reservar a nuestro antojo.

Antes de utilizar PROGMEM, debemos hacer

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#include <avr/pgmspace.h>

y así poder tener acceso a todas las funciones adicionales que nos proporciona esta biblioteca.

Viendo la memoria libre

Hay una función que encontré aquí, un poco chapucera, pero eficiente (en la web hay mejores funciones, pero esta es la primera que encontramos), y que calcula el espacio que queda en la memoria (en bytes):

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// this function will return the number of bytes currently free in RAM
// written by David A. Mellis
// based on code by Rob Faludi http://www.faludi.com
int availableMemory() {
  int size = 1024; // Use 2048 with ATmega328
  byte *buf;

  while ((buf = (byte *) malloc(--size)) == NULL);

  free(buf);

  return size;
}

Con esta función podemos ver la memoria que nos queda:

PROGMEM CON NÚMEROS (int, float, char, byte, unsingeds…)

Para probarlo, lo mejor es ver una demostración (no he incluido la función availableMemory(), copiad y pegad de arriba):

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void setup()
{
  Serial.begin(9600);
}

PROGMEM int numero=25;
void loop()
{
  Serial.println(numero, DEC);
  Serial.println(availableMemory(), DEC);
  delay(1000);
}

Podemos ver cómo numero está declarado como PROGMEM int, bien, eliminemos el PROGMEM y vemos qué hace, ¡tenemos 2 bytes menos libres! Aquí demostramos que de verdad no estamos utilizando la RAM.

Arrays de números

Ahora viene lo bueno, no hacemos nada si sólo almacenamos en Flash valores, por separado, lo interesante es poder almacenar arrays con lo que tendremos muchas más posibilidades.
Por ejemplo, podemos hacer:

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PROGMEM int numeros[]={10, 29, 38, 47, 56, 64, 73, 82, 91, 0};

void loop()
{
  static int pos=0;
  Serial.println(pgm_read_word(&numeros[pos++]));
  Serial.println(availableMemory(), DEC);
  if (pos==10)
    pos=0;

  delay(1000);
}

Cada segundo mostrará por pantalla un número del array de enteros, y todos estarán en Flash, el coste de eso será de unos 100bytes más en el binario que, por tanto también irá a Flash, además de algunos ciclos de procesador; aunque en este caso, importa más la memoria.

He utilizado pgm_read_word() porque el array es de enteros (2 bytes = 1 word), si nuestra variable fuera de 1 byte (char, byte) se podrá utilizar pgm_read_byte() y si la variable es de 4 bytes (long) podremos utilizar pgm_read_dword(), para variables tipo float tenemos de igual manera pgm_read_float().

Cadenas de caracteres sin buffer

Para escribir cadenas de caracteres, lo mejor es utilizar un buffer (pero ya estamos gastando memoria), por tanto vamos a hacer un ejemplo para imprimir por el Serial sin necesidad de utilizar buffer:

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char mens[] PROGMEM = "Hola mundo cruel y despiadado";

void loop()
{
  char *mem=mens;

  while (pgm_read_byte(mem) != 0x00) /* Comparamos con \0, un terminador */
    Serial.print(pgm_read_byte(mem++));
  Serial.println();

  Serial.println(availableMemory());
  delay(1000);
}

Podemos hacer el mensaje más largo, que seguimos consumiendo la misma cantidad de memorial. Para imprimir por el Serial con esta técnica podemos crear una función (printpgm()):

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void printpgm(char *texto)
{
  char *mem=texto;

  while (pgm_read_byte(mem) != 0x00) /* Comparamos con \0, un terminador */
    Serial.print(pgm_read_byte(mem++));
  Serial.println();
}

o como comentan aquí, modificar la clase HardwareSerial para incluir un método que imprima cadenas de caracteres procedentes de la memoria de programa.
Y creando estas funciones nos llevamos alguna que otra sorpresa en memoria libre (aunque pequeña).

Recibiendo cadenas de texto completas con Arduino por USB (I)

Jueves, 18 de Agosto de 2011 Gaspar Fernández Sin comentarios

Uno de los problemas de trabajar con Arduino con el puerto serie es la recepción de cadenas de caracteres. De serie, con las bibliotecas disponibles podemos leer:

  • Caracteres de uno en uno
  • Valores numéricos tipo int

Otro tipo de entradas es fácil de leer con un poco de esfuerzo, por eso se me ocurrió crear una función que lea un chorro de caracteres desde el Serial, y lo almacene en un array de char (una cadena de caracteres de toda la vida). Esta función leerá carácter a carácter todo lo que venga del Serial y lo almacenará en la cadena. La función terminará cuando se hayan leído todos los caracteres o cuando se haya alcanzado el tamaño del buffer. Un pequeño ejemplo completo aquí:

serial1.pde:

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// serial1
// Hace un eco con el puerto serie del Arduino, leyendo una cadena completa

#include "serial.h"
#include <dynmem.h>

#define MAX_BUFFER 100

// Almacenamos el estado como variable global
int estado=LOW;
int estado_transf=LOW;
// Almacenamos también el número de milisegundos anterior
unsigned long momento_anterior=0;
unsigned long bytes_recibidos=0;

void setup()
{
  Serial.begin(SERIAL_SPEED);
  // Queremos que un led parpadee mientras trabajamos
  pinMode(STATUS_LED, OUTPUT);
  // Queremos salida por el led de transferencia
  pinMode(TRANSF_LED, OUTPUT);
}

int serialGetString(char *string, int max)
{
  unsigned i=0;
  char sIn;
  // Queremos que la cadena se rellene hasta max-2 para que en el carácter
  // max-1 (el último) podamos meter el terminador \0
  --max;       
  while (Serial.available() && i<max)
    {
      sIn=Serial.read();
      string[i++]=sIn;
      // La recepción tiene una latencia, se produce a través de una interrupción, que a lo mejor se ejecuta
      // un poco después del Serial.available() por lo que el dato no entraría, por eso hacemos una pequeña espera
      delayMicroseconds(500);
    }
  string[i++]='\0';
  return i;
}

void loop ()
{  
  int recibe;
  unsigned long momento_actual=millis();
  char buf[MAX_BUFFER];
// No bloqueante, si hay algo para leer entramos, si no, no.
  if(Serial.available())
    {
      serialGetString(buf, MAX_BUFFER);
      // Escribimos el buffer completo
      Serial.println((char*)buf);
    }
  // No usamos delay para el parpadeo porque nos entorpece la comunicación con el serial
  if (momento_actual-momento_anterior>=BLINK_DELAY)
    {
      // Cambiamos el estado siguiente. Si era HIGH (1) ahora será
      // LOW (0). He leído en algún lado que el valor de HIGH no
      // siempre es 1; pero en este caso sí es así.
      estado=!estado;
      // Escribimos el estado actual del led
      digitalWrite(STATUS_LED, estado);
      // Establecemos el momento anterior como actual.
      momento_anterior=momento_actual;
    }
}

Antes de probarlo, tenemos que tener en cuenta lo siguiente:

  • La recepción por puerto serie se hace a través de interrupciones, cada vez que llega algo, y tarda un tiempo en meterse la información en el buffer de entrada de Serial por lo que a veces hay un pequeño retraso para ver la información. (por eso el delayMicroseconds())
  • La información recibida se guarda en un ring buffer, o buffer circular, y su tamaño típico es de 128bytes, por lo que si escribimos muy rápidamente por el puerto serie (que podemos), el Arduino llena el buffer muy rápido, y si no sacamos la información a tiempo podemos tener problemas. Lo ideal es no enviar muchos datos juntos, porque las interrupciones siempre tendrán prioridad, aunque también podemos hacer el buffer un poco más grande (sin pasarnos, no sea que nos quedemos sin memoria). Una velocidad segura son 19200 bps

Este ejemplo, dejará un led parpadeando mientras nos permite recibir cadenas completas desde el Serial, esto nos permitirá algo importante: parsear los datos entrantes.
La función serialGetString() funciona de forma parecida a fgets(), nosotros le pasamos el buffer donde queremos almacenar la información y el tamaño de dicho buffer, pararemos de recibir cuando hayamos terminado de recibir información o cuando el buffer se haya llenado.

Una modificación de serialGetString que funciona muy bien es la siguiente:

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int serialGetString2(char *string, int max)
{
  unsigned i=0;
  char sIn;
  unsigned long m;
  // Queremos que la cadena se rellene hasta max-2 para que en el carácter
  // max-1 (el último) podamos meter el terminador \0
  --max;       
  while (Serial.available() && i<max)
    {
      sIn=Serial.read();
      string[i++]=sIn;
      m=millis();
      while (!Serial.available() || millis()>=m+1);
    }
  string[i++]='\0';
  return i;
}

Aquí no hacemos la espera con delay, en su lugar hacemos un bucle esperando que haya datos en el Serial, aunque con un timeout de 1ms (millis()>=m+1); es decir cuando pase el milisegundo dejaremos de esperar. Tenemos que tener cuidado con esto, y es que si la transferencia es demasiado lenta, por ejemplo 4800bps (transmitiremos 600 símbolo de 8bit en un segundo, por lo que un símbolo llegará al buffer en 1.66ms, y si introducimos este timeout de 1ms lo más seguro que no se reciban cadenas completas de esta forma).

También es curiosa la forma de introducir el timeout y es que en 50 días más o menos, el reloj que controla millis() en Arduino, se desbordará, lo que es parecido a un pequeño efecto 2000, pero en este caso, un efecto 50 días. Por eso, tanto m como millis() se desbordarán a la vez, es decir, si m está a punto de desbordarse, m+1 será 0 y millis(), que estaría también a punto de desbordarse, cuando avance 1 será también 0.

Recopilación de soluciones para los retos de #tuentiContest . Challenge #8

Jueves, 23 de Junio de 2011 Gaspar Fernández 2 comentarios

Últimamente he hablado acerca del I concurso de programación de Tuenti. Un concurso de programación Online que se llevó acabo durante la semana pasada (del 13 al 20 de Junio, muy mala fecha).

Podéis ver los enunciados de todos los problemas, con ejemplos sobre la entrada y salida (aunque a veces no hay que haerles mucho caso) en la web oficial del concurso, pero en Vidas Concurrentes lo encontramos todo en español.

Challenge #8 : The Biologist Problem

Eres un biólogo, y tienes que examinar dos cadenas de ADN. Recibimos las cadenas por la entrada estándar como un conjunto ordenado de bases de nucleótidos, hay que hallar el conjunto ordenado más grande entre ambas cadenas de ADN.

Ejemplo:

ATGTCTTCCTCGA
TGCTTCCTATGAC

Soluciones:

Si no estás en la lista y quieres plantear tu solución, deja un comentario con tu link !

Actualización 2011/06/28 08:25 : Añadida la solución de theom3ga
Actualización 2011/07/01 13:50 : Añadida la solución de @lagunex
Actualización 2011/07/03 01:42 : Añadida solución de @frisco82
Actualización 2011/07/03 13:35 : Añadida solución de @Rosapolis

Intercalar 2 ó más cadenas en PHP

Lunes, 9 de Agosto de 2010 Gaspar Fernández Sin comentarios

A la hora de crear un hash para una contraseña, es conveniente no incluir sólo la contraseña, sino concatenar una cadena o un número más; lo mismo cuando generamos claves para que interaccionen aplicaciones en varios servidores; aunque hay veces en que, dados los pocos datos de que disponemos a la hora de generar la clave, no tenemos mucho donde elegir a la hora de crear el hash.

Por ese motivo se me ocurrió esta función en PHP, lo que hace es intercalar cadenas, es decir, tenemos dos cadenas, y queremos generar una cadena a partir de las dos anteriores, podemos coger un carácter de una, otro de otra, y así sucesivamente (como si estuviéramos barajando) hasta formar una cadena cuya longitud es la suma de las dos. Por ejemplo si tenemos las palabras “poesia” y “binaria“, resultaría la cadena: pboiensairaia .

Aunque, ya que vamos a hacer algo así, ¿ por qué limitarlo ? Hagamos una función que soporte una cantidad indeterminada de cadenas:

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function intercalar($cadenas)
{
  $n_cadenas = count ($cadenas);

  if ($n_cadenas==1)        /* Si sólo hay una cadena, la devolvemos */
    return $cadenas[0];

  /* Contamos los caracteres de cada cadena y los almacenamos en un array */
  $chars_cadena=array();
  for ($i=0; $i<$n_cadenas; $i++)
    $chars_cadena[$i]=strlen($cadenas[$i]);

  $max_cadena = max ($chars_cadena); /* La cadena más larga determina cuándo paramos */
  $res='';
  /* Recorremos la longitud de cadena más larga */
  for ($j=0; $j<$max_cadena; $j++)
    {
      /* Recorremos todas las cadenas */
      for ($i=0; $i<$n_cadenas; $i++)
    {
      /* Si la cadena no está terminada añadiremos el carácter a la cadena */
      if ($j<$chars_cadena[$i])
        $res.=$cadenas[$i][$j];
    }
    }

  return $res;
}

echo intercalar (array("Poesia", "Binaria", "Blog", "Gaspar", "Programacion", "Software", "Libre"));

La cadena resultante de este ejemplo será: PBBGPSLoilaroienosofbsagpgtrirarweairaaamraecion.

trim(), un gran amigo (PHP, C++, C)

Miércoles, 10 de Marzo de 2010 Gaspar Fernández 2 comentarios

A mi entender, es una de las funciones más útiles que se han inventado, como programador de PHP estoy harto de utilizarlo para filtrar información (caracteres a la derecha y a la izquierda, ya sean espacios, caracteres especiales o algún carácter que yo utilice para el control de la información).
Sabemos que el usuario final no nos va a dejar las cosas fáciles, puesto que a veces, nos llena un campo con “intros” al principio y al final; o la información, después de pasar por HTTP, lectura de un archivo XML o por otros tratamientos, tal vez tenga un retorno de carro al final; por eso, a veces es útil hacer:

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$cadena=trim($cadena);

Pero ahora estamos en C++, bien quería postear también el código en C++, así que decidí googlear un poco para ver esto:

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#include <string>
const std::string whiteSpaces( " \f\n\r\t\v" );

void trimRight( std::string& str,
      const std::string& trimChars = whiteSpaces )
{
   std::string::size_type pos = str.find_last_not_of( trimChars );
   str.erase( pos + 1 );
}

void trimLeft( std::string& str,
      const std::string& trimChars = whiteSpaces )
{
   std::string::size_type pos = str.find_first_not_of( trimChars );
   str.erase( 0, pos );
}

void trim( std::string& str, const std::string& trimChars = whiteSpaces )
{
   trimRight( str, trimChars );
   trimLeft( str, trimChars );
}

Con esto podemos jugar con nuestros textos…

Ahora vamos al caso de C, muchos se siguen preguntando… pero si C es un lenguaje muy antiguo, ¿aún se sigue usando? Pues sí ! Aunque muchas cosas sean horribles de programar en C, a pelo, se sigue usando, y aún le queda mucha vida a este lenguaje. Por eso, veremos dos funciones trim() especiales para C:

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#include <stdio.h>
#include <string.h>

char *trim(char *s)
{
  char *start = s;

  /* Nos comemos los espacios al inicio */
  while(*start && isspace(*start))
    ++start;

  char *i = start;
  char *end = start;

  /* Nos comemos los espacios al final */
  while(*i)
  {
    if( !isspace(*(i++)) )
      end = i;
  }

  /* Escribimos el terminados */
  *end = 0;

  return start;
}

char *trim2(char *s, const char *trimChars)
{
  char *start = s;

  /* Nos comemos los caracteres al principio */
  while(*start && strpbrk((const char*)start, trimChars)==start)
    ++start;

  char *i = start;
  char *end = start;

  /* Nos comemos los caracteres al final */
  while(*i)
  {
    if( strpbrk(i++, trimChars)!=i-1 )
      end = i;
  }

  /* Coloramos el perminador */
  *end = 0;

  return start;
}

int main()
{
  char mi_cadena[30]="\f\n Cadena; \tSucia \n\t ;";
  printf("Mi cadena inicialmente: \"%s\"\n", mi_cadena);
  printf("Mi cadena tras trim(): \"%s\"\n", trim(mi_cadena));
  printf("Mi cadena tras trim2(): \"%s\"\n", trim2(mi_cadena,";\f\n\t"));
}

En C también podremos tener nuestro trimleft y nuestro trimright y creo que es fácil sacarlo desde esta función general, ya que *start se mueve indicando el principio de la cadena, y con end, y es ese movimiento (que aunque perdemos algo de memoria) el que hace que se recorte la cadena; además, como buena función de C, perdemos la cadena que inicialmente teníamos.

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Cambio de base (de base b1 a b2… hasta base36 o tal vez más)

Viernes, 22 de Mayo de 2009 blakeyed Sin comentarios

Hace tiempo tuve la necesidad de hacer una función de cambios de base, pero que no estuviera limitada, es decir, no tuviera definido qué base vamos a introducir y qué base debe devolver. Es decir, convertiremos un número en base b1 a base b2; la limitación, el número de caracteres con los que contemos, en el ejemplo hay hasta base 36, y es fácil extenderlo hasta base256… un número en hexadecimal no tiene desde el 0 al 9 y de la A a la F, pues un base36, del 0 al 9 y de la A a la Z. Con un poco de imaginación podremos sacar muchas ideas de este fragmento. Incluye programa de ejemplo:

Hace tiempo tuve la necesidad de hacer una función de cambios de base, pero que no estuviera limitada, es decir, no tuviera definido qué base vamos a introducir y qué base debe devolver. Es decir, convertiremos un número en base b1 a base b2; la limitación, el número de caracteres con los que contemos, en el ejemplo hay hasta base 36, y es fácil extenderlo hasta base64, base256, por ejemplo… con un poco de imaginación podremos sacar muchas ideas de este fragmento. Incluye programa de ejemplo:

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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "strutils.h"

void cambiobase (char *n1, int b1, char *n2, int b2)
{
  int lnum = strlen(n1);        /* Longitud de nuestro número */
  /* Caracteres que forman todos los posibles números hasta base 36 */
  char numeros[37]="0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
  int divide;
  int i;
  int posn=0;
  int long2;

  do
    {
      divide = 0;
      long2 = 0;                /* Será un puntero de n1, */
                                /* ya que iremos modificando su valor, long2 */
                                /* nos indicará por dónde vamos */

      for (i=0; i<lnum; i++)
        {
          /* divide vale lo que valía antes multiplicado por la base + el número que acabamos de extraer */
          /* que coincidirá con la posición del carácter dentro del array de numeros[] */
          divide=divide*b1+strchr(numeros, n1[i])-(char*)&numeros;

          if (divide>=b2)
            {
              /* Si el número resultante es mayor o igual a la base */
              n1[long2] = numeros [(int) divide / b2]; /* Modificaremos el dígito long2 de n1, */
                                /*  y este será el número divide/b2 en base b1  */
              divide = divide % b2; /* divide será el resto de la división */
              long2++;
            }
          else if (long2>0)
            {
              n1[long2] = '0';  /* divide<b2, pero en iteraciones anteriores ha sido >= */
              long2++;
            }
        }

      lnum=long2;
      /* hemos hallado un dígito de n2. Su valor será divide */
      n2[posn] = numeros[divide];
      posn++;                   /* posn es el puntero del nuevo número */
    } while (long2!=0);

  n2[posn] = '\0';
  n2=strrev(n2, posn);
}

int main()
{
  char num1[20], num2[20];
  int base1, base2;
  printf("Numero a convertir:");
  scanf("%s", num1);
  printf("¿En qué base está ese número? ");
  scanf("%d", &base1);
  printf("¿A qué base quieres convertirlo? ");
  scanf("%d", &base2);

  cambiobase(num1, base1, num2, base2);

  printf("\n%s\n", num2);

  return 0;
}

La idea principal la saqué hace tiempo de un código escrito en otro lenguaje.
Tenemos que tener en cuenta que esta función utiliza a strutils.h (ver anterior post), aunque también podéis copiar directamente la función strrev y a compilar!!
Todo esto es debido a que el algoritmo para cambiar la base genera el número (como una cadena, pero al fin y al cabo un número) al revés, es decir el dígito de menor peso primero.

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Volteando cadenas

Viernes, 22 de Mayo de 2009 blakeyed Sin comentarios

En C, una de las pequeñas cosas que a veces nos hace más lentos a la hora de hacer un pequeño programa es la posibilidad de darle la vuelta a una cadena. Bien, aquí traigo un pequeño código (función y ejemplo) de strrev, que además de poder dar la vuelta a una cadena, puede manipular sólo ciertos caracteres:

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#include <stdio.h>
#include <string.h>

char *strrev(char *str, int strl)
{
    /* Creamos punteros al principio y al final de la cadena */
    /*       C   A   R   A   C   T   E   R   5   \0 */
    /*       |                               |      */
    char *start = str, *end = str + strl - 1;
    char temp;
    /* Iteramos hasta que el principio y el fin coincidan */
    while(start < end)
        {
            /* Intercambiamos los caracteres */
            /* 1º  C A R A C T E R 5 */
            /* 2º  5 A R A C T E R C */
            /* 3º  5 R R A C T E A C */
            /* 4º  5 R E A C T R A C */
            /* 4º  5 R E T C A R A C */
            temp = *start;
            *start++ = *end;
            *end-- = temp;
        }
    return str;
}

/* Ejemplo */
int main()
{
    char cadena[50]="Una cadena de caracteres cualquiera";
    char tmp[50]="Una cadena de caracteres cualquiera";
    char *cad2=cadena;
    printf("Cadena original: %s\n", cadena);
    printf("Cadena al revés: %s\n", strrev(tmp, strlen(tmp)));
    strrev(cadena+14, 10);
    printf("Caracteres al revés: %s\n", cad2);
    return 0;
}

Esta función la encontré hace mucho tiempo navegando y me pareció muy interesante, sobre todo por cómo está hecha, creo que es de las más rápidas.

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