Projecto de Programação MEEC /2011-1ºSemestre. Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

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1 Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Programação 2010/2011 Enunciado do projecto O projecto a desenvolver pelos alunos consistirá numa sistema de monitorização do estado de uma rede viária: frequência de passagem de veículos e sua velocidade. 1 Introdução Actualmente muitas estradas têm sensores que detectam a passagem dos veículos. Estes sensores permitem não só saber quando um veículo passa, mas também a sua velocidade. Esta informação deve ser processada centralmente por uma aplicação que indica quais as estradas com maior tráfego ou com problemas de escoamento dos veículos. Os alunos deverão desenvolver uma Aplicação de Monitorização que recebe eventos destes sensores, processa essa informação e informa o utilizador do estado das várias estradas. 2 Arquitectura O sistema final será composto por várias aplicações, uma será desenvolvidas pelos alunos, outras fornecidas pelo corpo docente: Aplicação de Monitorizaçãp (desenvolvida pelo alunos) Gestor do Canal de Comunicação (fornecido) Sensores (fornecidos) Relógio (fornecido) O esquema de transmissão de dados entre as aplicações é o seguinte: Relógio Sensor 1 Sensor 2 /tmp/canal_1 Aplicação de Monitorização Terminal Mapa Sensor 3 Gestor do canal Os sensores encontram-se distribuídos pelas diversas estradas e registam a passagem de veículos. 1/15

2 Essa informação à transmitida para a Aplicação de Monitorização através do canal. Simultaneamente, e através do mesmo canal, o relógio transmite informação acerca da passagem de tempo. Todas estas mensagens são enviadas em formato de texto, como se descreverá mais adiante. A aplicação principal lerá continuamente do canal e dependendo do tipo de informação recebida (passagem de um veículo numa determinada estrada ou passagem do tempo) assim executará determinadas acções. A aplicação terá duas funcionalidade distintas: mostrará continuamente num mapa o estado das estradas monitorizadas e permitirá ao operador, através do teclado obter estatísticas. 3 Gestor do Canal (fornecido) O canal a usar é um tipo especial de ficheiro que permite a comunicação entre diversas aplicações a executar na mesma máquina. Várias aplicações podem escrever neste ficheiro especial, mas só uma o pode ler. De modo a facilitar a criação do canal é fornecida uma aplicação (gest_canal) que permite a criação e eliminação deste ficheiro especial. Só depois de garantida a existência do canal se pode começar a usar as outras aplicações. 4 Relógio (fornecido) Esta aplicação escreve num canal pré-existente a hora corrente. Com uma determinada frequência indica a passagem do tempo. Por questões de facilidade de uso do sistema, a precisão deste relógio é de 15 minutos: HORA 0 0 HORA 0 15 HORA 0 30 Aquando do arranque desta aplicação é solicitado ao utilizador que escreva qual o identificador numérico do canal a utilizar. Alternativamente o utilizador pode invocar esta aplicação usando argumentos da linha de comando, escrevendo, por exemplo, o seguinte no terminal: relogio 4 Se o canal correspondente não existir a aplicação imprime uma mensagem de erro e sai. 5 Sensores (fornecidos) Os sensores são aplicações especiais que enviam para um canal pré existente a informação acerca das viaturas que passam numa estrada. Quando um sensor é criado, envia para o canal a sua informação (nome do sensor, velocidade máxima da estrada, número de faixas e coordenadas) como 2/15

3 se pode ver no exemplo: Projecto de Programação MEEC /2011-1ºSemestre NOVO_SENSOR IC_ A primeira palavra é o identificador de mensagem (NOVO_SENSOR) e o segundo é o identificador da estrada. Os seguintes valores correspondem à velocidade máxima permitida nessa estrada e o número de faixas de rodagem, no caso do IC 19 a velocidade máxima é de 100 Km/h e tem 3 faixas de rodagem. Os quatro últimos valores são as coordenadas de início e fim da estrada: xinicio yinicio xfim yfim. Depois, começa a escrever no canal a informação (velocidade) de cada viatura que passa: VIATURA IC_ Teste de funcionamento de um canal 1. Num terminal executar a aplicação gest_canal:./gest_canal Verificar se já existe um canal com esse nome. Se existir sair e escolher outro nome, senão criá-lo. Esta aplicação indica qual o ficheiro associado ao canal ( /tmp/canal_1, por exemplo). Será este ficheiro que a aplicação de monitorização deverá abrir para leitura. 2. Para verificar o que ocorre no canal escrever: less f /tmp/nome_canal Agora poderemos ver quais as mensagens escritas no canal. Quando estivermos a executar a nossa Aplicação de Monitorização, não deveremos executar este comando. 3. Num outro terminal executar:./relógio Podemos agora observar o que está a ser escrito no canal. 4. Para criar os sensores executar a aplicação sensor num terminal separado:./sensor /tmp/canal_1 IC_ Verificar que agora o sensor chamado IC_19 também escreve no canal. Poderemos criar mais sensores noutros terminais. Esta aplicação recebe como parâmetros o nome do canal (dado pela aplicação gest_canal), o nome do sensor, o número de faixas, a velocidade máxima e as coordenadas de início e fim da estrada (x_inicio y_inicio x_fim y_fim). Estes sensores só devem ser criados após a criação do canal. 7 Aplicação de Monitorização (implementar pelos alunos) A aplicação lê a informação enviada pelos sensores e relógio, armazena-a e apresenta-a de duas 3/15

4 formas diferentes: continuamente num mapa (com a indicação do estado das estradas), e textualmente no terminal (a pedido do utilizador). Durante todo o seu funcionamento e sem intervenção do utilizados, a aplicação deverá: Registar automaticamente a presença de novos sensores; Armazenar a informação relevante ao funcionamento da aplicação; Actualizar um mapa das estradas com o seu estado; Eliminar um sensor que não envie informação durante mais de 1 hora, apagando toda a informação anteriormente armazenada e eliminando-o do mapa. Simultaneamente, esta aplicação deverá ler os comandos dados pelo utilizador, respondendo aos mesmos. 7.1 Mapa A aplicação ao iniciar-se desenha um mapa com os limites do território (sem as estradas). Os limites do país são lidos a partir de um ficheiro chamado mapa.dat. No canto superior esquerdo do mapa, deve ser apresentada a hora actual, enviada pelo relógio. Quando a aplicação começa a receber informação acerca das várias estradas, desenha-as no mapa. Sempre que o estado de uma estrada muda (quando o seu tráfego e congestionamento variam) também o mapa tem de ser actualizado. Dependendo de determinado factores assim cada estrada deve ser desenhada com uma cor diferente: AMARELO se a velocidade média dos carros nos últimos 15 minutos for menor que a metade da velocidade máxima dessa estrada VERMELHO se, nos últimos 15 minutos, passarem por essa estrada 5 carros seguidos com velocidade 1Km/h ou inferior. PRETO em nenhum dos outros casos As dimensões da janela são lidas a partir do ficheiro mapa.dat Hora actual A hora actual deverá ser apresentada continuamente no mapa, sendo actualizada sempre que for lido do canal uma mensagem enviada pelo relógio Formato do ficheiro mapa.dat O ficheiro mapa.dat é um simples ficheiro de texto que contem as coordenadas dos polígonos que formarão um mapa, assim como comentários, que serão ignorados pelo programa. 4/15

5 A primeira linha contém as dimensões do mapa. Posteriormente, em cada linha poderá aparecer uma das seguintes informações: Comentário a palavra start_map a palavra end_map as coordenadas de um vértice do mapa. O ficheiro segue as regras apresentadas nos seguintes diagramas sintácticos. Linhas em branco são válidas e podem aparecer em qualquer local do ficheiro. Ficheiro Largura Altura Mudança de linha Comentário Polígono Largura e altura são números inteiros positivos. Comentário # Texto Polígono inic_pol Coordenada fim_pol As palavras inic_pol, fim_pol, assim cada uma das coordenadas (par x y) devem ocorrer em linhas separadas. Cada uma das coordenadas (par x y) que ocorrem entre as palavras inic_pol e fim_pol serão os vértices de um polígono. Quando desenhando o mapa, estes vértices serão ligados pela ordem que ocorrem (o primeiro ao segundo, o segundo ao terceiro, ). O último vértice deverá ser ligado ao primeiro. 5/15

6 Coordenada Projecto de Programação MEEC /2011-1ºSemestre Número Número O primeiro valor corresponde à coordenada x do vértice do polígono, enquanto que o segundo valor corresponde à coordenada y Janela de mapa Durante a execução da aplicação deverá estar sempre aberta uma janela onde será actualizado o mapa. A criação da janela, assim como a sua actualização será realizada usando funções da biblioteca G2 ( A criação da janela será realizada usando a função g2_open_x11(533, 1100) no início da execução da aplicação. 7.2 Terminal O módulo terminal permite ler do teclado os comandos dados pelo utilizador, e efectuar as seguintes operações: VEL apresenta a velocidade média dos veículos que passaram na última hora nos vários sensores NUM apresenta o número de carros que passaram na última hora nos vários sensores VEL_MAX Apresenta os dados do sensor com velocidade relativa maior na última hora. VEL_MIN - Apresenta os dados do sensor com velocidade relativa maior na última hora. NUM_MAX - Qual o sensor que teve mais carros a passar num quarto de hora. Deverá escrever o nome do sensor e quando ocorreu esse máximo. NUM_MIN - Qual o sensor que teve mais carros a passar num quarto de hora. Deverá escrever o nome do sensor e quando ocorreu esse máximo. INFO Escreve no écran toda a informação disponível acerca de um sensor. CONGELAR Congela a actualização do mapa DESCONGELAR Descongela a actualização do mapa SAIR Termina a aplicação A velocidade relativa é o rácio entre a velocidade média e a velocidade máxima. Embora possa aparecer um menu explicativo das opções disponíveis, o utilizador deverá escrever 6/15

7 explicitamente uma das opções atrás apresentadas. Se o utilizador escrever incorrectamente o comando, deverá ser apresentada uma mensagem de erro Comando VEL Este ecoando não tem argumentos, bastando ao utilizador escrever a palavra VEL A aplicação deverá apresentar, para todos os sensores existentes, a seguinte informação: Nome, viaturas que passaram na última hora e velocidade média desses veículos. Exemplo: Comando: VEL Sensor Viaturas Velocidade IC_ A A9_ Comando NUM Este comando não tem argumentos, bastando ao utilizador escrever a palavra NUM A aplicação deverá apresentar para todos os sensores existentes a seguinte informação: Nome e quantidade de viaturas que passaram na última horas. Exemplo: Comando: NUM Sensor Viaturas IC_ A5 320 A9_ Comando VEL_MAX Este comando não tem argumentos, bastando ao utilizador escrever a palavra VEL_MAX Será escrito no écran o nome do sensor por onde, nos últimos 15 minutos, passaram as viaturas com maior velocidade relativa. Deverá ser apresentado o nome do sensor, Velocidade máxima permitida, velocidade média das viaturas que passaram nos últimos 15 minutos e a velocidade relativa (vel_media/vel_maxima). Se diversos sensores apresentarem a mesma velocidade relativa, todos devem ser apresentados. Exemplo: 7/15

8 Comando: VEL_MAX Sensor Vel permitida Vel Media vel Relativa A Comando VEL_MIN Este comando não tem argumentos, bastando ao utilizador escrever a palavra VEL_MIN Este comando imprime a mesma informação que o comando VEL_MAX, mas para o sensor com menor velocidade relativa. Se diversos sensores apresentarem a mesma velocidade relativa, todos devem ser apresentados Comando NUM_MAX Este comando não tem argumentos, bastando ao utilizador escrever a palavra NUM_MAX Será escrito no écran o nome do sensor por onde, nos últimos 15 minutos, passaram mais viaturas. Deverá ser apresentado o nome do sensor e o número de veículos que por aí passaram nos últimos 15 minutos. Se diversos sensores apresentarem o mesmo número de veículos, todos devem ser apresentados. Exemplo: Comando: VEL_MAX Sensor Viaturas A5 108 IC_ Comando NUM_MIN Este comando não tem argumentos, bastando ao utilizador escrever a palavra NUM_MIN Este comando imprime a mesma informação que o comando NUM_MAX, mas para o sensor por onde passaram menos viaturas nos últimos 15 minutos. Se diversos sensores apresentarem o mesmo número de veículos, todos devem ser apresentados Comando INFO Este comando tem um argumento: após a palavra INFO o utilizador deverá indicar o nome de um sensor. Para o sensor indicado pelo utilizador deverá ser apresentada a seguinte informação: nome, velocidade máxima, número de viaturas que passaram nos últimos 15 minutos, velocidade média dos últimos 15 minutos e estado da estrada (amarelo ou vermelho). 8/15

9 Exemplo: Comando: INFO A9_1 Sensor: A9_1 Viaturas: 1 Velocidade: 50 Estado: Amarelo Comandos CONGELAR e DESCONGELAR Estes comandos não recebem nenhum argumento, bastando ao utilizador escrever a palavra CONGELAR ou DESCONGELAR. O mapa deve ser actualizado constantemente, sempre que é recebida uma mensagem do relógio. O comando CONGELAR permite parar essa actualização do mapa. Após a invocação do comando CONGELAR, o mapa deixa de ser actualizado, mas todas as mensagens recebidas devem ser processadas e a informação armazenada. Após a invocação do comando DESCONGELAR, o mapa volta a ser actualizado, tendo em atenção a nova informação entretanto armazenada Comando SAIR Este comando não recebei nenhum argumento, bastando ao utilizador escrever a palavra SAIR. Aquando da invocação deste comando, a aplicação termina. 7.3 Informação armazenada Sempre que é recebida uma mensagem informando a existência de um novo sensor, deverá ser armazenada numa lista uma estrutura associada a esse novo sensor. Essa estrutura deverá ser capaz de armazenar toda a informação estática (nome, velocidade máxima, coordenadas), assim como todas a outra informação dinâmica (número de viaturas e velocidades, ) necessária à actualização do mapa e resposta aos comandos dos utilizadores. Sempre que não seja recebida nenhuma informação acerca de um sensor durante 1 hora, a estrutura associada a esse sensor deverá ser eliminada. 7.4 Mensagens permitidas no canal A aplicação principal pode ler do canal de comunicação mensagens escritas pelo relógio e pelos sensores existentes. Essas mensagens seguem o formato apresentado de seguida. 9/15

10 Mensagens permitidas Mensagem Hora Mensagem Sensor Mensagem Viatura Qualquer mensagem que não cumpra com as regras aqui apresentadas devem ser ignoradas. Mensagem Hora HORA Hora Minuto O primeiro número corresponde à hora actual (entre 0 e 23) e o segundo corresponde ao minuto (entre 0 e 59). Por questões de simplicidade, o valor do minuto só pode ser 0, 15, 30 ou 45. Ambos os números são inteiros. Mensagem Sensor NOVO_SENSOR Nome Velocidade Máxima Número Faixas Coordenada Início Coordenada Fim O nome será composto por uma palavra (sem espaços, sem limitação de caracteres e formado por uma qualquer combinação de letras, dígitos ou outros símbolos. A velocidade é um número real positivo e o número de faixas é um inteiro também positivo. As coordenadas (do início e fim) da estrada seguem a regra apresentada anteriormente: Número Número O primeiro valor corresponde à coordenada x (longitude) e o segundo ao y (latitude). Mensagem Veículo Quando passa um veículo por um sensor é enviada pelo canal uma mensagem com o seguinte formato: VIATURA Nome Estrada Velocidade 10/15

11 8 Robustez Projecto de Programação MEEC /2011-1ºSemestre Devido ao facto desta aplicação interagir com elementos externos (sensores, relógios, e até o próprio utilizador) é necessário garantir que os dados lidos e originados externamente não corrompem o funcionamento da aplicação. Assim, a aplicação de monitorização deverá ser robustas, de modo a garantir que correcto funcionamento caso o ficheiro com o mapa esteja corrompido, caso receba mensagens incorrectas (mal formatadas, ou com informação em falta), ou caso o utilizador se engane na escrita dos comandos. Os alunos deverão decidir quais as acções que o programa deve tomar caso encontra algum erro (no ficheiro de dados, nas mensagens dfo canal, ou nos comandos dados pelo utilizador) 8.1 Leitura do mapa.dat Durante a leitura do ficheiro mapa.dat, o programa deverá verificar que este segue as regras descritas neste documento. Se o ficheiro tiver erros, a aplicação deverá tomar medidas adequadas, por exemplo: ignorar linha incorrecta, ou tentar recuperar desse erro. 8.2 Leitura do canal As mensagens permitidas (e seu formato foram anteriormente descritas). Qualquer menesgem que não sigua o fomato apresentado, deve ser ignorada. Os alunos devem decidir que fazer quando uma mensagem está mal formada. 8.3 Leitura dos comandos do utilizador Também os utilizadores se podem enganar, pelo que os comandos lidos a partir do teclado devem ser verificados e validados. A aplicação devrá tomar uma acção caso um comando dado não exista ou esteja mal formado. 9 Entrega Intermédia Para a entrega intermédia os alunos deverão desenvolver as seguintes funcionalidades: Leitura dos dados do mapa. Desenho do mapa Abertura do canal Leitura da informação enviada pelo relógio 11/15

12 Actualização da hora actual no mapa. 10 Desenvolvimento Os alunos deverão desenvolver a aplicação usando a linguagem C e seguindo as normas e práticas apresentadas nas aulas teóricas. Os alunos devem, seguir os seguintes passos na realização do projecto: 1. Leitura dos dados do mapa 2. Desenho do mapa 3. Abertura do canal 4. Leitura dos dados do relógio 5. Actualização da hora no mapa 6. Leitura e validação das outras mensagens do canal. 7. Armazenamento dos dados dos diversos sensores 8. Actualização do mapa do estado das estradas 9. Eliminação dos sensores inactivos 10. Leitura dos comandos do teclado 11. Implementação dos comando. O tratamento de diversos sensores deverá obrigatoriamente ser realizado através uso de uma lista dinâmica para armazenamento da informação dos vários sensores. O código deverá estar dividido em funções com nomes e funcionalidade lógicas e estas em diversoso ficheiros. Os nomes das variáveis deverão ser adequados e os comentários deverão ser usados para explicitar algumas decisões que os alunos tenham tomado e para tornar o código mais legível. 11 Anexos 11.1 mapa.txt Exemplo de um ficheiro mapa.txt com as coordenadas de Portugal: #mapa portugal inic_pol /15

13 fim_pol inic_pol fim_pol inic_pol fim_pol 13/15

14 11.2 Janela do mapa 14/15