NanoPB: Benutzerdefinierte Array-Konverter mit Offset und Größe in C++

Siehe auch: C-Version: Umgang mit benutzerdefinierten Array-Konvertern in C

NanoPB ist eine codegrößenoptimierte Protocol-Buffers-Implementierung für Embedded-Systeme. Dieser Beitrag zeigt, wie man benutzerdefinierte Array-Konverter in C++ mit NanoPB handhabt, basierend auf der KKS-Firmware-Implementierung.

Proto-Definition

Erstelle zunächst eine .proto-Datei mit wiederholten Feldern:

custom_array.proto
syntax = "proto3";

package example;

message CustomArrayMessage {
  repeated uint32 values = 1;
}

NanoPB-Code generieren

Generiere den NanoPB-Code mit einer .options-Datei, um die maximale Anzahl anzugeben:

Erstelle custom_array.options:

custom_array.options
example.CustomArrayMessage.values max_count:20

Dann generieren:

generate_nanopb_custom_array.sh
protoc --nanopb_out=. custom_array.proto

Dies generiert custom_array.pb.h und custom_array.pb.c.

C++-Beispiel mit benutzerdefiniertem Array-Konverter

Hier ist ein vollständiges C++-Beispiel, das einen benutzerdefinierten Array-Konverter mit Offset und Größe implementiert:

custom_array_example.cpp
#include <stdio.h>
#include <algorithm>
#include <array>
#include <limits>
#include "custom_array.pb.h"
#include "pb_encode.h"
#include "pb_decode.h"

// Benutzerdefinierter Array-Konverter mit Offset- und Größen-Template-Parametern
template<class ITEM_CONVERTER, class CONTAINER, size_t OFFSET=0, size_t SIZE=std::numeric_limits<size_t>::max()/2>
class ArrayConverterWithOffsetAndSize {
public:
    static bool encodeCallback(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const CONTAINER &container) {
        size_t i = 0;
        // for-Schleife verwenden, um durch Container zu iterieren
        for (const auto &item : container) {
            i++; // Erster Index, den wir prüfen, ist 1
            if(i <= OFFSET) { // <=, nicht "<", da wir ++ vor dieser Zeile ausführen
                continue;
            }
            if(i > OFFSET + SIZE) {
                break;
            }
            // Element kodieren
            if (!ITEM_CONVERTER::encodeCallback(stream, field, item)) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    static bool decodeCallback(pb_istream_t *stream, const pb_field_t *field, CONTAINER &container) {
        // Element zum Container hinzufügen
        // Hinweis: Dies ist ein vereinfachtes Beispiel - die tatsächliche Implementierung hängt vom Containertyp ab
        return false; // In diesem Beispiel nicht implementiert
    }
};

// Einfacher uint32-Konverter
class UInt32Converter {
public:
    static bool encodeCallback(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, uint32_t value) {
        if (!pb_encode_tag_for_field(stream, field))
            return false;
        return pb_encode_varint(stream, value);
    }
};

int main() {
    // Puffer für kodierte Nachricht
    uint8_t buffer[256];
    size_t message_length;
    
    // Array mit 10 Elementen erstellen
    std::array<uint32_t, 10> values = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
    
    // --- KODIERUNG ---
    example_CustomArrayMessage message = example_CustomArrayMessage_init_zero;
    
    // Benutzerdefinierten Konverter verwenden: Elemente 3-7 kodieren (OFFSET=2, SIZE=5)
    using CustomConverter = ArrayConverterWithOffsetAndSize<UInt32Converter, std::array<uint32_t, 10>, 2, 5>;
    
    // Callback einrichten
    message.values.funcs.encode = [](pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, void * const *arg) {
        const std::array<uint32_t, 10>* container = (const std::array<uint32_t, 10>*)*arg;
        return CustomConverter::encodeCallback(stream, field, *container);
    };
    message.values.arg = &values;
    
    // Strom für Kodierung erstellen
    pb_ostream_t ostream = pb_ostream_from_buffer(buffer, sizeof(buffer));
    
    // Nachricht kodieren
    if (!pb_encode(&ostream, example_CustomArrayMessage_fields, &message)) {
        printf("Kodierung fehlgeschlagen: %s\n", PB_GET_ERROR(&ostream));
        return 1;
    }
    
    message_length = ostream.bytes_written;
    printf("%zu Bytes kodiert (Elemente 3-7)\n", message_length);
    
    // Hex-Dump ausgeben
    printf("Kodierte Daten: ");
    for (size_t i = 0; i < message_length; i++) {
        printf("%02x ", buffer[i]);
    }
    printf("\n");
    
    // Ausgeben was kodiert wurde
    printf("Kodierte Werte: ");
    for (size_t i = 2; i < 2 + 5 && i < values.size(); i++) {
        printf("%u ", values[i]);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

Kompilierbefehl

Kompiliere das Beispiel mit nanopb. NanoPB wird typischerweise verwendet, indem die Quelldateien direkt in dein Projekt eingebunden werden:

compile_custom_array_example.sh
g++ -o custom_array_example custom_array_example.cpp custom_array.pb.c pb_common.c pb_encode.c pb_decode.c -I.

Hinweis: NanoPB-Quelldateien (pb_common.c, pb_encode.c, pb_decode.c) müssen direkt mit deinem Projekt kompiliert werden. Du kannst diese aus dem NanoPB GitHub-Repository beziehen.

Wichtige Punkte

Wann benutzerdefinierte Array-Konverter verwendet werden

Erwartete Ausgabe

custom_array_expected_output.txt
10 Bytes kodiert (Elemente 3-7)
Kodierte Daten: 08 03 08 04 08 05 08 06 08 07 
Kodierte Werte: 3 4 5 6 7 

Beachte, dass nur die Elemente 3, 4, 5, 6, 7 kodiert werden (5 Elemente ab Offset 2).

Erweitert: Dekodierungsunterstützung

Um die Dekodierung zu unterstützen, erweitere den Konverter:

decode_callback_snippet.cpp
static bool decodeCallback(pb_istream_t *stream, const pb_field_t *field, CONTAINER &container) {
    uint64_t value;
    if (!pb_decode_varint(stream, &value))
        return false;
    
    // Zum Container hinzufügen (Implementierung hängt vom Containertyp ab)
    // Für std::array könntest du einen separaten Index verfolgen
    return true;
}

Praxisnahe Verwendung

Dieses Muster wird in der KKS-Firmware verwendet für:

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