embedded-astar

Bibliothèque de recherche de chemin A* no_std pour systèmes embarqués.

Conçue pour les microcontrôleurs et les environnements à ressources limitées, cette crate fournit une implémentation complète d'A* avec zéro allocation sur le tas, reposant uniquement sur des structures de taille fixe allouées sur la pile via [heapless].

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Fonctionnalités

Fonctionnalité	Détail
Compatible no_std	Pas de tas, pas de crate alloc requis
Zéro code unsafe	#![deny(unsafe_code)] appliqué
Dimensions const-génériques	Taille de grille fixée à la compilation
Heuristique de Manhattan	Optimale pour le déplacement 4 directions
Sécurité mémoire	Open set plein géré sans panique
Déterministe	Pas de dispatch dynamique, pas d'aléatoire

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Installation

Ajouter dans votre Cargo.toml :

[dependencies]
embedded-astar = "0.1"

Pour les cibles embarquées sans bibliothèque standard, assurez-vous que votre crate déclare #![no_std]. embedded-astar ne nécessite aucune configuration supplémentaire.

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Démarrage rapide

use embedded_astar::{trouver_chemin, Point};

// Grille 8×8 : true = obstacle, false = case libre
// Indexée sous la forme grille[y][x]
let mut grille = [[false; 8]; 8];
grille[2][1] = true; // obstacle en (x=1, y=2)
grille[2][2] = true;
grille[2][3] = true;

let depart  = Point::nouveau(0, 0);
let arrivee = Point::nouveau(7, 7);

// Paramètres de type : <LARGEUR, HAUTEUR, CAPACITE_MAX>
match trouver_chemin::<8, 8, 64>(depart, arrivee, &grille) {
    Some(chemin) => {
        for point in chemin.iter() {
            // Déplacer le robot/agent vers point.x, point.y
        }
    }
    None => {
        // Aucun chemin trouvé (bloqué, hors bornes, ou open set saturé)
    }
}

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API

trouver_chemin

pub fn trouver_chemin<
    const LARGEUR: usize,
    const HAUTEUR: usize,
    const CAPACITE_MAX: usize,
>(
    depart:  Point,
    arrivee: Point,
    grille:  &[[bool; LARGEUR]; HAUTEUR],
) -> Option<heapless::Vec<Point, CAPACITE_MAX>>

Exécute A* sur une grille booléenne d'obstacles statique.

Retourne :

• Some(chemin) — liste ordonnée de [Point]s du départ à l'arrivée (inclus)
• None — si aucun chemin n'existe, qu'un point est bloqué ou hors bornes, ou que le chemin dépasse la capacité CAPACITE_MAX

Point

pub struct Point { pub x: i32, pub y: i32 }

impl Point {
    pub const fn nouveau(x: i32, y: i32) -> Self;
}

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Convention de grille

  x → 0  1  2  3
y
↓
0     .  .  .  .
1     .  #  .  .    # = obstacle  (grille[1][1] = true)
2     .  .  .  .
3     .  .  .  .

• grille[y][x] — Y est le premier index (rangée principale)
• true → obstacle (case infranchissable)
• false → case libre (franchissable)

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Réglage des capacités

Les trois génériques constants contrôlent toute l'utilisation mémoire — il n'y a aucune allocation dynamique à quelque moment que ce soit.

Paramètre	Rôle	Recommandation
LARGEUR	Largeur de la grille (colonnes)	= largeur de votre carte
HAUTEUR	Hauteur de la grille (lignes)	= hauteur de votre carte
CAPACITE_MAX	Capacité open set et chemin	≥ 2 × √(L × H)

Estimation de l'utilisation de la pile (approximatif, sans padding d'alignement) :

ensemble fermé  : LARGEUR × HAUTEUR      octets   (tableau de bool)
parents         : LARGEUR × HAUTEUR × 9  octets   (Option<Point>)
open set        : CAPACITE_MAX × 16      octets   (tableau de Noeud)
chemin          : CAPACITE_MAX × 8       octets   (tableau de Point)

Pour une grille 32×32 avec CAPACITE_MAX = 128 :

ensemble fermé  :  1 024 o
parents         :  9 216 o
open set        :  2 048 o
chemin          :  1 024 o
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Total           ≈ 13 312 o  (~13 Ko)

Configurations typiques

Cas d'usage	LARGEUR	HAUTEUR	CAPACITE_MAX	Pile
Petit labyrinthe (robot)	16	16	64	~3 Ko
Carte moyenne (drone)	32	32	128	~13 Ko
Grande carte (AGV)	64	64	256	~52 Ko

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Modèle de déplacement

Par défaut, le déplacement est 4-directionnel (directions cardinales uniquement) :

     ↑
  ←  ·  →
     ↓

Tous les déplacements ont un coût uniforme de 1. Le déplacement diagonal n'est pas inclus par défaut afin de garantir l'admissibilité de l'heuristique (distance de Manhattan). Pour activer le déplacement 8-directionnel, utiliser la distance de Chebyshev comme heuristique et ajouter (±1, ±1) au tableau des directions.

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Détails algorithmiques

L'implémentation suit le graphe de recherche A* standard :

1. Open set — un heapless::Vec de nœuds dont le meilleur cout_f est sélectionné via scan linéaire (O(n), optimal pour les petits n typiques des grilles embarquées)
2. Ensemble fermé — une grille bool plate (accès O(1), mémoire constante)
3. Carte des parents — une grille plate Option<Point> pour la reconstruction du chemin
4. Heuristique — distance de Manhattan |Δx| + |Δy| (admissible et consistante)
5. Reconstruction — remonte la carte des parents de l'arrivée au départ, puis inverse

Aucun BinaryHeap, aucun HashMap, aucun Vec de std.

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Utilisation en no_std

Dans la racine de votre crate (main.rs ou lib.rs) :

#![no_std]

use embedded_astar::{trouver_chemin, Point};

Pour les cibles sans gestionnaire de panique, en ajouter un :

use core::panic::PanicInfo;

#[panic_handler]
fn panique(_: &PanicInfo) -> ! {
    loop {}
}

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Contribuer

Les contributions sont les bienvenues ! Ouvrir des issues ou des pull requests sur GitHub.

Avant de soumettre :

• Exécuter cargo test
• Exécuter cargo clippy -- -D warnings
• Exécuter cargo fmt --check

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Licence

Ce programme est un logiciel libre distribué selon les termes de la Licence Publique Générale GNU version 2 (GPL-2.0-or-later).

Voir le fichier LICENSE ou consulter https://www.gnu.org/licenses/gpl-2.0.html.