嵌入式单片机编程学习：从基础了解状态机

Jacktang · 发表于2020-12-15 20:45

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用switch/case的结构配合一个状态变量，通过修改状态变量的值来切换状态。
代码如下

1//代码参考网络
2
3//! 定义状态名称与状态值之间的关系
4#define FSM_START 0x00
5#define FSM_STATE_A 0x01
6#define FSM_STATE_B 0x02
7…
8#define FSM_RESET 0xFF
9
10bool fsm_example_A( <形参列表> ) {
11 static uint8_t s_chFSMState = FSM_START;//!< 定义状态变量
12 …
13 switch ( s_chFSMState ) {
14 case FSM_START:
15 //! 这里添加状态机初始化代码
16 …
17 s_chFSMState = FSM_STATE_A;//!< 进入下一状态
18 break;
19 case FSM_STATE_A:
20 //! 这里添加状态机A进入下一状态的检测代码
21 if (<某某条件>) {
22 //! 这里做一些进入下一状态时要做的准备工作
23 s_chFSMState = FSM_STATE_B;//!< 进入下一状态
24 }
25 break;
26 case FSM_STATE_B:
27 //! 这里添加状态机A进入下一状态的检测代码
28 if (<某某条件>) {
29 //! 这里做一些进入下一状态时要做的准备工作
30 s_chFSMState = FSM_STATE_A;//!< 进入下一状态
31 } else if (<某某条件>) {
32 } else if (<某某条件>) {
33 …
34 } else {
35 }
36 break;
37 …
38 case FSM_STOP:
39 case FSM_RESET:
40 default:
41 //! 这里添加状态机复位相关的代码
42 …
43 chFSMState = FSM_START;//!< 状态机复位
44 //! 返回false表示状态机已经不需要继续运行了
45 return false;
46 }
47
48 //! 返回true表示状态机正在运行
49 return true;
50}

小结

从代码可知，这种状态机就是一路走到黑，没有让多个状态同时处于激活状态，也就是说在同一时刻，只能处于一种状态之下。

无疑，实际中有很多这样的应用，比如简单的灯的开关，当然也有很多情况是多种状态并存的，比如天气的状态就可以分为晴天、阴天、风雨雷电等等，可以同时处于多个状态。

通用的if/else来了
要点

用if else…else if结构的组合来描述状态流程图。

范例

1//代码参考网络
2//! 首先将布尔量的状态标志压缩在一个字节里面以节省内存开支
3typedef union {
4 uint8_t Value;
5 uint8_t Byte;
6 struct {
7 unsigned BIT0:1;
8 unsigned BIT1:1;
9 unsigned BIT2:1;
10 unsigned BIT3:1;
11 unsigned BIT4:1;
12 unsigned BIT5:1;
13 unsigned BIT6:1;
14 unsigned BIT7:1;
15 }Bits;
16}byte_t;
17
18#define FSM_ACTION_FLAG s_tbState.Bits
19#define FSM_STOP_ALL_ACTIONS() do {s_tbState.Value = 0;}while(0)
20#define FSM_START (0 == s_tbState.Value)
21#define FSM_STATE_A FSM_ACTION_FLAG.BIT0
22#define FSM_STATE_B FSM_ACTION_FLAG.BIT1
23…
24#define FSM_STATE_H FSM_ACTION_FLAG.BIT7
25
26bool fsm_example_B( <形参列表> ) {
27 static byte_t s_tbState = {0};//!< 定义状态变量
28
29 if (FSM_START) { //!< 起始状态
30 //! 这里放置状态机初始化的代码
31 …
32 FSM_STATE_A = true; //!< 进入状态B，start装台自动结束
33 }
34
35 if (FSM_STATE_A) { //!< 一个典型的简单状态
36 //! 这里放置状态A的代码或者
37 …
38 //! 这里放置某些条件以开启别的状态
39 if (<某些条件>) {
40 //! 这里做一些“进入”下一个状态之前的准备工作
41 FSM_STATE_B = true; //!< 开启下一个状态
42 FSM_STATE_A = false; //!< 结束当前状态
43 }
44 }
45
46 if (FSM_STATE_B) { //!< 一个典型的监视状态
47 …
48 //! 这里检测某些条件
49 if (<某些条件>) {
50 //! 这里做一些“开启”某个状态的准备工作
51 FSM_STATE_C = true; //!< 开启某一个状态而不结束当前状态
52 FSM_STATE_D = true; //!< 你当然可以一次触发多个状态
53 …
54 } else if (<某些条件>) {
55 //! 满足某些条件以后关闭当前状态
56 FSM_STATE_B = false;
57 }
58 }
59 …
60 if (FSM_STATE_F) { //!< 一个典型的子状态机调用
61 if (!fsm_example_a(<实参列表>)) {//!< 等待子状态机返回false
62 //!子状态机运行完成，进入下一状态
63 …
64 FSM_STATE_F = false; //!< 结束当前状态
65 FSM_STATE_x = true; //!< 进入下一状态x代表某个字母
66 }
67 }
68
69 if (FSM_STATE_H) { //!< 一个典型的中止状态
70 //!< 某些状态机的操作，比如释放某些资源
71 …
72 FSM_STOP_ALL_ACTIONS(); //!< 复位状态机
73 return false; //!< 返回false表示状态机结束
74 }
75
76 return true; //!< 返回true表示状态机保持运行
77}

小结

从范例可知，这种状态机虽然看起来比较费脑子，但是在应用当中非常灵活，通过布尔变量的开启和关闭，你可以自由的控制某些状态的开启。

并且同一时刻可能有多个状态是激活的，这种结构几乎可以翻译任何流程图。

所有的函数都可以看作是状态机

要点

所有的函数都可以看作是状态机，如果函数有返回值，且这个返回值能表征至少两种以上不同的状态，那么这些返回值就可以被用作指示当前状态机的运行情况。

在我们实际编程中，我们也需要有这样的思维，比如函数之间的引用，参数传递，这些都可以当作一个状态，那么我们编码的过程中，就能够根据状态运行进行相应的模块化。

范例

我们经常会用到的枚举类型，来写测试用例，以判断程序具体执行到函数体的哪一块了

1enum
2{
3 test1=0,
4 test2,
5 test3,
6 test4,
7 ...
8}
9
10//举个简单的例子，根据返回值判断函数运行到哪里，来判断逻辑走向
11int testDemo()
12{
13 if (FSM_STATE_A) {
14 if (<某些条件>) {
15 return test1;
16 }else{
17 return test2;
18 }
19 }else{
20 return test3;
21 }
22 return test4;
23}

小结

状态机可以说是一个万能的计算机语言表述方式，应用很广泛，是裸机条件下多任务的廉价实现方案。

状态机总结

在带有操作系统的情况下也是如此，我们了解了状态机的本质，能够运用得当的话，对我们的模块化编程，代码的整理是很有帮助的。

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