状态机在嵌入式软件中随处可见，可能你会说状态机有什么难的，不就是 switch 吗？
switch仅仅是最基础的一个点，关于状态机的更多操作，或许你都没有见过，下面分享几种实现方法。
1. 状态机基本术语
- 现态：是指当前所处的状态。
- 条件：又称为“事件”，当一个条件被满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。
- 动作：条件满足后执行的动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。
- 次态：条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的，“次态”一旦被激活，就转变成新的“现态”了。
2. 传统有限状态机FSM
如下图所示，这是一个定时计数器，计数器存在两种状态，一种为设置状态，一种为计时状态。
设置状态：
- “+” “-” 按键对初始倒计时进行设置
- 当计数值设置完成，点击确认键启动计时 ，即切换到计时状态
计时状态：
- 按下“+” “-” 会进行密码的输入“+”表示1 ,“-”表示输入0 ，密码共有4位
- 确认键：只有输入的密码等于默认密码，按确认键才能停止计时，否则计时直接到零，并执行相关操作
3. 嵌套switch
/***************************************
1.列出所有的状态
***************************************/
typedefenum{
SETTING,
TIMING
}STATE_TYPE;
/***************************************
2.列出所有的事件
***************************************/
typedefenum{
UP_EVT,
DOWN_EVT,
ARM_EVT,
TICK_EVT
}EVENT_TYPE;
/***************************************
3.定义和状态机相关结构
***************************************/
struct bomb
{
uint8_t state;
uint8_t timeout;
uint8_t code;
uint8_t defuse_code;
}bomb1;
/***************************************
4.初始化状态机
***************************************/
voidbomb1_init(void)
{
bomb1.state = SETTING;
bomb1.defuse_code = 6; //0110
}
/***************************************
5. 状态机事件派发
***************************************/
voidbomb1_fsm_dispatch(EVENT_TYPE evt ,void* param)
{
switch(bomb1.state)
{
case SETTING:
{
switch(evt)
{
case UP_EVT: // "+" 按键按下事件
if(bomb1.timeout< 60 bomb1.timeout bsp_displaybomb1.timeout break case down_evt: - ifbomb1.timeout> 0) --bomb1.timeout;
bsp_display(bomb1.timeout);
break;
case ARM_EVT: // "确认" 按键按下事件
bomb1.state = TIMING;
bomb1.code = 0;
break;
}
} break;
case TIMING:
{
switch(evt)
{
case UP_EVT: // "+" 按键按下事件
bomb1.code = (bomb1.code <<1) |0x01;
break;
case DOWN_EVT: // "-" 按键按下事件
bomb1.code = (bomb1.code <<1);
break;
case ARM_EVT: // "确认" 按键按下事件
if(bomb1.code == bomb1.defuse_code){
bomb1.state = SETTING;
}
else{
bsp_display("bomb!")
}
break;
case TICK_EVT:
if(bomb1.timeout)
{
--bomb1.timeout;
bsp_display(bomb1.timeout);
}
if(bomb1.timeout == 0)
{
bsp_display("bomb!")
}
break;
}
}break;
}
}优点：简单，代码阅读连贯，容易理解
缺点：
- 当状态或事件增多时，代码状态函数需要经常改动，状态事件处理函数会代码量会不断增加
- 状态机没有进行封装，移植性差。
- 没有实现状态的进入和退出的操作。进入和退出在状态机中尤为重要。进入事件：只会在刚进入时触发一次，主要作用是对状态进行必要的初始化。退出事件：只会在状态切换时触发一次 ，主要的作用是清除状态产生的中间参数，为下次进入提供干净环境
4. 状态表
二维状态转换表
状态机可以分为状态和事件 ，状态的跃迁都是受事件驱动的，因此可以通过一个二维表格来表示状态的跃迁。
仅当(code == defuse_code) 时才发生到setting 的转换。
/*1.列出所有的状态*/
enum
{
SETTING,
TIMING,
MAX_STATE
};
/*2.列出所有的事件*/
enum
{
UP_EVT,
DOWN_EVT,
ARM_EVT,
TICK_EVT,
MAX_EVT
};
/*3.定义状态表*/
typedefvoid(*fp_state)(EVT_TYPE evt , void* param);
staticconst fp_state bomb2_table[MAX_STATE][MAX_EVENT] =
{
{setting_UP , setting_DOWN , setting_ARM , null},
{setting_UP , setting_DOWN , setting_ARM , timing_TICK}
};
structbomb_t
{
const fp_state const *state_table; /* the State-Table */
uint8_t state; /* the current active state */
uint8_t timeout;
uint8_t code;
uint8_t defuse_code;
};
structbombbomb2=
{
.state_table = bomb2_table;
}
voidbomb2_init(void)
{
bomb2.defuse_code = 6; // 0110
bomb2.state = SETTING;
}
voidbomb2_dispatch(EVT_TYPE evt , void* param)
{
fp_state s = NULL;
if(evt > MAX_EVT)
{
LOG("EVT type error!");
return;
}
s = bomb2.state_table[bomb2.state * MAX_EVT + evt];
if(s != NULL)
{
s(evt , param);
}
}
/*列出所有的状态对应的事件处理函数*/
voidsetting_UP(EVT_TYPE evt, void* param)
{
if(bomb1.timeout< 60) ++bomb1.timeout;
bsp_display(bomb1.timeout);
}缺点：函数粒度太小是最明显的一个缺点，一个状态和一个事件就会产生一个函数，当状态和事件较多时，处理函数将增加很快，在阅读代码时，逻辑分散。没有实现进入退出动作。
一维状态转换表
实现原理：
typedefvoid(*fp_action)(EVT_TYPE evt,void* param);
/*转换表基础结构*/
structtran_evt_t
{
EVT_TYPE evt;
uint8_t next_state;
};
/*状态的描述*/
struct fsm_state_t
{
fp_action enter_action; //进入动作
fp_action exit_action; //退出动作
fp_action action;
tran_evt_t* tran; //转换表
uint8_t tran_nb; //转换表的大小
constchar* name;
}
/*状态表本体*/
#define ARRAY(x) x,sizeof(x)/sizeof(x[0])
conststruct fsm_state_t state_table[]=
{
{setting_enter , setting_exit , setting_action , ARRAY(set_tran_evt),"setting" },
{timing_enter , timing_exit , timing_action , ARRAY(time_tran_evt),"timing" }
};
/*构建一个状态机*/
structfsm
{
conststructstate_t * state_table;/* the State-Table */
uint8_t cur_state; /* the current active state */
uint8_t timeout;
uint8_t code;
uint8_t defuse_code;
}bomb3;
/*初始化状态机*/
void bomb3_init(void)
{
bomb3.state_table = state_table; //指向状态表
bomb3.cur_state = setting;
bomb3.defuse_code = 8; //1000
}
/*状态机事件派发*/
void fsm_dispatch(EVT_TYPE evt , void* param)
{
tran_evt_t* p_tran = NULL;
/*获取当前状态的转换表*/
p_tran = bomb3.state_table[bomb3.cur_state]->tran;
/*判断所有可能的转换是否与当前触发的事件匹配*/
for(uint8_t i=0;ievt == evt)//事件会触发转换
{
if(NULL != bomb3.state_table[bomb3.cur_state].exit_action){
bomb3.state_table[bomb3.cur_state].exit_action(NULL); //执行退出动作
}
if(bomb3.state_table[_tran[i]->next_state].enter_action){
bomb3.state_table[_tran[i]->next_state].enter_action(NULL);//执行进入动作
}
/*更新当前状态*/
bomb3.cur_state = p_tran[i]->next_state;
}
else
{
bomb3.state_table[bomb3.cur_state].action(evt,param);
}
}
}
/*************************************************************************
setting状态相关
************************************************************************/
voidsetting_enter(EVT_TYPE evt , void* param)
{
}
voidsetting_exit(EVT_TYPE evt , void* param)
{
}
voidsetting_action(EVT_TYPE evt , void* param)
{
}
tran_evt_t set_tran_evt[]=
{
{ARM , timing},
}
/*timing 状态相关*/ 优点：
- 各个状态面向用户相对独立，增加事件和状态不需要去修改先前已存在的状态事件函数。
- 实现了状态的进入和退出
- 容易根据状态跃迁图来设计 （状态跃迁图列出了每个状态的跃迁可能，也就是这里的转换表）
- 实现灵活，可实现复杂逻辑，如上一次状态，增加监护条件来减少事件的数量。可实现非完全事件驱动
缺点：
- 函数粒度较小（比二维小且增长慢），可以看到，每一个状态需要至少3个函数，还需要列出所有的转换关系。
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