嵌入式单片机状态机总结
2021-06-01

ID:技术让梦想更伟大

作者:李肖遥

毫无疑问,单片机的万能语言就是状态机,在嵌入式单片机编程中,也是我们常用的方法。

switch/case的方法来实现

要点

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23//! 定义状态名称与状态值之间的关系4#define FSM_START                                   0x005#define FSM_STATE_A                                 0x016#define FSM_STATE_B                                 0x027…8#define FSM_RESET                                   0xFF910bool 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      }4748      //! 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;1718#define FSM_ACTION_FLAG             s_tbState.Bits19#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.BIT022#define FSM_STATE_B                 FSM_ACTION_FLAG.BIT123…24#define FSM_STATE_H                 FSM_ACTION_FLAG.BIT72526bool fsm_example_B( <</span>形参列表> ) {27    static byte_t s_tbState = {0};//!< 定义状态变量2829    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    }3435    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 (<</span>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    }4546    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 (<</span>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 (<</span>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false62            //!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    }6869    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    }7576    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

1enum2{3  test1=0,4  test2,5  test3,6  test4,7  ...8}910//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 (<</span>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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