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状态机——单片机的万能语言(附代码)

gowuye 2024-04-25 04:43 10 浏览 0 评论

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。

在此之前,我曾分享过两种状态机的实现方法,有些朋友说有点难度,我想再补充一些基础实现方法以及思路,一步一步走,链接放在这里了!

【编程之美】用C语言实现状态机(实用)

【编程之美】函数指针方法实现简单状态机(附代码)

本文将从最基础入门的方法帮助大家了解状态机,从我常用的2种状态机编写方式为大家慢慢展开。

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
 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( <</span>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 (<</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    }
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 (<</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 (<</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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