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嵌入式狀態(tài)機是一種常用的軟件設(shè)計模式，它能夠提高代碼的可讀性和可維護性。狀態(tài)機是一個抽象的概念，它描述了一個系統(tǒng)或者組件的不同狀態(tài)以及在不同狀態(tài)下如何響應(yīng)輸入和事件。狀態(tài)機可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域，比如通信協(xié)議、嵌入式系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。
在C語言中，可以使用有限狀態(tài)機（FSM）實現(xiàn)嵌入式狀態(tài)機。有限狀態(tài)機可以通過一組狀態(tài)和狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換來描述系統(tǒng)或者組件的行為。在嵌入式系統(tǒng)中，通常使用循環(huán)或者中斷處理程序來實現(xiàn)狀態(tài)機
當(dāng)系統(tǒng)需要執(zhí)行某個任務(wù)時，可以根據(jù)狀態(tài)機的狀態(tài)選擇不同的操作，例如：
- 控制系統(tǒng)狀態(tài)：例如控制器根據(jù)狀態(tài)機的狀態(tài)選擇執(zhí)行不同的操作，從而控制整個系統(tǒng)的狀態(tài)，例如開關(guān)燈、控制電機等。
- 系統(tǒng)調(diào)度：例如操作系統(tǒng)根據(jù)狀態(tài)機的狀態(tài)選擇執(zhí)行不同的任務(wù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)度。
- 系統(tǒng)事件處理：例如網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)根據(jù)狀態(tài)機的狀態(tài)選擇不同的數(shù)據(jù)處理方式，例如處理接收到的數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)等。
- 系統(tǒng)錯誤處理：例如系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤時，可以根據(jù)狀態(tài)機的狀態(tài)選擇不同的錯誤處理方式，例如重新啟動系統(tǒng)、輸出錯誤信息等。
總之，狀態(tài)機可以幫助我們將系統(tǒng)的復(fù)雜性分解為多個簡單的狀態(tài)，根據(jù)不同的狀態(tài)選擇執(zhí)行不同的操作，從而更好地實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。
主要流程
-
定義狀態(tài)和事件
首先需要定義系統(tǒng)可能存在的所有狀態(tài)，通常用枚舉類型來表示。同時需要定義可能發(fā)生的所有事件，例如輸入的數(shù)據(jù)、定時器到達等。
-
初始化狀態(tài)機
在程序啟動時，需要將狀態(tài)機初始化為特定的狀態(tài)。
-
定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換和動作
使用switch-case if-else 函數(shù)指針等語句來定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換和動作。當(dāng)事件發(fā)生時，判斷當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)不同的事件執(zhí)行相應(yīng)的動作，并將狀態(tài)轉(zhuǎn)換為下一個狀態(tài)。
-
事件處理
當(dāng)有事件發(fā)生時，將事件作為參數(shù)傳遞給狀態(tài)機，并調(diào)用狀態(tài)轉(zhuǎn)換和動作函數(shù)。
-
循環(huán)執(zhí)行
狀態(tài)機通常作為一個獨立的任務(wù)運行，并在一個無限循環(huán)中等待事件的發(fā)生。
舉例
1#include
2
3// 定義狀態(tài)機的所有可能狀態(tài)
4enum {
5 STATE_IDLE,
6 STATE_RUNNING,
7 STATE_COMPLETE,
8 NUM_STATES
9};
10
11// 定義狀態(tài)機的事件類型
12enum {
13 EVENT_START,
14 EVENT_STOP,
15 NUM_EVENTS
16};
17
18// 定義狀態(tài)機的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
19typedef struct {
20 int current_state;
21 void (*process_event)(int event);
22} state_machine_t;
23
24// 定義狀態(tài)機的處理函數(shù)
25void idle_state(int event) {
26 if (event == EVENT_START) {
27 printf("Idle state: starting...\\n");
28 // 將狀態(tài)機的當(dāng)前狀態(tài)改為運行狀態(tài)
29 state_machine.current_state = STATE_RUNNING;
30 }
31}
32
33void running_state(int event) {
34 if (event == EVENT_STOP) {
35 printf("Running state: stopping...\\n");
36 // 將狀態(tài)機的當(dāng)前狀態(tài)改為完成狀態(tài)
37 state_machine.current_state = STATE_COMPLETE;
38 }
39}
40
41void complete_state(int event) {
42 printf("Complete state: done.\\n");
43}
44
45// 初始化狀態(tài)機
46state_machine_t state_machine = {
47 .current_state = STATE_IDLE,
48 .process_event = idle_state
49};
50
51int main() {
52 // 在循環(huán)中讀取事件并將其傳遞給狀態(tài)機
53 while (1) {
54 int event;
55 scanf("%d", &event);
56 state_machine.process_event(event);
57 if (state_machine.current_state == STATE_COMPLETE) {
58 break;
59 }
60 }
61 return 0;
62}
在上面的例子中，我們定義了三個狀態(tài)：空閑狀態(tài)、運行狀態(tài)和完成狀態(tài)。我們還定義了兩個事件：啟動事件和停止事件。狀態(tài)機的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含當(dāng)前狀態(tài)和處理當(dāng)前狀態(tài)的函數(shù)的指針。我們還定義了三個處理函數(shù)，分別處理空閑狀態(tài)、運行狀態(tài)和完成狀態(tài)。在處理函數(shù)中，我們根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和事件決定下一個狀態(tài)以及執(zhí)行相應(yīng)的操作。在應(yīng)用程序中，我們初始化狀態(tài)機，然后在循環(huán)中讀取事件并將其進行傳遞。
事例二
1// 定義狀態(tài)枚舉值
2typedef enum {
3 STATE_OFF,
4 STATE_ON
5} led_state_t;
6
7// 定義狀態(tài)機結(jié)構(gòu)體
8typedef struct {
9 led_state_t state; // 當(dāng)前狀態(tài)
10 void (*turn_on)(); // 執(zhí)行開啟操作的函數(shù)指針
11 void (*turn_off)(); // 執(zhí)行關(guān)閉操作的函數(shù)指針
12} led_fsm_t;
13
14// 初始化狀態(tài)機
15void led_fsm_init(led_fsm_t* fsm, void (*turn_on)(), void (*turn_off)()) {
16 fsm->state = STATE_OFF;
17 fsm->turn_on = turn_on;
18 fsm->turn_off = turn_off;
19}
20
21// 狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換
22void led_fsm_transition(led_fsm_t* fsm, bool button_pressed) {
23 switch (fsm->state) {
24 case STATE_OFF:
25 if (button_pressed) {
26 fsm->state = STATE_ON;
27 fsm->turn_on();
28 }
29 break;
30 case STATE_ON:
31 if (button_pressed) {
32 fsm->state = STATE_OFF;
33 fsm->turn_off();
34 }
35 break;
36 default:
37 break;
38 }
39}
40
41// 主函數(shù)
42int main() {
43 // 定義LED狀態(tài)機
44 led_fsm_t led_fsm;
45 // 初始化狀態(tài)機
46 led_fsm_init(&led_fsm, turn_on_led, turn_off_led);
47 while (1) {
48 // 讀取輸入
49 bool button_pressed = read_button();
50 // 狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換
51 led_fsm_transition(&led_fsm, button_pressed);
52 // 等待下一次執(zhí)行
53 delay(10);
54 }
55 return 0;
56}
示例3
1/*舉類型state_t，其中包含四個狀態(tài)：IDLE、WAITING、RUNNING和STOPPED。*/
2typedef enum {
3 STATE_IDLE,
4 STATE_WALKING,
5 STATE_TURNING_LEFT,
6 STATE_TURNING_RIGHT,
7 STATE_STOPPED
8} robot_state_t;
9
10void transition_fn(void);
11/*用于存儲當(dāng)前狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則*/
12typedef struct {
13 robot_state_t current_state;
14 void (*transition_fn)(void);
15} robot_t;
16
17robot_t robot;
18
19int main(void) {
20 // initialize robot
21 robot.current_state = STATE_IDLE;
22 robot.transition_fn = transition_fn;
23
24 // main loop
25 while (1) {
26 switch (robot.current_state) {
27 case STATE_IDLE:
28 // do nothing
29 break;
30 case STATE_WALKING:
31 // move robot forward
32 break;
33 case STATE_TURNING_LEFT:
34 // turn robot left
35 break;
36 case STATE_TURNING_RIGHT:
37 // turn robot right
38 break;
39 case STATE_STOPPED:
40 // stop robot
41 break;
42 }
43 }
44}
45
46void transition_fn(void) {
47 switch (robot.current_state) {
48 case STATE_IDLE:
49 // transition to STATE_WALKING
50 robot.current_state = STATE_WALKING;
51 break;
52 case STATE_WALKING:
53 // transition to STATE_TURNING_LEFT or STATE_TURNING_RIGHT or STATE_STOPPED
54 if (/* condition for turning left */) {
55 robot.current_state = STATE_TURNING_LEFT;
56 } else if (/* condition for turning right */) {
57 robot.current_state = STATE_TURNING_RIGHT;
58 } else if (/* condition for stopping */) {
59 robot.current_state = STATE_STOPPED;
60 }
61 break;
62 case STATE_TURNING_LEFT:
63 // transition to STATE_WALKING
64 robot.current_state = STATE_WALKING;
65 break;
66 case STATE_TURNING_RIGHT:
67 // transition to STATE_WALKING
68 robot.current_state = STATE_WALKING;
69 break;
70 case STATE_STOPPED:
71 // transition to STATE_IDLE
72 robot.current_state = STATE_IDLE;
73 break;
74 }
75}
當(dāng)然實現(xiàn)狀態(tài)機的方式并不是惟一的。
工商網(wǎng)監(jiān)
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