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說明

嵌入式狀態(tài)機是一種常用的軟件設計模式，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)下如何響應輸入和事件。狀態(tài)機可以應用于各種領域，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

當系統(tǒng)需要執(zhí)行某個任務時，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)，例如開關燈、控制電機等。
系統(tǒng)調度：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，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的調度。
系統(tǒng)事件處理：例如網(wǎng)絡通信系統(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)轉換和動作。當事件發(fā)生時，判斷當前狀態(tài)，并根據(jù)不同的事件執(zhí)行相應的動作，并將狀態(tài)轉換為下一個狀態(tài)。
事件處理
當有事件發(fā)生時，將事件作為參數(shù)傳遞給狀態(tài)機，并調用狀態(tài)轉換和動作函數(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)結構
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)結構包含當前狀態(tài)和處理當前狀態(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)當前狀態(tài)和事件決定下一個狀態(tài)以及執(zhí)行相應的操作。在應用程序中，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。

案例2

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)機結構體
 8typedef struct {
 9  led_state_t state;  // 當前狀態(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/*用于存儲當前狀態(tài)和狀態(tài)轉移規(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}