switch-statement - 嵌入式系统的状态机

Question

我已经使用 C 的 switch 语句为嵌入式系统实现了一个简单的状态机。我知道如果我使用带有查找表的函数指针会更好，但我将其保存为下一步。

我的状态机有以下状态：

1. 启动（初始状态）
2. 启动错误。
3. 空闲（系统仅在此状态下检查输入。它不会更新显示或其他任何内容。它只是“空闲”）。
4. 检查（这是实际应用）
5. 程序
6. 复制到内存

当系统启动时，它进入配置端口的启动状态，初始化显示并与连接在 SPI 总线上的 IC 握手，以确保一切正常。如果是，则系统进入空闲状态。如果不是，它进入启动错误状态，在 LCD 上显示一个错误，标记一个变量，然后进入空闲状态。

在空闲状态下，程序轮询微控制器上的 3 个引脚以检查 3 个按钮（检查、程序、复制到内存）中的一个是否被按下。根据按下的按钮，它会进入适当的状态，执行一些代码，更新 LCD，然后返回空闲状态。注意：如果系统中存在硬件故障，系统不关心是否按下按钮。启动错误状态标记一个名为 hardware_fault 的变量，如果设置该变量，则确保空闲状态不会打扰轮询任何输入按钮。

这是我第一次实现状态机，我只是不确定这是否是一个好的设计。我还没有真正看到 FSM 在空闲状态下轮询输入的任何示例。相反，似乎大多数示例本质上是相当连续的（例如计数器）。所以，我的问题是，我的设计合理吗？它确实有效，但正如这里的每个人都知道的那样，有糟糕的设计，然后有好的设计。

Answer 1

您应该将代码从 switch 语句中重构出来，并使用您提到的转换表。围绕开关的代码无法扩展、混乱并且很快变得难以阅读和更新。

为了回答你的问题，我想说大多数状态机实际上和你的一样：它们对事件做出反应（在你的情况下是民意调查）。如果它们是纯顺序的，根本没有事件，它们是用于特殊用途的，比如实现一个正则表达式......

需要注意的是，Idle状态相当于状态机库的运行时核心：它拦截事件并将它们发布到状态机。使用状态机库，它将对客户端代码“隐藏”，而像您这样的基本实现必须明确地进行事件轮询。

现在是一个设计批评：一般来说应该避免全局变量，尤其是在状态机中。StateIdle不应该知道hardware_fault全局变量。对于状态机，人们应该努力通过添加状态（当它有意义时！）将全局变量“嵌入”到状态机本身中。对（分层）状态机的一个很好的介绍和基本原理的解释在这里。

使用 UML 表示法（参见此处的教程），您的状态机是：

一个简单的重构来完全删除hardware_fault依赖项是：

也就是说，我们只是永远停留在StartupError状态中，而不转换到Idle.

ε (epsilon) 表示一个空转换，即一旦与源节点关联的活动结束就进行转换，没有任何事件。这就是您所说的“顺序”状态机。

我还包括了第一个图表的来源（第二个非常相似），它是用非常简单和强大的PlantUML生成的。

@startuml

skinparam shadowing false
title Embedded v1

state Startup
state StartupError
state Idle
state Program
state Check
state Copy

Startup : entry/ init HW
StartupError: entry/\n  display error\n  hw_fault = true
Idle : do/ if not hw_fault: poll
Program : do/ program
Check : do/ check
Copy : do/ copy

[*] -> Startup

Startup -> StartupError : ε [error]
Startup --> Idle : ε [not error]

StartupError --> Idle : ε

Idle --> Program : program_btn
Idle --> Check : check_btn
Idle --> Copy : copy_btn

Program --> Idle : ε

Check --> Idle : ε

Copy --> Idle : ε

@enduml