前言

前面介紹了有限狀態(tài)機（FSM）和分層狀態(tài)機（HSM），這一篇介紹的主要是事件型狀態(tài)機（ESM）。

一種在嵌入式系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的設(shè)計方法，用于管理和控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。它將狀態(tài)的切換與外部事件的發(fā)生聯(lián)系起來，使系統(tǒng)能夠更靈活地響應(yīng)不同的條件和輸入。

介紹

事件驅(qū)動型狀態(tài)機將系統(tǒng)劃分為一組狀態(tài)，每個狀態(tài)表示系統(tǒng)在特定條件下的行為。狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是由外部事件的發(fā)生觸發(fā)的，而不是由內(nèi)部條件或方法調(diào)用直接控制。

主要組成部分

• 狀態(tài)（States）：系統(tǒng)在不同條件下可能處于的狀態(tài)。每個狀態(tài)表示一種特定的行為或狀態(tài)。

• 事件（Events）：觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的外部事件，可以是傳感器數(shù)據(jù)的變化、用戶輸入、定時器中斷等。

• 狀態(tài)轉(zhuǎn)換（Transitions）：定義狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，指明從一個狀態(tài)切換到另一個狀態(tài)需要哪個事件的觸發(fā)。

• 事件處理程序（Event Handlers）：每個狀態(tài)可以關(guān)聯(lián)一個或多個事件處理程序，用于處理狀態(tài)轉(zhuǎn)換時觸發(fā)的事件。事件處理程序定義了狀態(tài)之間的行為。

工作原理

事件驅(qū)動型狀態(tài)機的工作原理如下：

• 初始化：系統(tǒng)初始化時處于初始狀態(tài)。

• 事件監(jiān)測：系統(tǒng)不斷監(jiān)測外部事件的發(fā)生。

• 事件匹配：當(dāng)某個外部事件發(fā)生時，狀態(tài)機檢查當(dāng)前狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，找到與該事件匹配的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

• 狀態(tài)轉(zhuǎn)換：如果找到匹配的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并調(diào)用關(guān)聯(lián)的事件處理程序。這可能導(dǎo)致系統(tǒng)從當(dāng)前狀態(tài)切換到另一個狀態(tài)。

• 等待事件：一旦事件處理程序執(zhí)行完畢，系統(tǒng)會等待下一個外部事件的發(fā)生。

區(qū)別

基于事件驅(qū)動的狀態(tài)機和普通狀態(tài)機都是用于管理和控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法，但它們在設(shè)計思想和實現(xiàn)方式上有一些區(qū)別。

普通狀態(tài)機

1. 狀態(tài)切換方式：在普通狀態(tài)機中，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換通常是基于內(nèi)部條件或者直接的方法調(diào)用。狀態(tài)轉(zhuǎn)換通常由狀態(tài)之間的關(guān)系和切換條件直接控制。

2. 切換條件：普通狀態(tài)機的狀態(tài)切換通常由硬編碼的邏輯條件決定，這些條件可能包括輸入信號、定時器、內(nèi)部變量等。

3. 狀態(tài)管理：普通狀態(tài)機需要維護(hù)一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或者邏輯判斷來控制狀態(tài)的切換和行為。狀態(tài)之間的關(guān)系和切換條件可能會使代碼變得復(fù)雜，尤其在狀態(tài)較多或者狀態(tài)之間的關(guān)系較復(fù)雜時。

4. 應(yīng)用場景：普通狀態(tài)機適用于狀態(tài)轉(zhuǎn)換較為簡單、固定的場景，適合用于描述一些基本的系統(tǒng)行為和流程。

事件型驅(qū)狀態(tài)機

1. 狀態(tài)切換方式：基于事件驅(qū)動的狀態(tài)機依賴于外部事件的發(fā)生來觸發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是由事件觸發(fā)的，狀態(tài)機根據(jù)事件的發(fā)生來確定下一個狀態(tài)。

2. 切換條件：在基于事件驅(qū)動的狀態(tài)機中，狀態(tài)的轉(zhuǎn)換不是直接由內(nèi)部邏輯條件決定，而是由外部事件的發(fā)生來觸發(fā)。狀態(tài)之間的關(guān)系和切換條件更加松散。

3. 狀態(tài)管理：基于事件驅(qū)動的狀態(tài)機不需要維護(hù)復(fù)雜的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，而是在收到特定事件時，根據(jù)事件來觸發(fā)狀態(tài)的切換。這種方式使得狀態(tài)機的設(shè)計更加靈活和可擴展。

4. 應(yīng)用場景：基于事件驅(qū)動的狀態(tài)機適用于復(fù)雜的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和流程，特別是當(dāng)狀態(tài)之間的關(guān)系比較復(fù)雜，或者需要根據(jù)外部事件來靈活控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，這種方法更加合適。

總體而言，基于事件驅(qū)動的狀態(tài)機相對于普通狀態(tài)機更具靈活性和擴展性，適用于復(fù)雜的嵌入式MCU應(yīng)用場景。它能夠更好地處理狀態(tài)之間的關(guān)系，以及根據(jù)外部事件來觸發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，從而提供更高效、靈活和可擴展的狀態(tài)管理和控制。

代碼實現(xiàn)

下面是一個基于事件驅(qū)動的狀態(tài)機框架的簡單示例代碼，用于說明其工作原理。

#include  #include  // 定義狀態(tài)枚舉 typedef enum {
 STATE_IDLE,
 STATE_RUNNING,
 STATE_PAUSED,
 STATE_STOPPED
} State; // 定義事件枚舉 typedef enum {
 EVENT_START,
 EVENT_PAUSE,
 EVENT_RESUME,
 EVENT_STOP
} Event; // 定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 typedef struct { State current; // 當(dāng)前狀態(tài) Event event; // 事件 State next; // 事件觸發(fā)后的新狀態(tài) void (*action)(void);
} Transition; // 狀態(tài)處理函數(shù) void handleIdle(void) { printf("System is idle.\n");
} void handleRunning(void) { printf("System is running.\n");
} void handlePaused(void)  { printf("System is paused.\n");
} void handleStopped(void) { printf("System is stopped.\n");
} // 狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù) void stateTransition(State* currentState, Event event) { // 定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 static Transition transitions[] = {
 {STATE_IDLE, EVENT_START, STATE_RUNNING, handleRunning},
 {STATE_RUNNING, EVENT_PAUSE, STATE_PAUSED, handlePaused},
 {STATE_PAUSED, EVENT_RESUME, STATE_RUNNING, handleRunning},
 {STATE_RUNNING, EVENT_STOP, STATE_STOPPED, handleStopped},
 {STATE_PAUSED, EVENT_STOP, STATE_STOPPED, handleStopped}
 }; int numTransitions = sizeof(transitions) / sizeof(transitions[0]); // 查找并執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換 for (int i = 0; i < numTransitions; i++) 
 { if (transitions[i].current == *currentState 
 && transitions[i].event == event) 
 { printf("Transition: %d -> %d\n", 
 *currentState, transitions[i].next);
 transitions[i].action();
 *currentState = transitions[i].next; break;
 }
 }
} int main()  {
 State currentState = STATE_IDLE; // 模擬狀態(tài)轉(zhuǎn)換事件 stateTransition(¤tState, EVENT_START);
 stateTransition(¤tState, EVENT_PAUSE);
 stateTransition(¤tState, EVENT_RESUME);
 stateTransition(¤tState, EVENT_STOP); return 0;
}

運行結(jié)果：

Transition: 0 -> 1 System is running.
Transition: 1 -> 2 System is paused.
Transition: 2 -> 1 System is running.
Transition: 1 -> 3 System is stopped.