嵌入式有限状态机软件设计及应用

一、状态机介绍

状态机，也称为有限状态机（Finite State Machine，FSM），是一种数学模型，用于描述系统的行为模式和状态转移关系。状态机常用概念介绍：

1. 状态：状态机的组成部分，一个状态机由多个状态组成，假设洗衣机洗衣服的过程用状态机表示，这个状态机则包含：放水、浸洗、漂洗、脱水等多个状态。
2. 起点：状态机从这里开始启动，是一个伪状态，指向的状态是当前状态机的第一个状态
3. 终点：状态机从这里结束，也是一个伪状态
4. 转换活动：从一个状态转换到另一个状态的动作，通常流程为：

• 转换条件触发➡转换状态的退出动作➡转换过程中的动作➡被转换状态的入口动作

5. 入口动作：一个状态刚进来时需要做的事，在洗衣服的状态机中的放水状态的入口动作是，打开水龙头。
6. 出口动作：一个状态退出时需要做的事，放水状态的出口动作是关闭水龙头
7. 保持动作：状态需要保持做的事情，比如放水状态需要保持放水，并且一直判断水位

二、项目背景

公司最近有个简单的项目，但是由于没有专业的产品经理，给到软件这边的产品需求实在是一言难尽。经过多次反复与领导的沟通，才大概明白一些需求是干什么的，理解了需求后使用状态机做软件设计。

看下软件拿到的需求😵：

三、最终效果

3.1 状态机实现：

typedef struct FsmType_t FsmType;
typedef struct FsmNode_t
{
    // 进入处理
    void (*entry_func)(FsmType *);
    // 轮询处理
    void (*do_func)(FsmType *);
    // 退出处理
    void (*exit_func)(FsmType *);
}FsmNode;
typedef struct FsmType_t
{
    // 当前活动节点
    uint8_t state;
    // 节点列表
    const FsmNode** nodeTable;
}FsmType;
/**
 * @brief 状态机初始化
 * @param fsm 状态机对象
 * @param nodeTable 状态表
 * @param param 状态参数
*/
void fsm_init(FsmType* fsm,uint8_t state,FsmNode** nodeTable);
/**
 * @brief 状态转换
 * @param fsm 状态机对象
 * @param state 目标状态
*/
void fsm_trans(FsmType* fsm,uint8_t state);
/**
 * @brief 状态机执行
 * @param fsm 状态机对象
*/
void fsm_do(FsmType* fsm);

3.2 实际应用

下面是软件设计中的状态图部分（涉及到公司隐私，不展示部分细节）：

// 配置状态
static const FsmNode configState = {configEntryFunc, configDoFunc, NULL};
// 自检
static const FsmNode checkState = {NULL, checkDoFunc, NULL};
// 空闲
static const FsmNode idleState = {idleEntryFunc, idleDoFunc, NULL};
// R300
static const FsmNode r300State = {r300EntryFunc, r300DoFunc, r300DoExit};
// R50
static const FsmNode r50State = {r50EntryFunc, r50DoFunc, r50DoExit};
// 错误
static const FsmNode faultState = {faultEntryFunc, NULL, NULL};
// 关机状态
static const FsmNode shutDownState = {shutDownEntryFunc, NULL, NULL};
static const FsmNode *topNodeTable[TOP_NUMS] =
    {
        &configState,
        &checkState,
        &idleState,
        &r300State,
        &r50State,
        &faultState,
        &shutDownState,
};
void topFsmInit(void)
{
    fsm_init(&topFsmObj,READY_CONFIG,topNodeTable);
}
void topFsmDo(void)
{
    switch(topFsmObj.state)
    {
    case READY_CONFIG:
    case READY_CHECK:
        app_sample_loop();
        break; 
    case WORK_IDLE:
    case WORK_300R:
    case WORK_50R:
    case WORK_FAULT:
        app_sample_loop();
        app_fault_loop();
        break; 
    case TOP_SHUTDOWN:
        break; // 关机状态
    default:
        break;
    }
    fsm_do(&topFsmObj);
}