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近日在看…
状态机模式是一种行为模式通过多态实现不同状态的调转行为的确是一种很好的方法只可惜在嵌入式环境下有时只能写纯C代码并且还需要考虑代码的重入和多任务请求跳转等情形因此实现起来着实需要一番考虑。
近日在看到了一个状态机的实现也学着写了一个与大家分享。
首先分析一下一个普通的状态机究竟要实现哪些内容。
状态机存储从开始时刻到现在的变化并根据当前输入决定下一个状态。这意味着状态机要存储状态、获得输入我们把它叫做跳转条件、做出响应。 如上图所示{s1, s2, s3}均为状态箭头c1/a1表示在s1状态、输入为c1时跳转到s2并进行a1操作。
最下方为一组输入状态机应做出如下反应 当某个状态遇到不能识别的输入时就默认进入陷阱状态在陷阱状态中不论遇到怎样的输入都不能跳出。
为了表达上面这个自动机我们定义它们的状态和输入类型
typedef int State;
typedef int Condition;#define STATES 3 1
#define STATE_1 0
#define STATE_2 1
#define STATE_3 2
#define STATE_TRAP 3#define CONDITIONS 2
#define CONDITION_1 0
#define CONDITION_2 1在嵌入式环境中由于存储空间比较小因此把它们全部定义成宏。此外为了降低执行时间的不确定性我们使用O(1)的跳转表来模拟状态的跳转。
首先定义跳转类型
typedef void (*ActionType)(State state, Condition condition);typedef struct
{State next;ActionType action;
} Trasition, * pTrasition;然后按照上图中的跳转关系把三个跳转加一个陷阱跳转先定义出来
// (s1, c1, s2, a1)
Trasition t1 {STATE_2,action_1
};// (s2, c2, s3, a2)
Trasition t2 {STATE_3,action_2
};// (s3, c1, s2, a3)
Trasition t3 {STATE_2,action_3
};// (s, c, trap, a1)
Trasition tt {STATE_TRAP,action_trap
};其中的动作由用户自己完成在这里仅定义一条输出语句。
void action_1(State state, Condition condition)
{printf(Action 1 triggered.\n);
}最后定义跳转表
pTrasition transition_table[STATES][CONDITIONS] {
/* c1, c2*/
/* s1 */t1, tt,
/* s2 */tt, t2,
/* s3 */t3, tt,
/* st */tt, tt,
};即可表达上文中的跳转关系。
最后定义状态机如果不考虑多任务请求那么状态机仅需要存储当前状态便行了。例如
typedef struct
{State current;
} StateMachine, * pStateMachine;State step(pStateMachine machine, Condition condition)
{pTrasition t transition_table[machine-current][condition];(*(t-action))(machine-current, condition);machine-current t-next;return machine-current;
}但是考虑到当一个跳转正在进行的时候同时又有其他任务请求跳转则会出现数据不一致的问题。
举个例子task1(s1, c1/a1 – s2)和task2(s2, c2/a2 – s3)先后执行是可以顺利到达s3状态的但若操作a1运行的时候执行权限被task2抢占则task2此时看到的当前状态还是s1s1遇到c2就进入陷阱状态而不会到达s3了也就是说状态的跳转发生了不确定这是不能容忍的。
因此要重新设计状态机增加一个“事务中”条件和一个用于存储输入的条件队列。修改后的代码如下:
#define E_OK 0
#define E_NO_DATA 1
#define E_OVERFLOW 2typedef struct
{Condition queue[QMAX];int head;int tail;bool overflow;
} ConditionQueue, * pConditionQueue;int push(ConditionQueue * queue, Condition c)
{ unsigned int flags;Irq_Save(flags);if ((queue-head queue-tail 1) || ((queue-head 0) (queue-tail 0))){queue-overflow true;Irq_Restore(flags);return E_OVERFLOW;}else{queue-queue[queue-tail] c;queue-tail (queue-tail 1) % QMAX;Irq_Restore(flags);}return E_OK;
}int poll(ConditionQueue * queue, Condition * c)
{unsigned int flags;Irq_Save(flags);if (queue-head queue-tail){Irq_Restore(flags);return E_NO_DATA;}else{*c queue-queue[queue-head];queue-overflow false;queue-head (queue-head 1) % QMAX;Irq_Restore(flags);}return E_OK;
}typedef struct
{State current;bool inTransaction;ConditionQueue queue;
} StateMachine, * pStateMachine;static State __step(pStateMachine machine, Condition condition)
{State current machine - current;pTrasition t transition_table[current][condition];(*(t-action))(current, condition);current t-next;machine-current current;return current;
}State step(pStateMachine machine, Condition condition)
{Condition next_condition;int status;State current;if (machine-inTransaction){push((machine-queue), condition);return STATE_INTRANSACTION;}else{machine-inTransaction true;current __step(machine, condition);status poll((machine-queue), next_condition);while(status E_OK){__step(machine, next_condition);status poll((machine-queue), next_condition);}machine-inTransaction false;return current;}
}void initialize(pStateMachine machine, State s)
{machine-current s;machine-inTransaction false;machine-queue.head 0;machine-queue.tail 0;machine-queue.overflow false;
}
