29、嵌入式系统实时调度与状态图设计全解析

嵌入式系统实时调度与状态图设计全解析

1. 状态图在嵌入式系统中的应用

在嵌入式系统里，状态机和模态行为十分常见。就像普通操作、启动模式、诊断模式和待机模式下，系统的行为通常差异很大。以数字手表为例，不同按钮的功能会依据之前的操作而改变。

1.1 使用状态图的重要性

很多人习惯用流程图来设计所有软件行为，但对于有状态行为的系统，使用流程图会导致实现过程混乱、难以理解且容易出错。而状态图能清晰地表示状态机的状态和转换，结合 case 语句实现状态机，能让代码更易理解，减少错误。

如果你遇到以下情况，就该考虑使用状态图了：
- 没有状态图、有限状态机图或其他描述状态行为的设计文档。
- 代码中有深度嵌套的条件语句，且很多条件测试相似或相同。
- 系统因软件各部分对系统状态的理解不一致，或模式依赖行为不正确而出现错误。

若不使用状态图设计状态行为，可能会产生过于复杂的条件语句，导致状态转换逻辑或每个状态的操作不正确，使代码更复杂、错误更多。

1.2 状态图的构建与实现

状态图由初始化弧、状态和状态间的弧组成。初始化弧指示系统重置时进入的状态；每个状态用椭圆表示，有名称和相关操作；弧表示状态转换，需满足其保护条件才能触发。

以三速风扇为例，它有 OFF、SLOW、MEDIUM 和 FAST 四个状态。按下 ON/OFF 按钮，在不同状态下有不同效果；按下速度选择按钮，也会根据当前状态改变风扇速度。

状态图的实现最好使用 switch 语句，以下是一个简单的 C 语言代码示例：