29、嵌入式系统的状态图与实时调度技术解析

嵌入式系统的状态图与实时调度技术解析

1. 状态图的概念与应用

1.1 状态图的重要性

在嵌入式系统中，状态相关或模态行为十分常见。例如，系统在正常运行、启动模式、诊断模式和待机模式下的行为差异很大，不同状态下按钮和 LED 的含义也可能不同，就像数字手表上的按钮，其功能取决于之前的操作。

使用状态图设计基于状态和模态的系统操作是个不错的选择。与流程图相比，状态图能更清晰地表示状态相关行为，避免产生复杂、难以理解且易出错的代码。如果系统存在以下情况，就应考虑使用状态图：
- 没有描述状态相关行为的状态图、有限状态机图或其他设计文档。
- 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判断不一致，或模式相关行为不正确而出现错误。

若不使用状态图设计基于状态的行为，可能会导致条件语句过于复杂，难以理解和实现，状态转换逻辑或每个状态的操作可能不正确，代码复杂度增加且错误增多。

1.2 状态图的构建

状态图是展示软件中有限状态机的状态和转换的图表。其最简单的形式包括：
- 初始化弧：指示系统重置时进入的状态，弧尾有一个小实心黑点，箭头指向重置状态。
- 一组状态：每个状态用椭圆表示，有名称和相关操作。
- 状态之间的弧：当弧的保护条件（允许状态改变的条件）为真时，弧被采用，弧上可能有相关操作，但不建议这样做。

以一个三速风扇为例，它有开/关按钮和速度选择按钮，系统有四个状态：OFF、SLOW、MEDIUM 和 FAST。按下开/关按钮，在 SLOW、MEDIUM 或 FAST 状态下会关闭系统，在 O