30、嵌入式系统设计：状态机、实时调度与用户界面优化

嵌入式系统设计：状态机、实时调度与用户界面优化

1. 状态机设计

1.1 概述

几乎所有嵌入式系统都具有基于状态或模式的行为。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通常截然不同。此外，不同的按钮和LED指示灯在系统处于不同状态时可能代表不同的含义，就像数字手表上的按钮，其功能取决于之前按下的按钮。

设计基于状态和模式的系统操作的一种有效方法是使用状态图。状态图是一种特定类型的有限状态机图，适用于软件设计。

1.2 使用状态图的重要性

使用合适的设计表示来匹配所设计的软件行为非常重要。虽然流程图被广泛用于各种设计，但对于具有基于状态行为的系统，使用流程图会导致实现混乱、难以理解且容易出错。

将基于状态的行为表示为状态图并使用 case 语句结构实现，代码会更加清晰。与仅使用流程图的设计方法相比，使用更合适的设计表示通常会使代码更易于理解，并且减少出错的可能性。

1.3 可能的症状

如果出现以下情况，你应该考虑使用状态图作为系统的设计方法：
- 没有状态图、有限状态机图或其他描述基于状态行为的设计文档。几乎所有嵌入式系统都能在至少一个方面从状态图中受益，如果不使用，可能存在问题。
- 代码中存在深度嵌套的条件语句，且许多条件语句具有相似或相同的条件测试。深度嵌套的 if 语句可能表明嵌入式系统中存在基于状态的行为。
- 系统由于软件不同部分对系统状态的不一致理解，或因依赖模式的行为不正确而出现错误。

1.4 不使用状态图的风险

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