嵌入式八股，状态机编程

while(1){
    A();
    B();
}

假设裸机编程有这样一个程序，A的执行时间非常长，那么程序就会变得比较卡顿。

状态机编程的根本思路在于讲一个A()拆分为多个小的函数，比如a1,a2,a3，分别执行这几个状态。

使用switch语句和它配合，执行完a1就break，运行B，下一次再执行a2，再运行B。这样就能防止一个任务长时间阻塞。具体来说

1. 什么是状态机？

状态机是一种数学模型，用于描述一个系统在不同状态之间的转换。它由以下几个关键部分组成：

• 状态（State）：系统在某一时刻所处的条件或模式。

• 事件（Event）：触发状态转换的条件或信号。

• 转换（Transition）：从一个状态到另一个状态的转移。

• 动作（Action）：在状态转换时执行的操作。

2. 状态机的类型

状态机主要有两种类型：

• 有限状态机（Finite State Machine, FSM）：状态数量有限的状态机。

• 状态图（Statechart）：一种扩展的有限状态机，支持层次化状态、并发状态和历史状态等。

3. 状态机编程的实现方式

状态机可以通过多种方式实现，常见的有：

• 使用枚举和条件语句：适合简单的状态机。

• 使用状态表（State Table）：通过二维数组或哈希表实现状态转换。

• 使用状态类和对象：面向对象的实现方式，每个状态是一个类。

• 使用现成的状态机库：如 Python 的 transitions、C++ 的 Boost.MSM 或 JavaScript 的 XState。

4. 实现状态机的步骤

（1）定义状态

typedef enum {
    STATE_IDLE,
    STATE_RUNNING,
    STATE_PAUSED,
    STATE_ERROR
} State;

（2）定义事件

明确触发状态转换的事件。例如：

typedef enum {
    EVENT_START,
    EVENT_STOP,
    EVENT_PAUSE,
    EVENT_RESUME,
    EVENT_ERROR
} Event;

3）定义状态转换逻辑

根据状态和事件，定义状态转换的规则。例如：

State nextState(State currentState, Event event) {
    switch (currentState) {
        case STATE_IDLE:
            if (event == EVENT_START) return STATE_RUNNING;
            break;
        case STATE_RUNNING:
            if (event == EVENT_PAUSE) return STATE_PAUSED;
            else if (event == EVENT_STOP) return STATE_IDLE;
            break;
        case STATE_PAUSED:
            if (event == EVENT_RESUME) return STATE_RUNNING;
            else if (event == EVENT_STOP) return STATE_IDLE;
            break;
        case STATE_ERROR:
            if (event == EVENT_STOP) return STATE_IDLE;
            break;
        default:
            return currentState;
    }
    return currentState;
}

（4）执行动作

在状态转换时执行相应的动作。例如：

void executeAction(State currentState, State nextState) {
    if (currentState == STATE_IDLE && nextState == STATE_RUNNING) {
        printf("Starting...\n");
    } else if (currentState == STATE_RUNNING && nextState == STATE_PAUSED) {
        printf("Pausing...\n");
    } else if (currentState == STATE_PAUSED && nextState == STATE_RUNNING) {
        printf("Resuming...\n");
    } else if (currentState == STATE_RUNNING && nextState == STATE_IDLE) {
        printf("Stopping...\n");
    } else if (currentState == STATE_ERROR && nextState == STATE_IDLE) {
        printf("Clearing error...\n");
    }
}

 

（5）主循环

在主循环中处理事件并更新状态：

int main() {
    State currentState = STATE_IDLE;
    Event event;

    while (1) {
        event = getEvent(); // 获取事件
        State nextState = nextState(currentState, event); // 计算下一个状态
        if (nextState != currentState) {
            executeAction(currentState, nextState); // 执行动作
            currentState = nextState; // 更新状态
        }
    }
    return 0;
}