27、嵌入式系统规范与建模技术解析

嵌入式系统规范与建模技术解析

1. 引言

在嵌入式系统设计中，精确的规范和建模至关重要。为了更细致地表示系统，需要更精确的模型来描述面向状态的行为。状态图是实现这一目标的经典工具，而有限状态机（FSM）则是其中的核心概念。

2. 有限状态机（FSM）基础

2.1 确定性有限状态机

在经典的状态图中，圆圈代表状态，边表示状态之间的转换，边的标签代表事件。对于确定性有限状态机（DFSM），在任何时刻只有一个状态是活跃的。当一个事件发生，且该事件与当前活跃状态的某个输出边对应时，FSM会从当前活跃状态转换到该边所指向的状态。FSM可以是隐式时钟驱动的，这种FSM被称为同步FSM，其状态变化仅在时钟转换时发生。此外，FSM还可以产生输出。

2.2 经典FSM的局限性

经典FSM的一个主要局限性是缺乏时间信息。在实际的嵌入式系统中，时间因素往往是至关重要的，因此需要对经典自动机进行扩展以包含时间信息。

3. 定时自动机

3.1 基本概念

定时自动机是在经典自动机的基础上扩展而来的，引入了实值变量来模拟系统中的逻辑时钟。这些时钟在系统启动时初始化为零，并以相同的速率同步增加。时钟约束（即边上的保护条件）用于限制自动机的行为，只有当时钟的值满足边上标记的保护条件时，由该边表示的转换才能发生。在转换发生时，时钟可以被重置为零。

3.2 示例：答录机服务

以答录机为例，它通常处于初始状态。当接收到振铃信号时，时钟x被重置为0，并进入等待状态。如果被叫方拿起听筒，则可以进行通话，直到听筒被放回。否则，如果时间达到4个单