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一個(gè)輕量級(jí)的開(kāi)源嵌入式狀態(tài)機(jī)框架

發(fā)布人：xiaomaidashu 時(shí)間：2023-12-18 來(lái)源：工程師 發(fā)布文章
前言

Zorb Framework是一個(gè)基于面向?qū)ο蟮乃枷雭?lái)搭建一個(gè)輕量級(jí)的嵌入式框架。

本次分享的是Zorb Framework的狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)。中小型嵌入式程序說(shuō)白了就是由各種狀態(tài)機(jī)組成，因此掌握了如何構(gòu)建狀態(tài)機(jī)，開(kāi)發(fā)嵌入式應(yīng)用程序可以說(shuō)是手到拈來(lái)。

簡(jiǎn)單的狀態(tài)機(jī)可以用Switch-Case實(shí)現(xiàn)，但復(fù)雜一點(diǎn)的狀態(tài)機(jī)再繼續(xù)使用Switch-Case的話(huà)，層次會(huì)變得比較亂，不方便維護(hù)。

因此我們?yōu)閆orb Framework提供了函數(shù)式狀態(tài)機(jī)。

項(xiàng)目地址：https://github.com/54zorb/Zorb-Framework

狀態(tài)機(jī)的功能

我們先來(lái)看看要實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī)提供什么功能：初步要提供的功能如下：

  1. 可以設(shè)置初始狀態(tài);
  2. 可以進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換;
  3. 可以進(jìn)行信號(hào)調(diào)度;
  4. 最好可以在進(jìn)入和離開(kāi)狀態(tài)的時(shí)候可以做一些自定義的事情;
  5. 最好可以有子狀態(tài)機(jī);
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

因此，初步設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

`/* 狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu) */  
struct _Fsm  
{  
    uint8_t Level;                  /* 嵌套層數(shù)，根狀態(tài)機(jī)層數(shù)為1，子狀態(tài)機(jī)層數(shù)自增 */  
                                    /* 注：嚴(yán)禁遞歸嵌套和環(huán)形嵌套 */  
    List *ChildList;                /* 子狀態(tài)機(jī)列表 */  
    Fsm *Owner;                     /* 父狀態(tài)機(jī) */  
    IFsmState OwnerTriggerState;    /* 當(dāng)父狀態(tài)機(jī)為設(shè)定狀態(tài)時(shí)，才觸發(fā)當(dāng)前狀態(tài)機(jī) */  
                                    /* 若不設(shè)定，則當(dāng)執(zhí)行完父狀態(tài)機(jī)，立即運(yùn)行子狀態(tài)機(jī) */  
    IFsmState CurrentState;         /* 當(dāng)前狀態(tài) */  
    bool IsRunning;                 /* 是否正在運(yùn)行(默認(rèn)關(guān)) */  
  
    /* 設(shè)置初始狀態(tài) */  
    void (*SetInitialState)(Fsm * const pFsm, IFsmState initialState);  
  
    /* 運(yùn)行當(dāng)前狀態(tài)機(jī) */  
    bool (*Run)(Fsm * const pFsm);  
  
    /* 運(yùn)行當(dāng)前狀態(tài)機(jī)和子狀態(tài)機(jī) */  
    bool (*RunAll)(Fsm * const pFsm);  
  
    /* 停止當(dāng)前狀態(tài)機(jī) */  
    bool (*Stop)(Fsm * const pFsm);  
  
    /* 停止當(dāng)前狀態(tài)機(jī)和子狀態(tài)機(jī) */  
    bool (*StopAll)(Fsm * const pFsm);  
  
    /* 釋放當(dāng)前狀態(tài)機(jī) */  
    bool (*Dispose)(Fsm * const pFsm);  
  
    /* 釋放當(dāng)前狀態(tài)機(jī)和子狀態(tài)機(jī) */  
    bool (*DisposeAll)(Fsm * const pFsm);  
  
    /* 添加子狀態(tài)機(jī) */  
    bool (*AddChild)(Fsm * const pFsm, Fsm * const pChildFsm);  
  
    /* 移除子狀態(tài)機(jī)(不釋放空間) */  
    bool (*RemoveChild)(Fsm * const pFsm, Fsm * const pChildFsm);  
  
    /* 調(diào)度狀態(tài)機(jī) */  
    bool (*Dispatch)(Fsm * const pFsm, FsmSignal const signal);  
  
    /* 狀態(tài)轉(zhuǎn)移 */  
    void (*Transfer)(Fsm * const pFsm, IFsmState nextState);  
  
    /* 狀態(tài)轉(zhuǎn)移(觸發(fā)轉(zhuǎn)出和轉(zhuǎn)入事件) */  
    void (*TransferWithEvent)(Fsm * const pFsm, IFsmState nextState);  
};

關(guān)于信號(hào)，Zorb Framework做了以下定義：

/* 狀態(tài)機(jī)信號(hào)0-31保留，用戶(hù)信號(hào)在32以后定義 */  
enum {  
    FSM_NULL_SIG = 0,  
    FSM_ENTER_SIG,  
    FSM_EXIT_SIG,  
    FSM_USER_SIG_START = 32  
    /* 用戶(hù)信號(hào)請(qǐng)?jiān)谟脩?hù)文件定義，不允許在此定義 */  
};
創(chuàng)建狀態(tài)機(jī)

實(shí)現(xiàn)代碼如下：

bool Fsm_create(Fsm ** ppFsm)  {  
    Fsm *pFsm;  
      
    ZF_ASSERT(ppFsm != (Fsm **)0)  
      
    /* 分配空間 */  
    pFsm = ZF_MALLOC(sizeof(Fsm));  
    if (pFsm == NULL)  
    {  
        ZF_DEBUG(LOG_E, "malloc fsm space errorrn");  
        return false;  
    }  
      
    /* 初始化成員 */  
    pFsm->Level = 1;  
    pFsm->ChildList = NULL;  
    pFsm->Owner = NULL;  
    pFsm->OwnerTriggerState = NULL;  
    pFsm->CurrentState = NULL;  
    pFsm->IsRunning = false;  
      
    /* 初始化方法 */  
    pFsm->SetInitialState = Fsm_setInitialState;  
    pFsm->Run = Fsm_run;  
    pFsm->RunAll = Fsm_runAll;  
    pFsm->Stop = Fsm_stop;  
    pFsm->StopAll = Fsm_stopAll;  
    pFsm->Dispose = Fsm_dispose;  
    pFsm->DisposeAll = Fsm_disposeAll;  
    pFsm->AddChild = Fsm_addChild;  
    pFsm->RemoveChild = Fsm_removeChild;  
    pFsm->Dispatch = Fsm_dispatch;  
    pFsm->Transfer = Fsm_transfer;  
    pFsm->TransferWithEvent = Fsm_transferWithEvent;  
      
    /* 輸出 */  
    *ppFsm = pFsm;  
      
    return true;  
}
調(diào)度狀態(tài)機(jī)

實(shí)現(xiàn)代碼如下：

`/******************************************************************************  
 * 描述  ：調(diào)度狀態(tài)機(jī)  
 * 參數(shù)  ：(in)-pFsm           狀態(tài)機(jī)指針  
 *         (in)-signal         調(diào)度信號(hào)  
 * 返回  ：-true               成功  
 *         -false              失敗  
******************************************************************************/  
bool Fsm_dispatch(Fsm * const pFsm, FsmSignal const signal)  {  
    /* 返回結(jié)果 */  
    bool res = false;  
      
    ZF_ASSERT(pFsm != (Fsm *)0)  
      
    if (pFsm->IsRunning)  
    {  
        if (pFsm->ChildList != NULL && pFsm->ChildList->Count > 0)  
        {  
            uint32_t i;  
            Fsm * pChildFsm;  
              
            for (i = 0; i < pFsm->ChildList->Count; i++)  
            {  
                pChildFsm = (Fsm *)pFsm->ChildList  
                    ->GetElementDataAt(pFsm->ChildList, i);  
                  
                if (pChildFsm != NULL)  
                {  
                    Fsm_dispatch(pChildFsm, signal);  
                }  
            }  
        }  
          
        if (pFsm->CurrentState != NULL)  
        {  
            /* 1:根狀態(tài)機(jī)時(shí)調(diào)度  
               2:沒(méi)設(shè)置觸發(fā)狀態(tài)時(shí)調(diào)度  
               3:正在觸發(fā)狀態(tài)時(shí)調(diào)度  
             */  
            if (pFsm->Owner == NULL || pFsm->OwnerTriggerState == NULL  
                || pFsm->OwnerTriggerState == pFsm->Owner->CurrentState)  
            {  
                pFsm->CurrentState(pFsm, signal);  
                  
                res = true;  
            }  
        }  
    }  
      
    return res;  
}

篇幅有限，其它接口實(shí)現(xiàn)可閱讀：

https://github.com/54zorb/Zorb-Framework

狀態(tài)機(jī)測(cè)試
/**  
  *****************************************************************************  
  * @file    app_fsm.c  
  * @author  Zorb  
  * @version V1.0.0  
  * @date    2018-06-28  
  * @brief   狀態(tài)機(jī)測(cè)試的實(shí)現(xiàn)  
  *****************************************************************************  
  * @history  
  *  
  * 1. Date:2018-06-28  
  *    Author:Zorb  
  *    Modification:建立文件  
  *  
  *****************************************************************************  
  */  
  
#include "app_fsm.h"  
#include "zf_includes.h"  
  
/* 定義用戶(hù)信號(hào) */  
enum Signal  
{  
    SAY_HELLO = FSM_USER_SIG_START  
};  
  
Fsm *pFsm;        /* 父狀態(tài)機(jī) */  
Fsm *pFsmSon;     /* 子狀態(tài)機(jī) */  
  
/* 父狀態(tài)機(jī)狀態(tài)1 */  
static void State1(Fsm * const pFsm, FsmSignal const fsmSignal);  
/* 父狀態(tài)機(jī)狀態(tài)2 */  
static void State2(Fsm * const pFsm, FsmSignal const fsmSignal);  
  
/******************************************************************************  
 * 描述  ：父狀態(tài)機(jī)狀態(tài)1  
 * 參數(shù)  ：-pFsm       當(dāng)前狀態(tài)機(jī)  
 *         -fsmSignal  當(dāng)前調(diào)度信號(hào)  
 * 返回  ：無(wú)  
******************************************************************************/  
static void State1(Fsm * const pFsm, FsmSignal const fsmSignal)  {  
    switch(fsmSignal)  
    {  
        case FSM_ENTER_SIG:  
            ZF_DEBUG(LOG_D, "enter state1rn");  
            break;  
  
        case FSM_EXIT_SIG:  
            ZF_DEBUG(LOG_D, "exit state1rnrn");  
            break;  
  
        case SAY_HELLO:  
            ZF_DEBUG(LOG_D, "state1 say hello, and want to be state2rn");  
            /* 切換到狀態(tài)2 */  
            pFsm->TransferWithEvent(pFsm, State2);  
            break;  
    }  
}  
  
/******************************************************************************  
 * 描述  ：父狀態(tài)機(jī)狀態(tài)2  
 * 參數(shù)  ：-pFsm       當(dāng)前狀態(tài)機(jī)  
 *         -fsmSignal  當(dāng)前調(diào)度信號(hào)  
 * 返回  ：無(wú)  
******************************************************************************/  
static void State2(Fsm * const pFsm, FsmSignal const fsmSignal)  {  
    switch(fsmSignal)  
    {  
        case FSM_ENTER_SIG:  
            ZF_DEBUG(LOG_D, "enter state2rn");  
            break;  
  
        case FSM_EXIT_SIG:  
            ZF_DEBUG(LOG_D, "exit state2rnrn");  
            break;  
  
        case SAY_HELLO:  
            ZF_DEBUG(LOG_D, "state2 say hello, and want to be state1rn");  
            /* 切換到狀態(tài)1 */  
            pFsm->TransferWithEvent(pFsm, State1);  
            break;  
    }  
}  
  
/******************************************************************************  
 * 描述  ：子狀態(tài)機(jī)狀態(tài)  
 * 參數(shù)  ：-pFsm       當(dāng)前狀態(tài)機(jī)  
 *         -fsmSignal  當(dāng)前調(diào)度信號(hào)  
 * 返回  ：無(wú)  
******************************************************************************/  
static void SonState(Fsm * const pFsm, FsmSignal const fsmSignal)  {  
    switch(fsmSignal)  
    {  
        case SAY_HELLO:  
            ZF_DEBUG(LOG_D, "son say hello only in state2rn");  
            break;  
    }  
}  
  
/******************************************************************************  
 * 描述  ：任務(wù)初始化  
 * 參數(shù)  ：無(wú)  
 * 返回  ：無(wú)  
******************************************************************************/  
void App_Fsm_init(void)  {  
    /* 創(chuàng)建父狀態(tài)機(jī)，并設(shè)初始狀態(tài) */  
    Fsm_create(&pFsm);  
    pFsm->SetInitialState(pFsm, State1);  
  
    /* 創(chuàng)建子狀態(tài)機(jī)，并設(shè)初始狀態(tài) */  
    Fsm_create(&pFsmSon);  
    pFsmSon->SetInitialState(pFsmSon, SonState);  
  
    /* 設(shè)置子狀態(tài)機(jī)僅在父狀態(tài)State2觸發(fā) */  
    pFsmSon->OwnerTriggerState = State2;  
  
    /* 把子狀態(tài)機(jī)添加到父狀態(tài)機(jī) */  
    pFsm->AddChild(pFsm, pFsmSon);  
  
    /* 運(yùn)行狀態(tài)機(jī) */  
    pFsm->RunAll(pFsm);  
}  
  
/******************************************************************************  
 * 描述  ：任務(wù)程序  
 * 參數(shù)  ：無(wú)  
 * 返回  ：無(wú)  
******************************************************************************/  
void App_Fsm_process(void)  {  
    ZF_DELAY_MS(1000);  
    /* 每1000ms調(diào)度狀態(tài)機(jī)，發(fā)送SAY_HELLO信號(hào) */  
    pFsm->Dispatch(pFsm, SAY_HELLO);  
}  
  
/******************************** END OF FILE ********************************/
測(cè)試結(jié)果

圖片

測(cè)試結(jié)果

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