+スターの公開アカウントをフォローして、エキサイティングなコンテンツを見逃さないようにしましょう
出典 | 組み込みエレクトロニクス
配列・組版 | 組込みアプリケーション研究所
ステートマシンの基本用語
現在の状態: 現在の状態を指します。
条件: 「イベント」とも呼ばれ、条件が満たされると、アクションがトリガーされるか、状態遷移が実行されます。
アクション: 条件が満たされた後に実行されるアクション。アクションの実行後、新しい状態に移行することも、元の状態を維持することもできます。アクションは必要ありません。条件が満たされると、アクションを実行せずに新しい状態に直接移行できます。
二次状態: 条件が満たされた後に移行する新しい状態。「二次状態」は「現在の状態」に対して相対的なものであり、「二次状態」が活性化されると新たな「現在の状態」に変化します。
従来の有限ステートマシンFsm実装方法
図に示すようにタイミングカウンタであり、設定状態とタイミング状態の２つの状態を持ちます。
ステータスを設定する
「+」「-」ボタンで初期カウントダウンを設定します
カウント値の設定が完了したら、確認ボタンをクリックして計時を開始、つまり計時状態に切り替えます。
タイミングステータス
「+」「-」を押してパスワードを入力します。「+」は1、「-」は0を入力します。パスワードは合計4桁です。
確認キー: 入力されたパスワードがデフォルトのパスワードと等しい場合にのみ、確認キーを押すとタイミングを停止できます。そうでない場合は、タイミングが直接ゼロになり、関連する操作が実行されます。
ネストされたスイッチ
/***************************************
1.列出所有的状态
***************************************/
typedef enum{
SETTING,
TIMING
} STATE_TYPE;
/***************************************
2.列出所有的事件
***************************************/
typedef enum{
UP_EVT,
DOWN_EVT,
ARM_EVT,
TICK_EVT
} EVENT_TYPE;
/***************************************
3.定义和状态机相关结构
***************************************/
struct bomb
{
uint8_t state;
uint8_t timeout;
uint8_t code;
uint8_t defuse_code;
} bomb1;
/***************************************
4.初始化状态机
***************************************/
void bomb1_init(void)
{
bomb1.state = SETTING;
bomb1.defuse_code = 6; //0110
}
/***************************************
5. 状态机事件派发
***************************************/
void bomb1_fsm_dispatch(EVENT_TYPE evt ,void* param)
{
switch(bomb1.state)
{
case SETTING:
{
switch(evt)
{
case UP_EVT: // "+" 按键按下事件
if(bomb1.timeout< 60)
++bomb1.timeout;
bsp_display(bomb1.timeout);
break;
case DOWN_EVT: // "-" 按键按下事件
if(bomb1.timeout > 0)
--bomb1.timeout;
bsp_display(bomb1.timeout);
break;
case ARM_EVT: // "确认" 按键按下事件
bomb1.state = TIMING;
bomb1.code = 0;
break;
}
}
break;
case TIMING:
{
switch(evt)
{
case UP_EVT: // "+" 按键按下事件
bomb1.code = (bomb1.code <<1) | 0x01;
break;
case DOWN_EVT: // "-" 按键按下事件
bomb1.code = (bomb1.code <<1);
break;
case ARM_EVT: // "确认" 按键按下事件
if(bomb1.code == bomb1.defuse_code)
{
bomb1.state = SETTING;
}
else
{
bsp_display("bomb!")
}
break;
case TICK_EVT:
if(bomb1.timeout)
{
--bomb1.timeout;
bsp_display(bomb1.timeout);
}
if(bomb1.timeout == 0)
{
bsp_display("bomb!")
}
break;
}
}
break;
}
}
アドバンテージ
シンプルでコードが一貫していて理解しやすい
欠点がある
ステートやイベントの数が増加すると、ステート関数のコードを頻繁に変更する必要があり、ステートイベント処理関数のコード量は増加の一途をたどります。
ステート マシンはカプセル化されていないため、移植性が低くなります。
状態の開始および終了操作は実装されていません。ステート マシンでは、入口と出口が特に重要です。
エントリ イベント: 最初にエントリしたときに 1 回だけトリガーされ、その主な機能は、必要な状態の初期化を実行することです。
Exit イベント: 状態が切り替わるときに 1 回だけトリガーされます。その主な機能は、状態によって生成された中間パラメータをクリアし、次のエントリにクリーンな環境を提供することです。
ステータステーブル
2次元状態遷移表
ステート マシンは状態とイベントに分けることができ、状態遷移はイベントによって駆動されるため、状態遷移は 2 次元のテーブルで表すことができます。
(*) 設定への変換は、(code == defuse_code) の場合のみ発生します。
/*1.列出所有的状态*/
enum
{
SETTING,
TIMING,
MAX_STATE
};
/*2.列出所有的事件*/
enum
{
UP_EVT,
DOWN_EVT,
ARM_EVT,
TICK_EVT,
MAX_EVT
};
/*3.定义状态表*/
typedef void (*fp_state)(EVT_TYPE evt , void* param);
static const fp_state bomb2_table[MAX_STATE][MAX_EVENT] =
{
{setting_UP, setting_DOWN, setting_ARM, null},
{setting_UP, setting_DOWN, setting_ARM, timing_TICK}
};
struct bomb_t
{
const fp_state const *state_table; /* the State-Table */
uint8_t state; /* the current active state */
uint8_t timeout;
uint8_t code;
uint8_t defuse_code;
};
struct bomb bomb2=
{
.state_table = bomb2_table;
}
void bomb2_init(void)
{
bomb2.defuse_code = 6; // 0110
bomb2.state = SETTING;
}
void bomb2_dispatch(EVT_TYPE evt , void* param)
{
fp_state s = NULL;
if(evt > MAX_EVT)
{
LOG("EVT type error!");
return;
}
s = bomb2.state_table[bomb2.state * MAX_EVT + evt];
if(s != NULL)
{
s(evt , param);
}
}
/*列出所有的状态对应的事件处理函数*/
void setting_UP(EVT_TYPE evt, void* param)
{
if(bomb1.timeout< 60)
++bomb1.timeout;
bsp_display(bomb1.timeout);
}アドバンテージ
各状態はユーザーにとって比較的独立しているため、イベントや状態を追加する際に、既存の状態イベント関数を変更する必要はありません。
ステート マシンはカプセル化でき、移植性が向上します。
関数ポインターの安全な変換: 次の機能を使用すると、ユーザーはステート マシンとイベントをプライベート属性で拡張し、統合された基本的なステート マシン インターフェイスを使用できます。
typedef void (*Tran)(struct StateTableTag *me, Event const *e);
void Bomb2_setting_ARM (Bomb2 *me, Event const *e);
typedef struct Bomb
{
struct StateTableTag *me; //必须为第一个成员
uint8_t private;
}欠点がある
最も明らかな欠点は、関数の粒度が小さすぎることです。1 つのステートと 1 つのイベントによって関数が生成されますが、ステートやイベントが多数になると、処理関数がすぐに増加し、コードを読むときにロジックが分散してしまいます。
開始および終了アクションは実装されていません。
1次元状態遷移表
実装原則:
typedef void (*fp_action)(EVT_TYPE evt,void* param);
/*转换表基础结构*/
struct tran_evt_t
{
EVT_TYPE evt;
uint8_t next_state;
};
/*状态的描述*/
struct fsm_state_t
{
fp_action enter_action; // 进入动作
fp_action exit_action; // 退出动作
fp_action action;
tran_evt_t* tran; // 转换表
uint8_t tran_nb; // 转换表的大小
const char* name;
}
/*状态表本体*/
#define ARRAY(x) x,sizeof(x)/sizeof(x[0])
const struct fsm_state_t state_table[]=
{
{setting_enter, setting_exit, setting_action, ARRAY(set_tran_evt), "setting" },
{timing_enter, timing_exit, timing_action, ARRAY(time_tran_evt), "timing" }
};
/*构建一个状态机*/
struct fsm
{
const struct state_t * state_table; /* the State-Table */
uint8_t cur_state; /* the current active state */
uint8_t timeout;
uint8_t code;
uint8_t defuse_code;
} bomb3;
/*初始化状态机*/
void bomb3_init(void)
{
bomb3.state_table = state_table; // 指向状态表
bomb3.cur_state = setting;
bomb3.defuse_code = 8; //1000
}
/*状态机事件派发*/
void fsm_dispatch(EVT_TYPE evt, void* param)
{
tran_evt_t* p_tran = NULL;
/*获取当前状态的转换表*/
p_tran = bomb3.state_table[bomb3.cur_state]->tran;
/*判断所有可能的转换是否与当前触发的事件匹配*/
for(uint8_t i=0; i<x; i++)
{
if(p_tran[i]->evt == evt) // 事件会触发转换
{
if(NULL != bomb3.state_table[bomb3.cur_state].exit_action)
{
bomb3.state_table[bomb3.cur_state].exit_action(NULL); // 执行退出动作
}
if(bomb3.state_table[_tran[i]->next_state].enter_action)
{
bomb3.state_table[_tran[i]->next_state].enter_action(NULL); // 执行进入动作
}
/*更新当前状态*/
bomb3.cur_state = p_tran[i]->next_state;
}
else
{
bomb3.state_table[bomb3.cur_state].action(evt, param);
}
}
}
/*************************************************************************
setting状态相关
************************************************************************/
void setting_enter(EVT_TYPE evt, void* param)
{
}
void setting_exit(EVT_TYPE evt, void* param)
{
}
void setting_action(EVT_TYPE evt, void* param)
{
}
tran_evt_t set_tran_evt[] =
{
{ARM , timing},
}
/*timing 状态相关*/アドバンテージ
各状態はユーザーにとって比較的独立しているため、イベントや状態を追加する際に、既存の状態イベント関数を変更する必要はありません。
状態の開始と終了を実装しました
状態遷移図に基づいて設計が容易（状態遷移図は各状態の可能な遷移を列挙したものであり、ここでは遷移表となります）
実装は柔軟で、最終状態やイベント数を減らすための監視条件の追加など、複雑なロジックを実装できます。不完全なイベント駆動型として実装可能
欠点がある
関数の粒度は小さく (2 次元より小さく、成長が遅い)、各状態には少なくとも 3 つの関数が必要であり、すべての変換関係をリストする必要があることがわかります。
QP組み込みリアルタイムフレームワーク
特徴
イベント駆動型プログラミング
ハリウッド原則: 「スーパー ループ」などの従来の逐次プログラミング手法や従来の RTOS タスクとは異なります。最新のイベント駆動型システムのほとんどは、ハリウッドの原則に従って構造化されています (電話しないでください。電話します。)。
オブジェクト指向
クラスと単一継承
道具
QM : UMLクラス図でステートマシンを記述し、Cコードを自動生成できるソフトウェア
-
QS ソフトウェア追跡ツール
QEP は有限状態マシン Fsm を実装します
成し遂げる
/* qevent.h ----------------------------------------------------------------*/
typedef struct QEventTag
{
QSignal sig;
uint8_t dynamic_;
} QEvent;
/* qep.h -------------------------------------------------------------------*/
typedef uint8_t QState; /* status returned from a state-handler function */
typedef QState (*QStateHandler) (void *me, QEvent const *e); /* argument list */
typedef struct QFsmTag /* Finite State Machine */
{
QStateHandler state; /* current active state */
} QFsm;
#define QFsm_ctor(me_, initial_) ((me_)->state = (initial_))
void QFsm_init (QFsm *me, QEvent const *e);
void QFsm_dispatch(QFsm *me, QEvent const *e);
#define Q_RET_HANDLED ((QState)0)
#define Q_RET_IGNORED ((QState)1)
#define Q_RET_TRAN ((QState)2)
#define Q_HANDLED() (Q_RET_HANDLED)
#define Q_IGNORED() (Q_RET_IGNORED)
#define Q_TRAN(target_) (((QFsm *)me)->state = (QStateHandler) (target_),Q_RET_TRAN)
enum QReservedSignals
{
Q_ENTRY_SIG = 1,
Q_EXIT_SIG,
Q_INIT_SIG,
Q_USER_SIG
};
/* file qfsm_ini.c ---------------------------------------------------------*/
#include "qep_port.h" /* the port of the QEP event processor */
#include "qassert.h" /* embedded systems-friendly assertions */
void QFsm_init(QFsm *me, QEvent const *e)
{
(*me->state)(me, e); /* execute the top-most initial transition */
/* enter the target */
(void)(*me->state)(me , &QEP_reservedEvt_[Q_ENTRY_SIG]);
}
/* file qfsm_dis.c ---------------------------------------------------------*/
void QFsm_dispatch(QFsm *me, QEvent const *e)
{
QStateHandler s = me->state; /* save the current state */
QState r = (*s)(me, e); /* call the event handler */
if (r == Q_RET_TRAN) /* transition taken? */
{
(void)(*s)(me, &QEP_reservedEvt_[Q_EXIT_SIG]); /* exit the source */
(void)(*me->state)(me, &QEP_reservedEvt_[Q_ENTRY_SIG]);/*enter target*/
}
}
// 实现上面定时器例子
#include "qep_port.h" /* the port of the QEP event processor */
#include "bsp.h" /* board support package */
enum BombSignals /* all signals for the Bomb FSM */
{
UP_SIG = Q_USER_SIG,
DOWN_SIG,
ARM_SIG,
TICK_SIG
};
typedef struct TickEvtTag
{
QEvent super; /* derive from the QEvent structure */
uint8_t fine_time; /* the fine 1/10 s counter */
} TickEvt;
typedef struct Bomb4Tag
{
QFsm super; /* derive from QFsm */
uint8_t timeout; /* number of seconds till explosion */
uint8_t code; /* currently entered code to disarm the bomb */
uint8_t defuse; /* secret defuse code to disarm the bomb */
} Bomb4;
void Bomb4_ctor (Bomb4 *me, uint8_t defuse);
QState Bomb4_initial(Bomb4 *me, QEvent const *e);
QState Bomb4_setting(Bomb4 *me, QEvent const *e);
QState Bomb4_timing (Bomb4 *me, QEvent const *e);
/*--------------------------------------------------------------------------*/
/* the initial value of the timeout */
#define INIT_TIMEOUT 10
/*..........................................................................*/
void Bomb4_ctor(Bomb4 *me, uint8_t defuse) {
QFsm_ctor_(&me->super, (QStateHandler)&Bomb4_initial);
me->defuse = defuse; /* the defuse code is assigned at instantiation */
}
/*..........................................................................*/
QState Bomb4_initial(Bomb4 *me, QEvent const *e)
{
(void)e;
me->timeout = INIT_TIMEOUT;
return Q_TRAN(&Bomb4_setting);
}
/*..........................................................................*/
QState Bomb4_setting(Bomb4 *me, QEvent const *e)
{
switch (e->sig)
{
case UP_SIG:
{
if (me->timeout < 60)
{
++me->timeout;
BSP_display(me->timeout);
}
return Q_HANDLED();
}
case DOWN_SIG:
{
if (me->timeout > 1)
{
--me->timeout;
BSP_display(me->timeout);
}
return Q_HANDLED();
}
case ARM_SIG:
{
return Q_TRAN(&Bomb4_timing); /* transition to "timing" */
}
}
return Q_IGNORED();
}
/*..........................................................................*/
void Bomb4_timing(Bomb4 *me, QEvent const *e)
{
switch (e->sig)
{
case Q_ENTRY_SIG:
{
me->code = 0; /* clear the defuse code */
return Q_HANDLED();
}
case UP_SIG:
{
me->code <<= 1;
me->code |= 1;
return Q_HANDLED();
}
case DOWN_SIG:
{
me->code <<= 1;
return Q_HANDLED();
}
case ARM_SIG:
{
if (me->code == me->defuse)
{
return Q_TRAN(&Bomb4_setting);
}
return Q_HANDLED();
}
case TICK_SIG:
{
if (((TickEvt const *)e)->fine_time == 0)
{
--me->timeout;
BSP_display(me->timeout);
if (me->timeout == 0)
{
BSP_boom(); /* destroy the bomb */
}
}
return Q_HANDLED();
}
}
return Q_IGNORED();
}アドバンテージ
オブジェクト指向設計手法を採用し、移植性に優れています。
実装されたエントリおよびエグジットアクション
適切な粒度、およびイベントの粒度は制御可能
状態を切り替えるときにポインタを変更することで効率的になります
階層型ステートマシンになるように拡張可能
欠点がある
イベントの定義とイベント粒度の制御は、設計における最大の困難です。たとえば、シリアル ポートがデータのフレームを受信すると、これらの変数の更新が別のイベントとして扱われるか、シリアル ポートがデータをイベントとして受信します。イベント。または表示画面 このプログラミング方法を使用する場合、イベントをどのように設計するか。
階層型ステートマシン Hsm の QP 実装の概要
初期化:
初期化階層ステート マシンの実装: 初期化中、ユーザーが選択した状態は常に最下位の状態になります。上図に示すように、電卓の電源を入れた後、開始状態に入る必要があります。
ここで問題があり、最初の先頭からbeginまでステート切り替えのパスがあるのですが、状態をbeginに設定する場合、このパスをどう探すかが鍵になります（パスがわかっていないとbeginに正しく入力できません。）パス内の遷移状態の開始イベントと終了イベント)
void QHsm_init(QHsm *me, QEvent const *e)
{
Q_ALLEGE((*me->state)(me, e) == Q_RET_TRAN);
t = (QStateHandler)&QHsm_top; /* HSM starts in the top state */
do
{ /* drill into the target... */
QStateHandler path[QEP_MAX_NEST_DEPTH_];
int8_t ip = (int8_t)0; /* transition entry path index */
path[0] = me->state; /* 这里的状态为begin */
/*通过执行空信号，从底层状态找到顶状态的路径*/
(void)QEP_TRIG_(me->state, QEP_EMPTY_SIG_);
while (me->state != t)
{
path[++ip] = me->state;
(void)QEP_TRIG_(me->state, QEP_EMPTY_SIG_);
}
/*切换为begin*/
me->state = path[0]; /* restore the target of the initial tran. */
/* 钻到最底层的状态，执行路径中的所有进入事件 */
Q_ASSERT(ip < (int8_t)QEP_MAX_NEST_DEPTH_);
do
{ /* retrace the entry path in reverse (desired) order... */
QEP_ENTER_(path[ip]); /* enter path[ip] */
}
while ((--ip) >= (int8_t)0);
t = path[0]; /* current state becomes the new source */
}
while (QEP_TRIG_(t, Q_INIT_SIG) == Q_RET_TRAN);
me->state = t;
}
t = path[0]; /* target of the transition */
if (s == t)
{ /* (a) check source==target (transition to self) */
QEP_EXIT_(s) /* exit the source */
ip = (int8_t)0; /* enter the target */
}
else
{
(void)QEP_TRIG_(t, QEP_EMPTY_SIG_); /* superstate of target */
t = me->state;
if (s == t)
{ /* (b) check source==target->super */
ip = (int8_t)0; /* enter the target */
}
else
{
(void)QEP_TRIG_(s, QEP_EMPTY_SIG_); /* superstate of src */
/* (c) check source->super==target->super */
if(me->state == t)
{
QEP_EXIT_(s) /* exit the source */
ip = (int8_t)0; /* enter the target */
}
else
{
/* (d) check source->super==target */
if (me->state == path[0])
{
QEP_EXIT_(s) /* exit the source */
}
else
{ /* (e) check rest of source==target->super->super..
* and store the entry path along the way */
....QPリアルタイムフレームワークの構成
メモリ管理
メモリ プールを使用すると、低パフォーマンスの MCU ではメモリが非常に限られます。メモリ管理の導入は主にアーキテクチャ全体に導入され、タスク通信の主な手段としてイベントが使用され、イベントにはパラメータがあります。同じ種類のイベントが複数回発生する可能性があります。イベント処理が完了したらイベントをクリアする必要があります。静的イベントは使用できないため、イベントごとにメモリ プールを作成する必要があります。
ブロック サイズが異なるメモリ プールの場合、考慮する必要があるのは、各ブロックの開始アドレスの位置合わせです。メモリ プールを初期化するときは、ブロックサイズ + ヘッダー サイズに基づいてメモリ プールを分割します。2 バイトの構造体を 2 で割ると、MCU が 4 バイトでアライメントされていると仮定すると、構造体の開始アドレスの半分はアライメントされません。この場合、各ブロックが確実に配置されるように、各ブロックにスペースを予約する必要があります。位置合わせ。
イベントキュー
各アクティブ オブジェクトはイベント キューを維持します。イベントは基本イベントから派生します。さまざまな種類のイベントは、基本イベント メンバーをアクティブ オブジェクトのキューに追加するだけで済みます。最後に、強制変換によって削除できます。追加パラメータを取得します。
イベントディスパッチ
イベントの直接送信
QActive_postLIFO()
サブスクリプションイベントの送信を発行する
縦軸はシグナル (イベントの基本クラス) を表します。
アクティブ オブジェクトは 64 の優先順位をサポートしており、各アクティブ オブジェクトには一意の優先順位が必要です。
優先順位ビットは、どのアクティブ オブジェクトがイベントにサブスクライブされているかを示すために使用され、イベントがトリガーされた後、イベントは優先順位に従ってアクティブ オブジェクトにディスパッチされます。
時限イベント
順序なしリンクリスト
協調スケジューラ QV
プリエンプティブル スケジューラ QK
QP nano の紹介
最大 4 レベルの状態ネストまでのあらゆる状態遷移トポロジーの入口/出口アクションの保証を含む、階層状態ネストの完全なサポート
最大 8 つの同時実行、確定的、スレッドセーフなイベント キュー アクティブ オブジェクトをサポート57
1 バイト幅 (255 信号) の信号と、0 (パラメーターなし)、1、2、または 4 バイトに構成できるスケーラブルなパラメーターをサポートします。
先入れ先出し FIFO キューイング戦略を使用した直接イベント ディスパッチ メカニズム
各アクティブ オブジェクトには、0 (タイム イベントなし)、1、2、または 4 バイトの構成可能なダイナミック レンジを持つ 1 回限りのタイム イベント (タイマー) があります。
組み込みの協調バニラカーネル
QK-nanoと呼ばれる内蔵プリエンプティブルRTCカーネル
アイドル コールバック関数を備えた低電力アーキテクチャにより、省電力モードを簡単に実装できます。
コードは、一般的なローエンド CPU アーキテクチャ用の C コンパイラの非標準拡張 (コード空間での定数オブジェクトの割り当て、リエントラント関数など) 用に準備されています。
アサーションベースのエラー処理戦略
コーディングスタイル
声明:この記事の内容はインターネットから得たものであり、著作権は元の著者に属します。作品に著作権上の問題がある場合は削除いたしますのでご連絡ください。
------------ 終了 ------------
公式アカウントをフォローして「グループを追加」と返信するとルールに従って技術交流グループに参加でき、「1024」と返信するとさらにコンテンツが閲覧できます。
さらに共有を表示するには、「元のテキストを読む」をクリックしてください。