有限狀態(tài)機(jī)建模在嵌入式按鍵設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、第30卷第2期2012年4月沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）JournalofShenyangNormalUniversity（NaturalScience）Vol.30No2Apr2012文章編號(hào)：16735862（2012）02016804有限狀態(tài)機(jī)建模在嵌入式按鍵設(shè)計(jì)中的應(yīng)用12何劍宇，劉兢兢（1遼寧現(xiàn)代服務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，沈陽(yáng)110164；2沈陽(yáng)市126中學(xué)，沈陽(yáng)110000）摘要：為了使嵌入式軟件代碼更加可靠，增強(qiáng)程序的可維護(hù)性，將有限狀態(tài)機(jī)理論應(yīng)用于介紹了有限狀態(tài)機(jī)建模在嵌入式嵌入式設(shè)計(jì)中。論述了有限狀態(tài)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和它的基本原理，系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀。針對(duì)一種實(shí)際按鍵模塊的需要，利用有

2、限狀態(tài)機(jī)的嵌入式設(shè)計(jì)建立了系統(tǒng)模型。采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)方法編寫(xiě)了按鍵接口程序，實(shí)現(xiàn)了2個(gè)按鍵的狀態(tài)機(jī)模型設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果驗(yàn)證了模型的正確性和可靠性，具有一定的工程價(jià)值。關(guān)鍵詞：有限狀態(tài)機(jī)；數(shù)學(xué)建模；嵌入式系統(tǒng)；按鍵文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A中圖分類(lèi)號(hào)：TN18doi：103969/jissn1673-58622012020090引言有限狀態(tài)機(jī)作為實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一種數(shù)學(xué)模型，是一種重要的、易于建立的、以描述控制特性為應(yīng)用比較廣泛的建模方法。使用有限狀態(tài)機(jī)的方法對(duì)動(dòng)畫(huà)角色行為建模，能夠有效處理復(fù)雜的動(dòng)主的、1畫(huà)角色行為模型，簡(jiǎn)化動(dòng)畫(huà)的設(shè)計(jì)。將有限狀態(tài)機(jī)應(yīng)用在數(shù)控系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)中，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的控制2縮短了系統(tǒng)的

3、開(kāi)發(fā)時(shí)間，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。目前，嵌入式系統(tǒng)設(shè)流程和行為的準(zhǔn)確分析和表達(dá)，3計(jì)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)智能化、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在生產(chǎn)實(shí)踐中，許多工程技術(shù)人員4嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行所需要的大量硬件資源對(duì)于部分通過(guò)引入嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。然而，資源較少的單片機(jī)來(lái)說(shuō)根本無(wú)法完成嵌入式操作系統(tǒng)的移植，如果選擇資源更多的芯片又可能增加硬67。件成本。為了解決這些問(wèn)題，魏先民等人將有限狀態(tài)機(jī)的理論應(yīng)用到嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)實(shí)踐中89，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)技術(shù)的引入使程序結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單清晰很大程度上降低了嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的文章利用有限狀態(tài)機(jī)方法編寫(xiě)了2難度。以往的很多研究中都沒(méi)有詳細(xì)介紹有限狀態(tài)機(jī)的應(yīng)用實(shí)

4、例，個(gè)按鍵的接口程序1011，實(shí)現(xiàn)了單按鍵狀態(tài)機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，具有很強(qiáng)的工程價(jià)值。1有限狀態(tài)機(jī)及其基本原理有限狀態(tài)機(jī)是指輸出取決于過(guò)去輸入部分和當(dāng)前輸入部分的時(shí)序邏輯電路，在任何時(shí)刻只處在一若有事件發(fā)生可以根據(jù)當(dāng)前狀個(gè)特定狀態(tài)。事件的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)是常見(jiàn)的設(shè)計(jì)模型。在任一狀態(tài)下，6態(tài)與輸入事件的不同，選擇處理該事件的方法以及是否轉(zhuǎn)換到下一個(gè)狀態(tài)。一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)（FSM）L，F(xiàn)，S，Z）。其中，N是一個(gè)有限的狀態(tài)集合，；L表示該通常表示為：M=（N，它的每個(gè)元素稱(chēng)作“狀態(tài)”“事件”；F定義為狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)，系統(tǒng)能接收的所有事件的集合，它的每個(gè)元素稱(chēng)為一個(gè)是N×EN上的映射；S是系統(tǒng)的一個(gè)

5、特殊狀態(tài)，一般是系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)刻的初始狀態(tài)；Z是N的一個(gè)子集，定義為一個(gè)終態(tài)集。有限狀態(tài)機(jī)通常用狀態(tài)轉(zhuǎn)移表和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖2種方式表示。一般用有向圖來(lái)表示有限狀態(tài)機(jī)，其節(jié)點(diǎn)表示每個(gè)狀態(tài)，如圖1所示。收稿日期：20110909?；痦?xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（60673021）；遼寧省教育廳科學(xué)研究資助項(xiàng)目（2009A666）。作者簡(jiǎn)介：何劍宇（1970），女，遼寧沈陽(yáng)人，遼寧現(xiàn)代服務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，碩士。件當(dāng)，與輸刻巡抖態(tài)信出閉認(rèn)釋一”第2期何劍宇，等：有限狀態(tài)機(jī)建模在嵌入式按鍵設(shè)計(jì)中的應(yīng)用171returnkey_return；該簡(jiǎn)單按鍵接口函數(shù)read_key（）在整個(gè)系統(tǒng)程序中應(yīng)每隔10m

6、s調(diào)用執(zhí)行一次，每次執(zhí)行時(shí)將先讀取與按鍵連接的I/O的電平到變量key_press中，然后進(jìn)入用switch結(jié)構(gòu)構(gòu)成的狀態(tài)機(jī)。switch結(jié)構(gòu)在每個(gè)狀態(tài)中將根據(jù)狀態(tài)的不同，以及key_中的case語(yǔ)句分別實(shí)現(xiàn)了3個(gè)不同狀態(tài)的處理判別過(guò)程，press的值（狀態(tài)機(jī)的輸入）確定輸出值（key_return），和確定下一次按鍵的狀態(tài)值（key_state）。函數(shù)read_key（）的返回參數(shù)提供上層程序使用。返回值為0時(shí)，表示按鍵無(wú)動(dòng)作；而返回1表示有一次按鍵閉合動(dòng)作，需要進(jìn)入按鍵處理程序做相應(yīng)的鍵處理。在函數(shù)read_key（）中定義了3個(gè)局部變key_press中保存著剛檢測(cè)的量，其中key_pr

7、ess和key_return為一般普通的局部變量，每次函數(shù)執(zhí)行時(shí)，按鍵值。key_return為函數(shù)的返回值，總是先初始化為0，只有在狀態(tài)1中重新置1，作為表示按鍵確認(rèn)的標(biāo)志返回。變量key_state非常重要，它保存著按鍵的狀態(tài)值，該變量的值在函數(shù)調(diào)用結(jié)束后不能消“局部靜態(tài)變量”，必須保留原值，因此在程序中定義為用static聲明。失，4結(jié)論文章詳細(xì)介紹了有限狀態(tài)機(jī)的基本原理及其在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法和具體的應(yīng)用實(shí)例，利用有限狀態(tài)機(jī)的方法對(duì)雙按鍵進(jìn)行邏輯分析和模型設(shè)計(jì)，并編寫(xiě)了雙按鍵的接口程序。最終實(shí)現(xiàn)了單按鍵狀態(tài)機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。系統(tǒng)程序的調(diào)試結(jié)果驗(yàn)證了狀態(tài)機(jī)模型的通用性和可靠性，具有很

8、強(qiáng)的工程價(jià)值和實(shí)際意義。通過(guò)狀態(tài)機(jī)方法，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提升了系統(tǒng)軟件的質(zhì)量和可靠性。參考文獻(xiàn)：1J計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2007，17（6）：130132朱晟仁有限狀態(tài)機(jī)在動(dòng)畫(huà)角色行為中的建模應(yīng)用2D上海：中國(guó)科學(xué)院上海冶金研究所，2000李為建有限狀態(tài)機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)軟件中的應(yīng)用研究3PeterVDLC專(zhuān)家編程M徐4馬5趙2002波，譯北京：人民郵電出版社，M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007潮AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐J計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2010，32（4）：128130良，倪福川基于有限狀態(tài)機(jī)的嵌入式系統(tǒng)建模研究與實(shí)現(xiàn)6J濰坊學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，6（4）：2425魏先民有限狀

9、態(tài)機(jī)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用7J工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2003，10（5）：251255徐小良有限狀態(tài)機(jī)的一種實(shí)現(xiàn)框架8陳J重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，21（5）：5558勇有限狀態(tài)機(jī)的建模與優(yōu)化設(shè)計(jì)9JAMERB，IVARJ，GRADYBTheunifiedmodelinglanguagereferencemanualMBoston：AddisonWesley，199910J單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010（4）：7981秦國(guó)棟有限狀態(tài)機(jī)的嵌入式Linux按鍵驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)11喬M北京：中國(guó)鐵道出版社，2000林，楊志剛VisualC+60高級(jí)編程技術(shù)：DirectX篇J廣西輕工業(yè)，2008，10（4）：383

10、9銳，曾小寶有限狀態(tài)機(jī)在嵌入式中的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用12J沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，27（1）：7174胡世昌，杜慶東面向?qū)ο蟪绦騼?nèi)部的兩種不同實(shí)現(xiàn)13李曉鋒，宋14WUXiaoping，JIAYunde，LIUYushuApracticaldesignofembeddedDSPvisualtrackingJJournalofBeijingUniversityofTechnology，2000，20（6）：70370715ZHOUJinzhi，WUJingDesignofembeddedwebmicro-systembasedonMSP430JOrdnanceIndustryAutoma

11、tion，2004，23（6）：4647FinitestatemachinemodelinganditsapplicationsinembeddeddesignHEJian-yu1，LIUJing-jing2（1LiaoningVocationalTechnicalCollegeofModernService，Shenyang110164，China；2126thMiddleSchoolofShenyang，Shenyang110000，China）Abstract：Inordertomakethecodeofembeddedsoftwaremorereliable，andtoenhancethemaintainabilityoftheprogram，thetheoryoffinitestatemachineisappliedinembeddeddesignThispaperdiscussesthefinitestatemachineanditsprinciple，introducedthestatemachineprogramminginembeddedsystemsandcharacteristicsofthepracticalapplication；thenpreparedbythestatemachine