狀態(tài)機基礎(chǔ)篇

不用懷疑，單片機的萬能語言就是狀態(tài)機。還希望大家不要條件反射式的看到狀態(tài)機就

以為我要講什么VHDL的東西——狀態(tài)機是一種思維模式，是計算機理論的立足之本（不

相信請參考清華大學(xué)出版社的《自動機理論與應(yīng)用》）——因此狀態(tài)機的實現(xiàn)與語言本

身關(guān)系并不是絕對的。本文要討論的狀態(tài)機，從實現(xiàn)方式上更類似于Java中常用的那種

思維模式，而與VHDL相去甚遠。

路要一步一步走，飯要一口一口吃，為了不把后來人嚇跑，狀態(tài)機理論中更多復(fù)雜的部

分，我會在以后專門寫文章討論，這里我先找一個切入點，從我常用的2種狀態(tài)機編寫

方式為大家慢慢展開。

首先，關(guān)于幾個問題，比如：什么地方用狀態(tài)機？狀態(tài)機究竟有幾種寫法？狀態(tài)機效率

到底高不高？是不是把簡單問題弄復(fù)雜了？這類問題統(tǒng)統(tǒng)不在本文討論之列，簡而言之

——誰用誰知道。其實，還不能簡單的就這么下了結(jié)論，套八股文而不求甚解的也大有

人在————因此我要說：關(guān)于狀態(tài)機的各種問題“誰思考誰實踐誰堅持誰知道”。

狀態(tài)機入門第一式：switch

case一線到底

要點：

用switch結(jié)構(gòu)配合一個狀態(tài)變量，通過修改狀態(tài)變量的值來切換狀態(tài)。

范例：

//!

定義狀態(tài)名稱與狀態(tài)值之間的關(guān)系，增加可讀性

#define

FSM_START

0x00

#define

FSM_STATE_A

0x01

#define

FSM_STATE_B

0x02

…

#define

FSM_RESET

0xFF

bool

fsm_example_A(

<</span>形參列表>

)

{

static

uint8_t

s_chFSMState

=

FSM_START;

//!<

定義狀態(tài)變量

…

switch

(

s_chFSMState

)

{

case

FSM_START:

//!

這里添加狀態(tài)機初始化代碼

…

s_chFSMState

=

FSM_STATE_A;

//!<

進入下一狀態(tài)

break;

case

FSM_STATE_A:

//!

這里添加狀態(tài)機A進入下一狀態(tài)的檢測代碼

if

(<</span>某某條件>)

{

//!

這里做一些進入下一狀態(tài)時要做的準(zhǔn)備工作

s_chFSMState

=

FSM_STATE_B;

//!<

進入下一狀態(tài)

}

break;

case

FSM_STATE_B:

//!

這里添加狀態(tài)機A進入下一狀態(tài)的檢測代碼

if

(<</span>某某條件>)

{

//!

這里做一些進入下一狀態(tài)時要做的準(zhǔn)備工作

s_chFSMState

=

FSM_STATE_A;

//!<

進入下一狀態(tài)

}

else

if

(<</span>某某條件>)

{

}

else

if

(<</span>某某條件>)

{

…

}

else

{

}

break;

…

case

FSM_STOP:

case

FSM_RESET:

default:

//!

這里添加狀態(tài)機復(fù)位相關(guān)的代碼

…

chFSMState

=

FSM_START;

//!<

狀態(tài)機復(fù)位

//!

返回false表示狀態(tài)機已經(jīng)不需要繼續(xù)運行了

return

false;

}

//!

返回true表示狀態(tài)機正在運行

return

true;

}

總結(jié)：

從范例可知，這種狀態(tài)機就是一根筋……并不是說他走不出什么分支來，而

是說通常他沒有辦法讓多個狀態(tài)同時處于激活狀態(tài)。

狀態(tài)機入門第二式：if

判斷變化無窮

要點：

用if

else…else

if結(jié)構(gòu)的組合來描述狀態(tài)流程圖。

什么是狀態(tài)流程圖？我不想多解釋，因為就那么個簡單的東西，說多了反而神秘兮兮的。

狀態(tài)流程圖你可以簡單粗暴的認為，他就是流程圖，等你用得多了，你就漸漸明白為啥

多了“狀態(tài)”二字；如果你后來或者先前學(xué)過狀態(tài)圖，那么很快你就會明白狀態(tài)流程圖

比狀態(tài)圖“高級”了多少。

1、

不管怎么說，你可以先為你要處理的事物畫一個流程圖。如果流程圖都不會畫，就

不用湊熱鬧了。

2、

接下來，把流程圖上每一個方框或者判斷筐都“簡單粗暴”地看成一個狀態(tài)。

3、

將每一個狀態(tài)用if結(jié)構(gòu)表示出來

if

(<</span>狀態(tài)標(biāo)志>)

{

//!

狀態(tài)代碼

…

}

4、

自己看著辦，合并多余的狀態(tài)，優(yōu)化優(yōu)化代碼。

范例：

//!

首先將布爾量的狀態(tài)標(biāo)志壓縮在一個字節(jié)里面以節(jié)省內(nèi)存開支

typedef

union

{

uint8_t

Value;

uint8_t

Byte;

struct

{

unsigned

BIT0:1;

unsigned

BIT1:1;

unsigned

BIT2:1;

unsigned

BIT3:1;

unsigned

BIT4:1;

unsigned

BIT5:1;

unsigned

BIT6:1;

unsigned

BIT7:1;

}

Bits;

}byte_t;

#define

FSM_ACTION_FLAG

s_tbState.Bits

#define

FSM_STOP_ALL_ACTIONS()

do

{s_tbState.Value

=

0;}while(0)

#define

FSM_START

(0

==

s_tbState.Value)

#define

FSM_STATE_A

FSM_ACTION_FLAG.BIT0

#define

FSM_STATE_B

FSM_ACTION_FLAG.BIT1

…

#define

FSM_STATE_H

FSM_ACTION_FLAG.BIT7

bool

fsm_example_B(

<</span>形參列表>

)

{

static

byte_t

s_tbState

=

{0};

//!<

定義狀態(tài)變量

if

(FSM_START)

{

//!<

起始狀態(tài)

//!

這里放置狀態(tài)機初始化的代碼

…

FSM_STATE_A

=

true;

//!<

進入狀態(tài)B，start裝臺自動結(jié)束

}

if

(FSM_STATE_A)

{

//!<

一個典型的簡單狀態(tài)

//!

這里放置狀態(tài)A的代碼或者

…

//!

這里放置某些條件以開啟別的狀態(tài)

if

(<</span>某些條件>)

{

//!

這里做一些“進入”下一個狀態(tài)之前的準(zhǔn)備工作

FSM_STATE_B

=

true;

//!<

開啟下一個狀態(tài)

FSM_STATE_A

=

false;

//!<

結(jié)束當(dāng)前狀態(tài)

}

}

if

(FSM_STATE_B)

{

//!<

一個典型的監(jiān)視狀態(tài)

…

//!

這里檢測某些條件

if

(<</span>某些條件>)

{

//!

這里做一些“開啟”某個狀態(tài)的準(zhǔn)備工作

FSM_STATE_C

=

true;

//!<

開啟某一個狀態(tài)而不結(jié)束當(dāng)前狀態(tài)

FSM_STATE_D

=

true;

//!<

你當(dāng)然可以一次觸發(fā)多個狀態(tài)

…

}

else

if

(<</span>某些條件>)

{

//!

滿足某些條件以后關(guān)閉當(dāng)前狀態(tài)

FSM_STATE_B

=

false;

}

}

…

if

(FSM_STATE_F)

{

//!<

一個典型的子狀態(tài)機調(diào)用

if

(!fsm_example_a(<</span>實參列表>))

{

//!<

等待子狀態(tài)機返回false

//!子狀態(tài)機運行完成，進入下一狀態(tài)

…

FSM_STATE_F

=

false;

//!<

結(jié)束當(dāng)前狀態(tài)

FSM_STATE_x

=

true;

//!<

進入下一狀態(tài)x代表某個字母

}

}

if

(FSM_STATE_H)

{

//!<

一個典型的中止?fàn)顟B(tài)

//!<

某些狀態(tài)機的操作，比如釋放某些資源

…

FSM_STOP_ALL_ACTIONS();

//!<

復(fù)位狀態(tài)機

return

false;

//!<

返回false表示狀態(tài)機結(jié)束

}

return

true;

//!<

返回true表示狀態(tài)機保持運行

}

總結(jié)：

從范例可知，這種狀態(tài)機非常靈活，通過布爾變量的開啟和關(guān)閉，你可以自

由的控制某些狀態(tài)的開啟。同一時刻可能有多個狀態(tài)是激活的。這種結(jié)構(gòu)幾乎可以翻譯

任何流程圖。具體還有很多好處，可以在使用中體會。

狀態(tài)機入門第三式：狀態(tài)在心中，無態(tài)也變態(tài)

要點：

所有的函數(shù)都可以看作是狀態(tài)機，只不過普通的函數(shù)是一個只有單一狀態(tài)的

狀態(tài)機。如果函數(shù)有返回值，且這個返回值能表征至少兩種以上不同的狀態(tài)（比如返回

是一個指針，那么NULL和非NULL就是兩種狀態(tài)；比如返回是一個布爾變量，那么true和

false就是兩種狀態(tài)；比如返回的是一個整數(shù)，并且整數(shù)的某