状态机——单片机的万能语言（附代码）

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毫无疑问，单片机的万能语言就是状态机，在嵌入式单片机编程中，也是我们常用的方法。

在此之前，我曾分享过两种状态机的实现方法，有些朋友说有点难度，我想再补充一些基础实现方法以及思路，一步一步走，链接放在这里了！

【编程之美】用C语言实现状态机(实用)

【编程之美】函数指针方法实现简单状态机(附代码)

本文将从最基础入门的方法帮助大家了解状态机，从我常用的2种状态机编写方式为大家慢慢展开。

switch/case的方法来实现

要点

用switch/case的结构配合一个状态变量，通过修改状态变量的值来切换状态。

代码如下

 1//代码参考网络 2 3//! 定义状态名称与状态值之间的关系 4#define FSM_START                                   0x00 5#define FSM_STATE_A                                 0x01 6#define FSM_STATE_B                                 0x02 7… 8#define FSM_RESET                                   0xFF 9 10bool fsm_example_A( <形参列表> ) { 11    static uint8_t s_chFSMState = FSM_START;//!< 定义状态变量 12                 … 13    switch ( s_chFSMState ) { 14        case FSM_START: 15            //! 这里添加状态机初始化代码 16            … 17            s_chFSMState = FSM_STATE_A;//!< 进入下一状态 18            break; 19        case FSM_STATE_A: 20            //! 这里添加状态机A进入下一状态的检测代码 21            if (<某某条件>) { 22                //! 这里做一些进入下一状态时要做的准备工作 23                s_chFSMState = FSM_STATE_B;//!< 进入下一状态 24            } 25            break; 26        case FSM_STATE_B: 27            //! 这里添加状态机A进入下一状态的检测代码 28            if (<某某条件>) { 29                //! 这里做一些进入下一状态时要做的准备工作 30                    s_chFSMState = FSM_STATE_A;//!< 进入下一状态 31            } else if (<某某条件>) { 32            } else if (<某某条件>) { 33                … 34            } else { 35            } 36            break; 37            … 38         case FSM_STOP: 39         case FSM_RESET: 40         default: 41             //! 这里添加状态机复位相关的代码 42             … 43             chFSMState = FSM_START;//!< 状态机复位 44             //! 返回false表示状态机已经不需要继续运行了 45             return false;                                                                46      } 47 48      //! 返回true表示状态机正在运行 49      return true;                                                                                  50} 

小结

从代码可知，这种状态机就是一路走到黑，没有让多个状态同时处于激活状态，也就是说在同一时刻，只能处于一种状态之下。

无疑，实际中有很多这样的应用，比如简单的灯的开关，当然也有很多情况是多种状态并存的，比如天气的状态就可以分为晴天、阴天、风雨雷电等等，可以同时处于多个状态。

通用的if/else来了

要点

用if else…else if结构的组合来描述状态流程图。

范例

 1//代码参考网络 2//! 首先将布尔量的状态标志压缩在一个字节里面以节省内存开支 3typedef union { 4    uint8_t     Value; 5    uint8_t     Byte;    6    struct { 7        unsigned BIT0:1; 8        unsigned BIT1:1; 9        unsigned BIT2:1; 10        unsigned BIT3:1; 11        unsigned BIT4:1; 12        unsigned BIT5:1; 13        unsigned BIT6:1; 14        unsigned BIT7:1; 15    }Bits; 16}byte_t; 17 18#define FSM_ACTION_FLAG             s_tbState.Bits 19#define FSM_STOP_ALL_ACTIONS()      do {s_tbState.Value = 0;}while(0) 20#define FSM_START                   (0 == s_tbState.Value) 21#define FSM_STATE_A                 FSM_ACTION_FLAG.BIT0 22#define FSM_STATE_B                 FSM_ACTION_FLAG.BIT1 23… 24#define FSM_STATE_H                 FSM_ACTION_FLAG.BIT7 25 26bool fsm_example_B( <</span>形参列表> ) { 27    static byte_t s_tbState = {0};//!< 定义状态变量 28 29    if (FSM_START) { //!< 起始状态 30        //! 这里放置状态机初始化的代码 31        … 32       FSM_STATE_A = true;       //!< 进入状态B，start装台自动结束 33    } 34 35    if (FSM_STATE_A) {       //!< 一个典型的简单状态 36        //! 这里放置状态A的代码或者 37        … 38        //! 这里放置某些条件以开启别的状态 39        if (<</span>某些条件>) { 40            //! 这里做一些“进入”下一个状态之前的准备工作 41            FSM_STATE_B = true;     //!< 开启下一个状态 42            FSM_STATE_A = false;   //!< 结束当前状态 43        } 44    } 45 46    if (FSM_STATE_B) {       //!< 一个典型的监视状态 47        … 48        //! 这里检测某些条件 49        if (<</span>某些条件>) { 50            //! 这里做一些“开启”某个状态的准备工作 51            FSM_STATE_C = true;    //!< 开启某一个状态而不结束当前状态 52            FSM_STATE_D = true;    //!< 你当然可以一次触发多个状态 53            … 54        } else if (<</span>某些条件>) { 55            //! 满足某些条件以后关闭当前状态 56            FSM_STATE_B = false; 57        } 58    } 59    … 60    if (FSM_STATE_F) {             //!< 一个典型的子状态机调用 61        if (!fsm_example_a(<实参列表>)) {//!< 等待子状态机返回false 62            //!子状态机运行完成，进入下一状态 63            … 64            FSM_STATE_F = false;  //!< 结束当前状态 65            FSM_STATE_x = true;  //!< 进入下一状态x代表某个字母 66        } 67    } 68 69    if (FSM_STATE_H) {     //!< 一个典型的中止状态 70        //!< 某些状态机的操作，比如释放某些资源 71        … 72        FSM_STOP_ALL_ACTIONS();      //!< 复位状态机 73        return false;               //!< 返回false表示状态机结束 74    } 75 76    return true;               //!< 返回true表示状态机保持运行 77} 

小结

从范例可知，这种状态机虽然看起来比较费脑子，但是在应用当中非常灵活，通过布尔变量的开启和关闭，你可以自由的控制某些状态的开启。

并且同一时刻可能有多个状态是激活的，这种结构几乎可以翻译任何流程图。

所有的函数都可以看作是状态机

要点

所有的函数都可以看作是状态机，如果函数有返回值，且这个返回值能表征至少两种以上不同的状态，那么这些返回值就可以被用作指示当前状态机的运行情况。

在我们实际编程中，我们也需要有这样的思维，比如函数之间的引用，参数传递，这些都可以当作一个状态，那么我们编码的过程中，就能够根据状态运行进行相应的模块化。

范例

我们经常会用到的枚举类型，来写测试用例，以判断程序具体执行到函数体的哪一块了

 1enum 2{ 3  test1=0, 4  test2, 5  test3, 6  test4, 7  ... 8} 9 10//举个简单的例子，根据返回值判断函数运行到哪里，来判断逻辑走向 11int testDemo() 12{ 13    if (FSM_STATE_A) {  14      if (<</span>某些条件>) { 15        return test1; 16      }else{ 17        return test2; 18      } 19    }else{ 20      return test3; 21    } 22    return test4; 23} 

小结

状态机可以说是一个万能的计算机语言表述方式，应用很广泛，是裸机条件下多任务的廉价实现方案。

状态机总结

在带有操作系统的情况下也是如此，我们了解了状态机的本质，能够运用得当的话，对我们的模块化编程，代码的整理是很有帮助的。