什么是状态机？怎么设计MCU状态机？

mikewalpole 发表于 2025-7-2 11:38
嵌入式系统软件设计中一种非常重要的用来描述一个系统的行为模型和编程模式。 ...

是的

绘制状态转移图，显示不同状态之间的转移关系和触发这些转移的事件。状态转移图有助于可视化系统的操作流程和逻辑。

绘制状态转换图来可视化各个状态及其转换条件。这有助于理解整个系统的运作方式，并为编码提供指导。

状态机是描述系统行为的模型，由状态、事件和转换规则组成。在MCU设计中，它有助于构建可靠和高效的软件系统。

Switch-Case结构：在头文件中通过宏定义或枚举方式定义好需要的状态机值，然后在源文件里用switch-case结构实现状态机的代码逻辑。

为每个状态转移定义相应的动作。这些动作可能包括读取传感器数据、控制输出、更新变量等。

在完成状态机实现后，进行测试和验证。通过输入不同的事件和条件，检查状态机是否按照预期进行状态转换，并确保每个状态转换所触发的动作正确执行。

对汇编代码来说，非常容易！1清洗堆栈，2压入新入口地址，3退出中断，即可完成转换，稍麻烦点的任务我都会用这种，实践起来对上位机的响应非常好。因为汇编地址是固定的可以用标签来自动获取入口地址，所以实现起来很容易，C语言就麻烦一点

状态（States）： 系统可能存在的不同模式或条件。例如，一个电灯的状态可以是“开”或“关”；一个电机控制系统的状态可以是“待机”、“加速”、“匀速运行”、“减速”、“急停”等。
事件/输入（Events/Inputs）： 触发状态转换的外部或内部信号。例如，按下开关按钮、达到设定速度、检测到错误、收到通信指令等。
转换（Transitions）： 定义了在特定事件发生时，系统从一个状态切换到另一个状态的条件和路径。例如，“如果当前状态是‘关’，并且事件是‘按下开关’，则转换到状态‘开’”。
动作（Actions）： 状态转换时或进入/离开某个状态时执行的操作。例如，状态从“关”转到“开”时，点亮灯泡；进入“急停”状态时，关闭电源。

根据状态图和转换规则，开始实现状态机。可以使用编程语言或相关工具实现状态机的逻辑和控制流程。

分析和明确系统需要哪些状态。常见的状态包括：
初始化状态（INIT）
空闲状态（IDLE）
运行状态（RUN）
错误状态（ERROR）

将状态转移图转化为代码。可以使用多种编程结构来实现状态机，如switch-case语句、状态表或面向对象的方法。

列出所有可能的状态。每个状态应代表系统的一个稳定条件。对于上述例子，状态可能是IDLE, HEATING, COOLING, 和 STABLE。

状态机不仅用于裸奔单片机，系统单片机也会用。它帮助管理复杂操作，确保系统稳定。

为未定义事件设置默认处理逻辑，避免程序卡死

使用switch-case结构：这是最直接的方法之一，适合小型状态机。

状态机软件可以借鉴，但要考虑单片机特性和应用需求，确保效率和稳定性。

设置未定义事件为执行安全操作，如重置或暂停，防止程序因未知错误而停滞。

裸奔时使用状态机管理任务切换，后台则适合时间片调度。

考虑用状态机模式管理电机状态，它比简单控制更灵活，适合复杂交互。