戏法人人会变，各有巧妙不同--用有限状态机对键盘模块的另

只看该作者 · 2008-1-11 11:41

   最近阿姨家里的几个表哥都在热烈的讨论着状态机，表弟我心痒，也想来凑凑热闹。要想加入他们的讨论，首先得明白什么是状态机，这是今天的主题之一，不过我会首先给出定义，然后谈谈我的浅薄的理解。另外，前些日子正在学习GOF的《设计模式》，其中的state模式，就是面向对象的状态机，此处我会针对嵌入式的键盘模块,用c++语言写出一个例程，及在写此例程过程中的思考过程，这是主题之二。好了，先哆嗦一下，唉，没办法这是多年的习惯了！请不要不看，请耐心看完，请不要说难，let's go!

   状态机是一个有向图形，由一组节点和一组相应的转移函数组成。状态机通过响应一系列事件而“运行”。每个事件都在属于“当前”节点的转移函数的控制范围内，其中函数的范围是节点的一个子集。函数返回“下一个”（也许是同一个）节点。这些节点中至少有一个必须是终态。当到达终态，状态机停止。
    这一段抽象的数学定义，或许会晕倒一片人，但是我们能不能换一个说法来更好的理解状态机呢，学习方法中，我最推崇“类比", 因为天地一大宇宙，人身一小宇宙，天地间一切可类比。就像电流与水流，电学与力学一样。在此表弟我不才，也想对状态机类比一下。
   其实在我看来，有限状态机就是一个人的悲喜剧，生命不息，状态不止。在父母面前，他是一个好的儿子，他所做的事就是孝敬父母,在妻子面前他是一个好丈夫，呵护着自己的老婆，支撑着这个家，在儿女面前，他是一个好爸爸淳淳教导着自己的子女，在老板面前，他是一个好职员，他所做的是为公司的明天而打拼. 如此环环不息，直至生命的终结，没有人是不死的，状态机也一样（在此不考虑无限状态机). 此类比中的"好儿子“,"好丈夫","好爸爸" 就是一个人的不同的自我，在扮演着不同的角色，演绎着不同的故事，可以称之为“状态”，而“孝敬父母”“呵护老婆”“教导子女”则是在不同状态下的行为。以下是对以上类比的C伪码抽象.

           switch(人.状态)
           {
              case "好儿子":
                孝敬父母;
                break;
              case "好丈夫":
                 呵护老婆;
                 break;
              case "好爸爸":
                 教导子女;
                 break;
              default:
            }
以上可能并不准确，因为没考虑其间的状态改变，但是其状态改变是显而易见的，比如到公司上班，就是好员工状态，回到家中，在妻子的面前，你就处于“好丈夫”状态在接儿女放学的路上，你就处在一个“好爸爸”的状态。

   接下来，就谈谈FSM（用英文并不是表弟我祟洋媚外，而是少打几个字)在嵌入式键盘模块的应用。并且用C++，及state模块实现之。键盘模块有哪些状态呢，表哥们应都清楚，无非就是，空闲(idle)，按下(press)，按住(hold)，释放(release)状态。每个状态下有不同的行为，也就是要DoSomething,于是用c++抽象一个类如下：
为了简便，在此省略掉hold状态，假设系统仅是有idle,press,release三态
class CKeyState
   {
   public:
     char m_StFlag;  //用于键盘模块中的状态转换，state模式中不是这样
     CKeyState()
     {
       m_StFlag=0;
     }
     void virtual DoSth(void)=0;  //不同状态下所做的事情，纯虚函数。
     void virtual delay(void)     //延时函数，虚函数，不同状态可以有不同的延时函数，故声明为虚函数
     {
      for(int i=0;i<100;i++)
        for(int j=0;j<255;j++);
     }
   };

class CIdleSt : public CKeyState  //空闲状态
{
  void virtual DoSth(void)
  {
    if(!KEY)                 //有键按下
    {
      delay();               //去抖
      if(!KEY)m_StFlag=1;    //仍然有键按下，则去press态
    }
  }
};

class CPressSt : public CKeyState  //按下状态
{
  void virtual DoSth(void)
  {
    LED=1;                  //具体的动作，此处为点亮一个LED
    if(KEY)m_StFlag=1;      //按键释放则去Relese态
  }
};

class CReleaseSt : public CKeyState
{
  void virtual DoSth(void)
  {
    delay();     //释放时去抖动
    if(KEY)
    {
      m_StFlag=0;  //释放则回到IDLE态

    }
    else
    {
      m_StFlag=0;  //是抖动，则仍在press态
    }
  }
};

以上就是对状态的简单抽象，以下是键盘模块的类的定义，
class CKeyModule
{
public:
  CKeyState *st;       //键盘模块当然包含一个状态
  CKeyModule()
  {
    st=new CIdleSt();  //初始化为idle状态
  }

  void UpdateState(void);  //状态的更新和转换
};

void CKeyModule:: UpdateState()
{
  char tmp=st->m_StFlag;    //根据m_StFlag的值来转换状态
  switch(tmp)
  {
  case 0:
    st = new CIdleSt();
    break;
  case 1:
    st=new CPressSt();
    break;
  case 2:
    st=new CReleaseSt();
    break;
  default:
    st=new CIdleSt();
  }
}

于是乎在我们的程序中则可应用如下：
#include<ioAT89S52.h>

#define KEY P0_bit.P0_0
#define LED P0_bit.P0_1
。。。

CKeyModule pSysKey;  //定义一个键盘模块对象

int main(void){
  KEY=1;
  LED=0;

  for(;;){
  pSysKey.st->DoSth();    //根据不同的状态，做不同的事,此处正是虚函数的精要
  pSysKey.UpdateState();  //更新状态
  }
}

相关代码在IAR中通过编译，也软件仿真过，本打算在cw08中编译，因为我有一个68hc908jl3的小板，但没想到的是，jl3竟提示RAM不够，看来cw08的编译质量或许比iar差一些。这都只是个人的一点浅见，无意中得罪哪位表哥，请不要放在心上。
   本来就是信手而写，再加上水平太差，如有不当之外，请随意拍砖，就狠狠心,不要把我当表弟看！
   好了，汇报完毕，enjoy it!