本帖最后由 Simon21ic 于 2014-8-19 15:38 编辑
终于稍微有些时间看了几种状态机的实现方式，其实很久以前就有人和我提过全状态机的系统，只是那个时候没有迫切需求，所以那时只是实现非阻塞的轮训系统（虽然也是基于简单的有限状态机）。
出来混迟早要还的，该要做的东西，总是逃不掉的。而且，我的性格就是在我的能力下花时间把东西做到最好，而不是花时间一遍一遍做同样的东西。
这个帖子不是要推广我的代码构架，只是为了让给我做外包的人，前期能够先简单了解一下，所以我就不顶贴了，希望大家看到的话，也让他沉下去吧。
目前的系统构架是vsf平台构架中，新增加的一部分，大概花了1周时间不到，基本定型，以后还可能会有更新，当然，如果有好的建议的话，可以联系我。
状态机的基本概念我就不多说了，自己去网上搜索就是了。
先介绍一下目前我看过的几种事件驱动的状态机以及UML的状态图：
1. MSM(MSM在搜索引擎搜索的话不一定找得到，可以搜索meta state machine)，Boost library中使用的状态机，传说中最快的状态机
直接上文档
http://www.boost.org/doc/libs/1_55_0/libs/msm/doc/HTML/index.html
2. HSM，QP平台使用的状态机
Practical UML statecharts in C/C++, Second Edition: Event-Driven Programming for Embedded Systems
这本书写的不错，值得看一下，虽然网上能够下载到中文版的PDF，不过建议看英文的，你懂得。。。。
3. UML状态图
http://www.sparxsystems.com/resources/uml2_tutorial/uml2_statediagram.html
事件驱动的状态机：
状态机有以下几个元素组成：
1. 状态，可以有entry和exit行为
2. 事件，发送给某个状态机的事件队列，由改状态机的当前状态处理，在层次状态机中，如果当前当前状态处理不了的话，可以由超状态处理
3. 动作，某个事件触发后，状态机执行的动作
4. 转换，有一个状态到另一个状态
5. 条件，某个状态下，如果触发某个事件，只有当条件满足才会进行状态转换
所以，简单的将，状态机由有限个状态组成，当触发某个事件后，执行相应的动作，并且，如果满足一定条件，这需要做状态转换。
层次状态机
UML定义的状态图中，状态是有层次关系的，除了top状态外，其他状态都有超状态，这个按照QP量子平台的说明，用GUI更加容易解释。
这里随便用GUI举个例子，当然，并不一定是实际情况。
GUI的串口中，可以有各个空间，也可以有一个container空间，比如groupbox等。
当前的事件是发送给当前的活动控件的，比如是一个按键，按钮只处理按钮能够处理的时间，比如click，enter等等。
那么其他所有处理不了的事件，按钮可以发送他的超状态处理，比如是一个groupbox，其他空间也一样，处理不了的事件发给超状态，这个类似面向对象的继承关系。
所以，对于ctrl+F4的时间处理，只需要放在窗口的状态机里处理就行，因为即使里面的控件收到了，会层层网上传递，知道找到能够处理的状态。
VSF平台中的事件驱动的层次状态机构架：
首先，不推荐大家使用，刚刚完成，距离完善还需要经过一些项目的试炼。而且，也有其他更加成熟的层次状态机可以使用。
VSF平台的状态机构架，只是给我自己的产品使用的。看到这里，如果觉得误入歧途，现在逃还来得及。
VSF的状态机构架和QP的不同，没有用到底层的调度内核。
系统构架简单的说，就是中断只做紧急的处理，然后发送事件给状态机，状态机在收到事件后，在非中断状态下，处理事件。并且，当系统没有待处理的状态的话，就可以休眠。
当然，除了中断可以发送事件外，非中断代码也同样可以发送事件，甚至状态而已给自己发送事件。当然，也可以模拟中断发送的事件。
不过事件类型是有区分的，可以通过代码实现事件的互斥，也就是说，发送了A事件就不发送B事件了，而且，可以实现负责的事件互斥关系。
状态内部可以包含复合状态机，并且可以支持多个复合状态机同时运行。VSF的状态机构架实现了timer组件，可以根据设定的时间发送用户指定的事件。
状态机由于是并行处理，VSF的状态机构架也实现了信号量，可以用于一些共享资源的保护。
当然，由于所有状态机都运行在同一任务平面上，所以，目前不支持状态机的优先级。目前也还没有去支持紧急事件，也没有实现元状态机的构架。
这里就只是简单介绍一下一些基本元素的数据结构，数据结构确定后，代码其实也就能大概猜到是怎么实现的了。
状态结构：
struct vsfsm_t;
struct vsfsm_state_t
{
// return NULL means the event is handled, and no transition
// return a vsfsm_state_t pointer means transition to the state
// return -1 means the event is not handled, should redirect to superstate
struct vsfsm_state_t * (*evt_handler)(struct vsfsm_t *sm, vsfsm_evt_t evt);
// sub state machine list
// for subsm, user need to call vsfsm_init on VSFSM_EVT_ENTER
// if the subsm is historical, vsfsm_init should only be called once on
// first VSFSM_EVT_ENTER
// for initialized historical subsm, vsfsm_set_active should be called to
// set the subsm active(means ready to accept events) on
// VSFSM_EVT_ENTER, and set the subsm inactive on VSFSM_EVT_EXIT
struct vsfsm_t *subsm;
#if VSFSM_CFG_HSM_EN
// for top state, super is NULL; other super points to the superstate
struct vsfsm_state_t *super;
#endif
};
消息以及消息队列：
enum
{
VSFSM_EVT_INVALID = -1,
VSFSM_EVT_SYSTEM = 0,
VSFSM_EVT_DUMMY = VSFSM_EVT_SYSTEM + 0,
VSFSM_EVT_INIT = VSFSM_EVT_SYSTEM + 1,
VSFSM_EVT_USER = VSFSM_EVT_SYSTEM + 0x10,
// instant message CANNOT be but in the event queue and
// can not be sent in interrupt
VSFSM_EVT_INSTANT = VSFSM_EVT_SYSTEM + 0x2000,
VSFSM_EVT_USER_INSTANT = VSFSM_EVT_INSTANT,
VSFSM_EVT_INSTANT_END = VSFSM_EVT_INSTANT + 0x2000 - 1,
// local event can not transmit or be passed to superstate
VSFSM_EVT_LOCAL = VSFSM_EVT_INSTANT_END + 1,
VSFSM_EVT_USER_LOCAL = VSFSM_EVT_LOCAL,
// local instant message CANNOT be but in the event queue and
// can not be sent in interrupt
VSFSM_EVT_LOCAL_INSTANT = VSFSM_EVT_LOCAL + 0x2000,
// VSFSM_EVT_ENTER and VSFSM_EVT_EXIT are local instant events
VSFSM_EVT_ENTER = VSFSM_EVT_LOCAL_INSTANT + 0,
VSFSM_EVT_EXIT = VSFSM_EVT_LOCAL_INSTANT + 1,
VSFSM_EVT_USER_LOCAL_INSTANT = VSFSM_EVT_LOCAL_INSTANT + 2,
VSFSM_EVT_LOCAL_INSTANT_END = VSFSM_EVT_LOCAL_INSTANT + 0x2000 - 1,
};
typedef int vsfsm_evt_t;
struct vsfsm_evtqueue_t
{
vsfsm_evt_t *evt_buffer;
uint16_t evt_buffer_num;
// private
uint16_t head;
uint16_t tail;
uint16_t count;
};
这里有一个local事件的概念，是指这个事件只能状态内部处理，不能像高层传递。事件队列的实现也非常简单，看了结构就知道代码。
然后，还有instant事件的概念，就是不能放到事件列表，需要状态立即处理的时间。
通过instant事件，可以实现多个时间的复杂互斥关系。
比如，代码申请A资源的访问许可，发现不可立即访问，那么再申请了一个50ms的timer，访问许可的事件以及timer的事件都设置为立即时间。
在任何一个时间到达后，都会关闭另一个事件，由于事件需要立即执行，执行的时候，不会有另一个互斥时间等在事件列表，这样就实现了事件的互斥。
不过需要注意的是，instant事件不能在中断中发送。
目前事件只是一个int类型的signal，以后更具需要，可能会改成一个结构体，发送信号的时候，还可以带参数。
事件处理接口，可以返回下一个状态，如果是NULL，那就不需要转换；如果是自己，那就退出后再进入；如果是其他状态，那就进入其他状态；如果是-1那就提交给超状态处理(如果不是LOCAL事件的话)。
状态机接口也呼之欲出了：
struct vsfsm_t
{
struct vsfsm_evtqueue_t evtq;
// initial state
struct vsfsm_state_t init_state;
// user_data point to the user specified data for the sm
void *user_data;
// sm_extra is used for specific sm type
// for MSM, sm_extra point to the transmit table
void *sm_extra;
// private
struct vsfsm_state_t *cur_state;
#if VSFSM_CFG_SEM_EN
// pending_next is used for vsfsm_sem_t
struct vsfsm_t *pending_next;
#endif
volatile bool active;
struct vsfsm_t *next;
};
事件队列，初始状态，用户数据以及状态机数据（暂时没用到，以后如果支持元状态机的话，可以放状态转换表），其他的都是内部处理的变量。
应用部分，在定义好状态机后，代码其实就非常简单了：
int main(void)
{
interfaces->core.init(NULL);
interfaces->tickclk.init();
interfaces->tickclk.start();
vsftimer_init();
vsfsm_init(&app.sm);
while (1)
{
vsftimer_poll();
vsfsm_poll(&app.sm);
if (!vsfsm_get_event_pending())
{
// sleep
interfaces->core.sleep(SLEEP_WFI);
}
}
}
当然，这个构架有一个问题，就是在vsfsm_get_event_pending查询是否有等待的事件和interfaces->core.sleep(SLEEP_WFI);休眠之间，如果有中断发生，并且发送了事件，那要等到下一次唤醒才能处理，求解决方案(Cortex的ARM已经找到解决方法)。
最后，提一下目前VSF构架下，状态机设计的几个原则。有一些是别人推荐的。
大部分原则是给事件触发的状态机增加一些限制，使得复杂度更加容易控制。
1. 层次状态机的灵活度非常大，复杂富很难控制，建议能不使用层次状态机就不使用。
目前的VSF状态机构架，即使应用不使用层次状态机，但是也可以和层次状态机兼容，所以不需要担心需要实现2种状态机（一种层次的，一种非层次的）。
2. 模块的代码，状态机不继承其他状态机，也就是说，模块的代码中的状态机，就是顶层的。
层次状态机的理念是消息处理的继承性，模块化设计的理念是模块与外部隔离，当2这有冲突的时候，优先考虑模块化的要求。
3. 中断中，发送事件使用pending的方式（发送到状态机的事件队列），而且，不能使用instant event(不发送到事件队列，需要立即处理的事件)。
普通代码中，发送的事件尽量使用instant事件，特别是状态机可以同时处理超过1个事件，并且处理代码互斥
4. 尽量不要同时给状态机发送多个事件，状态机尽量每次只处理一个事件（就是第3条中，尽量使用instant事件）
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