在嵌入式軟件開發(fā)中，狀態(tài)機編程是一個十分重要的編程思想，它也是嵌入式開發(fā)中一個常用的編程框架。掌握了狀態(tài)機編程思想，可以更加邏輯清晰的實現(xiàn)復雜的業(yè)務邏輯功能。

1 狀態(tài)機思想

狀態(tài)機，或稱有限狀態(tài)機FSM（Finite State Machine），是一種重要的編程思想。

狀態(tài)機有3要素：狀態(tài)、事件與響應

• 狀態(tài)：系統(tǒng)處在什么狀態(tài)？

• 事件：發(fā)生了什么事？

• 響應：此狀態(tài)下發(fā)生了這樣的事，系統(tǒng)要如何處理？

狀態(tài)機編程前，首先要根據需要實現(xiàn)的功能，整理出一個對應的狀態(tài)轉換圖(狀態(tài)機圖)，然后就可以根據這個狀態(tài)轉換圖，套用狀態(tài)機編程模板，實現(xiàn)對應是狀態(tài)機代碼了。

狀態(tài)機編程主要有 3 種方法：switch-case 法、表格驅動法、函數指針法，本篇先介紹最簡單也最易理解的switch-case 法。

2 狀態(tài)機實例

下面以按鍵消抖功能，來介紹switch-case 法的狀態(tài)機編程思路。

2.1 按鈕消抖狀態(tài)轉換圖

狀態(tài)機機編程前，首先要明確的對應功能的狀態(tài)機需要幾個狀態(tài)，本例的按鍵功能，只檢測最基礎的按下與松開狀態(tài)（暫不實現(xiàn)長按、雙擊等狀態(tài)），并增加對應的按鈕去抖功能，因此，需要用到4個狀態(tài)：

• 穩(wěn)定松開狀態(tài)

• 按下抖動狀態(tài)

• 穩(wěn)定按下狀態(tài)

• 松開抖動狀態(tài)

對應的狀態(tài)轉換圖如下：

由于按鍵通常處于松開狀態(tài)，這里讓狀態(tài)機的初始化狀態(tài)為松開狀態(tài)，然后在這4個狀態(tài)中來回切換。

圖中的VT代表按鍵檢測到電平，VT=0即檢測到低電平，可能是按鍵按下，由初始的“穩(wěn)定松開”狀態(tài)轉為“按下抖動”狀態(tài)

當持續(xù)檢測到低電平(VT=0)一段時間后，認為消抖完成，由“按下抖動”狀態(tài)轉為“穩(wěn)定按下”狀態(tài)

在“按下抖動”狀態(tài)時，在指定的一段時間內，再次檢測到高電平(VT=1)，說明確實是按鈕抖動（比如按鍵被快速撥動了一下又彈起，或強烈震動導致的按鍵抖動），則由“按下抖動”狀態(tài)轉為“穩(wěn)定松開”狀態(tài)

2.2 編程實現(xiàn)

2.2.1 狀態(tài)定義

對應上面的按鈕狀態(tài)圖，可以知道需要用到4個狀態(tài)：

• 穩(wěn)定松開狀態(tài)（KS_RELEASE）

• 按下抖動狀態(tài)（KS_PRESS_SHAKE）

• 穩(wěn)定按下狀態(tài)（KS_PRESS）

• 松開抖動狀態(tài)（KS_RELEASE_SHAKE）

這里使用枚舉來定義這4個狀態(tài)。為了在調試時，能夠把對應狀態(tài)名稱以字符串的形式打印出來，這里使用宏定義的一個小技巧：

#符號+自定義的枚舉名稱

即可自動轉變?yōu)樽址问剑賹⑦@些字符串放到const char* key_status_name[]數組中，便可通過數組的形式訪問這些狀態(tài)的字符串名稱形式。

此外，為了不重復書寫枚舉名稱與對應的枚舉字符串(#+枚舉名稱)，進一步使用宏定義的方式，只定義一次狀態(tài)，然后通過下面兩條宏定義，實現(xiàn)對枚舉項和枚舉項對應的字符串的分別獲?。?/p>

具體是宏定義、枚舉定義與枚舉名稱數組聲明如下：

宏定義不便理解的，可以將宏定義分別帶入，轉為最終的結果，理解替代后的具體形式，比如下面的宏定義帶入替換示意：

2.2.2 狀態(tài)機實現(xiàn)

下面是狀態(tài)機的具體實現(xiàn)：

• 狀態(tài)機函數key_status_check在一個循環(huán)中，被每隔10ms調用一次

• 定義一個g_keyStatus表示狀態(tài)機所處的狀態(tài)

• 在每個循環(huán)中，switch根據當前的狀態(tài)，執(zhí)行對應狀態(tài)所需要執(zhí)行的邏輯

• 定義一個g_DebounceCnt用于消抖時間計算，當持續(xù)進入消抖狀態(tài)，每次循環(huán)(10ms)中將此值加1，持續(xù)一定次數(5次，即50ms)，認為是穩(wěn)定的按下或松開，消抖完成，跳轉到穩(wěn)定方向或穩(wěn)定松開狀態(tài)

• 在每個狀態(tài)的執(zhí)行邏輯中，當檢測到某些條件滿足時，跳轉到其它的狀態(tài)

• 通過狀態(tài)的不斷跳轉，實現(xiàn)狀態(tài)機的運行

• 此外，為方便觀察狀態(tài)機中狀態(tài)的變化，定義了一個g_lastKeyStatus表示前一狀態(tài)，當狀態(tài)發(fā)生變化時，可以將狀態(tài)名稱打印出來

注：本例程需要使用一個按鍵，需要初始化對應的GPIO，這里不再貼代碼。

2.3 使用測試

將完整的代碼編譯后燒錄到板子中，連接串口，按下與松開按鍵，觀察串口輸出信息。

我的測試輸出信息如下：

前兩次撥動按鍵模擬按鈕抖動的情況，可以看到串口打印出兩次從松開到按下抖動的狀態(tài)切換。

然后是按下按鍵，再松開按鍵，可以看到狀態(tài)的變化：松開 -> 按下抖動 -> 按下 -> 松開抖動 -> 松開

3 總結

本篇介紹了嵌入式軟件開發(fā)中常用的狀態(tài)機編程實現(xiàn)，并通過按鍵消抖實例，以常用的switch-case形式，實現(xiàn)了對應的狀態(tài)機編程代碼實現(xiàn)，并通過測試，串口打印對應狀態(tài)，分析狀態(tài)機的狀態(tài)跳轉過程。