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基于事件驅動的有限狀態機介紹

Q4MP_gh_c472c21 ? 來源:Gitee ? 作者:Gitee ? 2021-11-16 15:29 ? 次閱讀

一、介紹

EFSM(event finite state machine,事件驅動型有限狀態機),是一個基于事件驅動的有限狀態機,主要應用于嵌入式設備的軟件系統中。

EFSM的設計原則是:簡單!EFSM的使用者只需要關心:

  1. 當事件到來時,通過EFSM取得對應事件的處理方法
  2. 當特定事件到來,或者條件滿足時,調用狀態切換方法進行狀態切換

由于EFSM的巧妙設計,避免了命名沖突的問題,你可以在一個程序中定義多個狀態機;要是能對不同狀態進行組織,還可以做出層次狀態機的結構。

EFSM總共分為兩個部分:

  • EFSM核心:由uthash.h、efsm.h和efsm_conf.h三個文件組成;他們構成了事件驅動型狀態機的核心;使用的時候只需要包含efsm.h即可;
  • EFSM擴展:在EFSM核心的基礎上,增加efsmt.h和efsmt.c兩個文件,這兩個文件會根據具體的狀態機創建狀態機線程,用于驅動狀態機運轉;使用的時候只需要包含efsmt.h即可;

二、接口總覽

EFSM總共提供了兩套接口,你只需要選擇其中套用法即可。全部接口概述如下:

2.1 使用狀態機工具集(EFSM核心)

若你想自己把控狀態機的整個運轉過程,可以直接使用EFSM核心,詳細接口如下。

1. 狀態操作接口

API 說明 參數
EFSM_SETS 用于創建某一狀態下不同時間的處理集合 類型,無參數
EFSM_CREATE(state) 用于創建某一狀態名 state是狀態名
EFSM_DECLEAR(state) 當在其它地方需要使用到某個狀態時,用于聲明 state是狀態名
EFSM_BIND(state, sets) 用于將狀態state與處理集sets進行綁定 state是狀態名,sets是處理集

2. 狀態指針操作接口

API 說明 參數
EFSM_PTR_CREATE(name) 用于創建一個狀態機指針 name是狀態機指針名
EFSM_PTR_DECLEAR(name) 當在其它地方需要使用到某個狀態指針時,用于聲明 name是狀態機指針名
EFSM_PTR_BIND(name, state) 用于為狀態機指針name綁定到初始狀態state,只調用一次 name是狀態機指針名,state是狀態名

3. 狀態切換接口

API 說明 參數
EFSM_TRANSFER(name, state) 用于把狀態機name切換到state狀態 name是狀態機指針名,state是狀態名
EFSM_TRANSFER_ENABLE(name) 使能狀態切換功能,在EFSM_TRANSFER()前調用 name是狀態機指針名
EFSM_TRANSFER_DISABLE(name) 除能狀態切換功能,在EFSM_TRANSFER()后調用 name是狀態機指針名

4. 獲取處理函數接口

API 說明 參數
EFSM_HANDLER(name, event) 用與當某個事件到來時,通過該方法獲取到當前狀態下的對應處理方法 name是狀態機指針名,event是事件

2.2 使用狀態機

若你不關心狀態機的內部細節實現,需要一個可直接運轉的狀態機,那么請使用efsmt.h頭文件,并將efsmt.c編譯進你的源碼。詳細接口如下。

1. 狀態操作接口

API 說明 參數
EFSM_SETS 用于創建某一狀態下不同時間的處理集合 類型,無參數
EFSM_CREATE(state) 用于創建某一狀態名 state是狀態名
EFSM_DECLEAR(state) 當在其它地方需要使用到某個狀態時,用于聲明 state是狀態名
EFSM_BIND(state, sets) 用于將狀態state與處理集sets進行綁定 state是狀態名,sets是處理集

2. 狀態機操作接口

API 說明 參數
EFSMT_CREATE(name) 創建一個狀態機 name是狀態機名
EFSMT_DESTROY(name) 當不再使用狀態機時,用于銷毀 name是狀態機名
EFSMT_DECLEAR(name) 當在其它地方需要使用到狀態機時,用于聲明 name是狀態機名
EFSMT_BIND(name, state) 用于綁定狀態機的初始狀態 name是狀態機名,state是狀態名

3. 狀態切換接口

API 說明 參數
EFSM_TRANSFER(name, state) 用于把狀態機name切換到state狀態 name是狀態機指針名,state是狀態名
EFSM_TRANSFER_ENABLE(name) 使能狀態切換功能,在EFSM_TRANSFER()前調用 name是狀態機指針名
EFSM_TRANSFER_DISABLE(name) 除能狀態切換功能,在EFSM_TRANSFER()后調用 name是狀態機指針名

4. 觸發事件接口

API 說明 參數
EFSMT_INVOKE(name, event, arg) 當事件到來時,觸發該事件,狀態機會自動尋找并調用對應的處理事件 name是狀態機名,event是事件,arg是事件參數

2.3 總結

從接口可以看出,創建處理集與狀態集,和狀態切換方法是完全一樣的;兩種方法的唯一差異就是:當事件來了之后,事件對應的處理是由你來控制,還是由狀態機內部進行控制。

三、使用說明

要使用EFSM,非常簡單,只需要如下三步:定義事件集、定義狀態集、使用狀態集。

3.1 定義事件集

在我們設計業務/功能時,首先對需要使用到的事件進行定義。具體實現方法是在efsm_event.h文件中,使用EFSM_EVENT()宏定義需要的事件。如果你需要定義多個狀態機,那請將不同狀態機的事件分塊保存,建議使用enum進行管理。比如:

enum{
EVENT_PLAY=EFSM_EVENT(1),
EVENT_STOP=EFSM_EVENT(2),
EVENT_NEXT=EFSM_EVENT(3),
EVENT_PREV=EFSM_EVENT(4),
EVENT_START=EFSM_EVENT(7),//notrequirecontinuous
};

3.2 定義狀態集

  1. 定義狀態:使用EFSM_CREATE(state)創建一個狀態state;在其它使用到它的地方用EFSM_DECLEAR(state)宏進行聲明;
  2. 定義處理集:使用EFSM_SETS state_sets定義一個狀態集合state_sets,其中每個事件可以對應一個處理函數,也可以對應多個函數,當然也可以為NULL;處理函數需滿足如下格式:
typedefvoid(*EFSM_EVENT_HANDLER)(EFSM_EVENT_TYPEevent,void*arg);
  1. 綁定狀態與處理集:在模塊初始化函數中調用EFSM_BIND(state, sets)宏將狀態state與處理集sets進行綁定;

3.3 使用狀態集

當為模塊/產品實現了所有的狀態,那么編寫業務應用程序來實現調度,讓所有的狀態機完美的運作起來。具體使用方法如下:

  1. 定義狀態指針:使用EFSM_PTR_CREATE(name)定義一個狀態指針name;當然你也可以定義多個狀態指針,每個指針對應一個狀態機。在其它使用到該狀態指針的地方使用EFSM_PTR_DECLEAR(name)宏進行聲明;
  2. 綁定初始狀態:在整個狀態機運作之前,需要使用EFSM_PTR_BIND(name, state)宏將狀態指針name與狀態state進行綁定;
  3. 獲取處理函數指針:當接收到某個事件時,可以通過EFSM_HANDLER(name,event)宏從狀態指針name中獲取對該事件的處理方法,第一個參數是狀態指針,第二個參數為事件;
  4. 狀態切換:當遇到某個事件,或者在事件處理函數中條件滿足,需要進行狀態切換時,使用下面流程進行切換:
EFSM_TRANSFER_ENABLE(name);
EFSM_TRANSFER(name,state);
EFSM_TRANSFER_DISABLE(name);
  • EFSM_TRANSFER_ENABLE(name)宏使能狀態指針name的切換能力;
  • EFSM_TRANSFER_DISABLE(name)宏除能狀態指針name的切換能力;
  • EFSM_TRANSFER(name, state)宏執行狀態指針name切換到state;

注意:做狀態切換時,必須滿足ENABLE()->TRANSFER()->DISABLE()的流程。這么做的目的,是為了讓編程者思考:狀態設計與狀態的跳轉是否必要與合理

四、常見問題

  1. 使用過程中若遇到如下錯誤,是因為在正式使用前,沒有把狀態指針綁定到具體的狀態:
EFSM:cur-state-ptrhave'tbindastate:%xxx!!!
  1. 使用過程中若遇到如下錯誤,是因為狀態切換動作不滿足ENABLE()->TRANSFER()->DISABLE()的流程:
EFSM:'xxx'switchto'xxx'failed!!!
  1. 使用過程中,若遇到了死鎖或卡死,是因為狀態切換動作不滿足ENABLE()->TRANSFER()->DISABLE()的流程:
  2. 命名定義了處理函數,為什么每次EFSM_HANDLER()得到的都是NULL?答:因為你沒有將狀態與事件集進行綁定。
  3. 對于某個狀態沒有使用到的事件,我是否可以不對其定義?答:完全可以,這樣還可以加快EFSM的處理速度。不過不建議直接刪除,而采用注釋的形式,比如:
EFSM_SETSonline[]={{EVENT_PLAY,online_play},
/*{EVENT_STOP,NULL},*/
{EVENT_NEXT,online_next},
/*{EVENT_PREV,NULL},*/
{EVENT_START,online_start},
};

END 原文地址:https://gitee.com/simpost/EFSM/tree/master/ 責任編輯:haq

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原文標題:分享一個基于事件驅動的有限狀態機

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