单片机程序的状态机模型

1、第 23 卷第 2 期2004 年 6 月武 汉 工 业 学 院 学 报Journal of Wuhan Polytechnic UniversityVol. 23No. 2J un. 2004文章编号 :1009 - 4881 (2004) 02 - 0001 - 02单片机程序的状态机模型管庶安(武汉工业学院 计算机与信息工程系 ,湖北 武汉 430023)摘 要 :为单片机程序建立状态机模型 ,研究用此模型描述程序行为的完整性 ,讨论此模型的源代码实现方式 。关键词 :单片机程序 ; 状态集 ; 事件集 ; 输出集 ; 状态机 ; 代码实现中图分类号 : TP 315. 1 文献标识码

2、:A0 引言由于没有操作系统的支持 ,设计一个较为复杂的单片机实用程序 ,尤其是汇编程序 ,如果采用面向过程的方法 ,必然会引入大量的标志位 ,以实现各个模块之间的联系 。随之而来的是将会出现大量 、多层的判断 、 移语句 ,以控制程序的走向 。可以说程序的流向在很大程度上由大量的标志位来控制 ,而众多的标志位之间往往处于一种离散状态 ,程序员不得不花费大量的精力来协调各标志位 ,导致程序的可读性变差 。面向过程的方法要求程序跟随过程走 ,直至该过程完成 。因而很难满足多个过程并发执行的实时性 。 文从宏观上考察一个单片机程序 ,用一个状态机描述其行为 。基于状态机的严谨和科学性 ,使程序的规

3、划上升到全局的 、系统的层次 ,符合“自顶向下 ,逐步求精”的原则 。经作者大量实践表明 ,这一方法从根本上统一和协调了大量离散的标志位及其联系 。因此 ,程序的可读性大大加强 ,易于代码实现 ;有效地防止了某些重要细节的遗漏 ,便于容错设计 ;显著地提高了程序的可靠性 。1 程序的状态机模型定义 1 设一个运行中的程序可能处于的状态有l 个 ,记为 S 0 , S 1 , S l 。定义状态集 S 为 :S = S i | i = 0 l 。程序运行时 , 在实时事件的触发下 , 将从某一状态转移到另一状态 。容易证明 :没有触发 , 就不会发收稿日期 :2004 - 02 - 11作者简介

4、 :管庶安 (1956 - ) ,男 ,湖北省武汉市人 ,副教授 。生状态转移 。因为一个不接受 、处理实时事件的程序是毫无意义的 。定 义 2 设 全 部 实 时 事 件 共 有 m 个 , 记 为 0 , 1 , m 。定义事件集 E 为 :E = j | j = 0 m 。当状态转移发生时 , 可能需要执行某一动作 , 称为输出 。输出是程序设计的目的所在 。定义 3 设 全 部 输 出 有 n 个 , 记 为 P 0 ,P 1 , P n 。特别地 , 定义 P 0 为空输出 , 即不执行任何动作 。定义输出集 P 为 :P = P k | k = 0 n 。考虑 S 、E 、P 的笛

5、卡尔积 D :D = S ×E ×P = D x | D x = ( S i , j , P k ) , i = 0 l , j = 0 m , k = 0 n D x 表明 , 在当前状态 S i 下 , 若发生事件 j , 程序应该执行输出 P k 。定义 4 状态机 M 的定义 : 状态机为由 D 到 S的一个关系 ,记为 M :若元素 MM , DD , SS , 则 M= ( D,S = ( ( S i , j , P k ) , S表示 :在当前状态 S i 下 , 若发生事件 j , 程序执行输出P k 后转移到新状态 S。基于笛卡尔积 D 的完整性 ,一个实

6、际程序的任何行为都可以作为集合 M 中的元素加以收集 。因此 ,状态机 M 可以完整地描述一个程序的行为 。状态机 M 可以用状态图直观地加以描述 。图M D ×S ;转本) )2武 汉 工 业 学 院 学 报2004 年1 描述了一个具有 4 个状态 , 3 个实时事件 , 4 个执行动作的程序的状态机 , 其中 P 0 为无动作 。从图中可以看出 , 当处于 S 0 状态时 , 仅响应事件 2 的触发 、 行动作 P 3 、 转到状态 S 1 ; 在任何状态 下 , 如 果 有 事 件 0 触 发 , 一 律 转 到 状 态 S 0 , 等等 。图中后的方括号中如出现用逗号分隔的

7、几个数字 , 表示发生对应的事件之一 。式表示的 ,这些数据的取值决定了程序的走向 。主程序的任务是不停地监视事件队列 ,一旦非空 ,应立即调用相应事件的处理子程序 。该事件处理完 毕 , 令 其 出 队 , 再 转 入 主 程 序 的 入 口 点 , 用MCS51 汇编语言的形式描述如下 :MA IN : MOV A ,事件队列的头部元素CJ N E A ,空 , EV EN T 0SJ M P MA INEV EN T 0 :CJ N E A , # EV EN T 0 , EV EN T1L CALL 处理事件 0SJ M P EV EN T- QU ITEV EN T 1 :CJ NE

8、 A , # EVEN T 1 ,EVEN T 2L CALL 处理事件 1图 1 用状态图描述状态机EV EN T 2 :SJ M P EV EN T- QU IT2 构建程序的数据结构2 . 1 状态机的主 、 结构如果一个程序较复杂 ,势必涉及到较多的状态 ,这会导致集合 D 中 的 元 素 急 剧 增 加 。解 决 这 一 问题的策略是 ,如有需要 ,则某一状态为一子状态机 ,按树型结构组织主 、 状态机 ,如图 2 所示 。EV EN T- QU IT : 事件队列的头部元素出队SJ M P MA IN在各事件处理子程序中 ,应判断当前所处的状态 ,并结合本事件确定当前要执行的动作

9、,调用相应的动作执行子程序 。再根据状态机所示 ,把当前状态修改为新状态 ,完成状态的转移 。下面是事件 X的处理子程序 :DO- EVEN T- X: MOV A ,当前状态CJNE A , # STATE 0 ,IS- STATE 1LCALL 事件 X、 态 0 时的操作SJ MP DONE图 2 状态机的树型结构2 . 2 实时事件集合 E 的组织与访问对于运行的程序而言 ,事件具有突发性 。事件的采集方式有硬件中断和定时查询 。硬件中断有外部中断 、 时器中断 、 行通信中断 ;定时查询用于捕捉IS- STATE 1 :IS- STA TE2 :DON E :CJNE A , # S

10、TATE 1 ,IS- STATE 2LCALL 事件 X、 态 1 时的操作SJ MP DONERET非硬件中断方式输入的事件 ,它以一个定时器作为时间基准 ,等间隔采样输入事件 。由于定时器也按中断方式工作 ,从而保证了采集事件的实时性 。事件集合E 的存储结构为 FIFO 队列 。根据事件的紧急程度建立优先级别不同的多个队列 ,仅当优先级较高的队列为空时才访问优先级较低的队列 。3 基于状态机的单片机程序实现实质上 ,基于状态机的单片机程序设计方法 ,是一种面向数据的方法 。状态和事件都是用数据的形关于事件的采集 、 类入队 ,都是在中断服务程序中进 行 的 , 主 程 序 和 各 事

11、件 处 理 子 程 序 中 毋 需关心 。参考文献 : 1 乔维声. 离散数学 M . 西安 :西安电子科技大学出版社 ,1999.2 邓 良 松 , 刘 海 岩 , 陆 丽 娜. 软 件 工 程 M . 西安 :西安电子科技大学出版社 ,2002.(下转第 9 页)执 并子子状定 串状分2 期陈明意 : TMS320C6000 系列 DSP 串行通信接口设计95 结论上述 在 介 绍 TMS320C6000 系 列 基 本 性 能 基 础上 ,详细分析了其 SPI 接口通信原理 ,并给出了 C6000初始化流程图及程序供读者参考 。该方案在不具有SPI 接口的单片机组成的智能化仪表和测控系统

12、中 ,对于速度要求不高 、 电后保存少量系统参数和低功耗的场合 ,使用 SPI 总线 ,无疑会增加应用系统接口器件的种类 ,增强应用系统的性能 。参考文献 : 1 李方慧. TMS3206000 系列 DSPS 原理与应用 M . 北京 :电子工业出版社 ,2003. 411 - 436. 2 李哲英. DSP 基础理论与应用技术 M . 北京 :北京航空航天大学出版社 ,2002. 123 - 146.3 张雄伟. DSP 芯片的原理与开发应用 M . 北京 :电子工业出版社 ,2000. 15 - 30.图 3 初始化流程THE DESIGN Of ASYNCHRONOUS SERIALC

13、OMMUNICATION FOR TMS 320C6000CH EN M i ng - yi(Department of Electrical and Information Engineering , Wuhan Polytechnic University ,Wuhan 430023 ,China)Abstract : The characteristics of TMS320c6000 device is int roduced ,communictions principle of it s SPI module isanalysed , examples of interface c

14、ircuit are given , and t he cofiguration program of McBSP is presented.Keywords :SPI ; TMS320C6000 ;DSP ;McBSP ( Multi - channel Buffered Serial Port)(上接第 2 页)THE STATE MACHINE MODEL FORMICROCONTROLLER PRO GRAMMINGGUA N S hu - an(Department of Computer and Information Engineering ,Wuhan Polytechnic University ,Wuhan 430023 ,China)Abstract : Through t he establishment of t he model of t he state machine for microcont roller programming , t hispaper researches on t he mat urity of t he description of t he characteristic of t he program behavior wit h t h