状态机基础篇VIP

不用怀疑，单片机的万能语言就是状态机。还希望大家不要条件反射式的看到状态机就

以为我要讲什么VHDL的东西——状态机是一种思维模式，是计算机理论的立足之本（不

相信请参考清华大学出版社的《自动机理论与应用》）——因此状态机的实现与语言本

身关系并不是绝对的。本文要讨论的状态机，从实现方式上更类似于Java中常用的那种

思维模式，而与VHDL相去甚远。

路要一步一步走，饭要一口一口吃，为了不把后来人吓跑，状态机理论中更多复杂的部

分，我会在以后专门写文章讨论，这里我先找一个切入点，从我常用的2种状态机编写

方式为大家慢慢展开。

首先，关于几个问题，比如：什么地方用状态机？状态机究竟有几种写法？状态机效率

到底高不高？是不是把简单问题弄复杂了？这类问题统统不在本文讨论之列，简而言之

——谁用谁知道。其实，还不能简单的就这么下了结论，套八股文而不求甚解的也大有

人在————因此我要说：关于状态机的各种问题“谁思考谁实践谁坚持谁知道”。

状态机入门第一式：switch

case一线到底

要点：

用switch结构配合一个状态变量，通过修改状态变量的值来切换状态。

范例：

//!

定义状态名称与状态值之间的关系，增加可读性

#define

FSM_START

0x00

#define

FSM_STATE_A

0x01

#define

FSM_STATE_B

0x02

…

#define

FSM_RESET

0xFF

bool

fsm_example_A(

<</span>形参列表>

)

{

static

uint8_t

s_chFSMState

=

FSM_START;

//!<

定义状态变量

…

switch

(

s_chFSMState

)

{

case

FSM_START:

//!

这里添加状态机初始化代码

…

s_chFSMState

=

FSM_STATE_A;

//!<

进入下一状态

break;

case

FSM_STATE_A:

//!

这里添加状态机A进入下一状态的检测代码

if

(<</span>某某条件>)

{

//!

这里做一些进入下一状态时要做的准备工作

s_chFSMState

=

FSM_STATE_B;

//!<

进入下一状态

}

break;

case

FSM_STATE_B:

//!

这里添加状态机A进入下一状态的检测代码

if

(<</span>某某条件>)

{

//!

这里做一些进入下一状态时要做的准备工作

s_chFSMState

=

FSM_STATE_A;

//!<

进入下一状态

}

else

if

(<</span>某某条件>)

{

}

else

if

(<</span>某某条件>)

{

…

}

else

{

}

break;

…

case

FSM_STOP:

case

FSM_RESET:

default:

//!

这里添加状态机复位相关的代码

…

chFSMState

=

FSM_START;

//!<

状态机复位

//!

返回false表示状态机已经不需要继续运行了

return

false;

}

//!

返回true表示状态机正在运行

return

true;

}

总结：

从范例可知，这种状态机就是一根筋……并不是说他走不出什么分支来，而

是说通常他没有办法让多个状态同时处于激活状态。

状态机入门第二式：if

判断变化无穷

要点：

用if

else…else

if结构的组合来描述状态流程图。

什么是状态流程图？我不想多解释，因为就那么个简单的东西，说多了反而神秘兮兮的。

状态流程图你可以简单粗暴的认为，他就是流程图，等你用得多了，你就渐渐明白为啥

多了“状态”二字；如果你后来或者先前学过状态图，那么很快你就会明白状态流程图

比状态图“高级”了多少。

1、

不管怎么说，你可以先为你要处理的事物画一个流程图。如果流程图都不会画，就

不用凑热闹了。

2、

接下来，把流程图上每一个方框或者判断筐都“简单粗暴”地看成一个状态。

3、

将每一个状态用if结构表示出来

if

(<</span>状态标志>)

{

//!

状态代码

…

}

4、

自己看着办，合并多余的状态，优化优化代码。

范例：

//!

首先将布尔量的状态标志压缩在一个字节里面以节省内存开支

typedef

union

{

uint8_t

Value;

uint8_t

Byte;

struct

{

unsigned

BIT0:1;

unsigned

BIT1:1;

unsigned

BIT2:1;

unsigned

BIT3:1;

unsigned

BIT4:1;

unsigned

BIT5:1;

unsigned

BIT6:1;

unsigned

BIT7:1;

}

Bits;

}byte_t;

#define

FSM_ACTION_FLAG

s_tbState.Bits

#define

FSM_STOP_ALL_ACTIONS()

do

{s_tbState.Value

=

0;}while(0)

#define

FSM_START

(0

==

s_tbState.Value)

#define

FSM_STATE_A

FSM_ACTION_FLAG.BIT0

#define

FSM_STATE_B

FSM_ACTION_FLAG.BIT1

…

#define

FSM_STATE_H

FSM_ACTION_FLAG.BIT7

bool

fsm_example_B(

<</span>形参列表>

)

{

static

byte_t

s_tbState

=

{0};

//!<

定义状态变量

if

(FSM_START)

{

//!<

起始状态

//!

这里放置状态机初始化的代码

…

FSM_STATE_A

=

true;

//!<

进入状态B，start装台自动结束

}

if

(FSM_STATE_A)

{

//!<

一个典型的简单状态

//!

这里放置状态A的代码或者

…

//!

这里放置某些条件以开启别的状态

if

(<</span>某些条件>)

{

//!

这里做一些“进入”下一个状态之前的准备工作

FSM_STATE_B

=

true;

//!<

开启下一个状态

FSM_STATE_A

=

false;

//!<

结束当前状态

}

}

if

(FSM_STATE_B)

{

//!<

一个典型的监视状态

…

//!

这里检测某些条件

if

(<</span>某些条件>)

{

//!

这里做一些“开启”某个状态的准备工作

FSM_STATE_C

=

true;

//!<

开启某一个状态而不结束当前状态

FSM_STATE_D

=

true;

//!<

你当然可以一次触发多个状态

…

}

else

if

(<</span>某些条件>)

{

//!

满足某些条件以后关闭当前状态

FSM_STATE_B

=

false;

}

}

…

if

(FSM_STATE_F)

{

//!<

一个典型的子状态机调用

if

(!fsm_example_a(<</span>实参列表>))

{

//!<

等待子状态机返回false

//!子状态机运行完成，进入下一状态

…

FSM_STATE_F

=

false;

//!<

结束当前状态

FSM_STATE_x

=

true;

//!<

进入下一状态x代表某个字母

}

}

if

(FSM_STATE_H)

{

//!<

一个典型的中止状态

//!<

某些状态机的操作，比如释放某些资源

…

FSM_STOP_ALL_ACTIONS();

//!<

复位状态机

return

false;

//!<

返回false表示状态机结束

}

return

true;

//!<

返回true表示状态机保持运行

}

总结：

从范例可知，这种状态机非常灵活，通过布尔变量的开启和关闭，你可以自

由的控制某些状态的开启。同一时刻可能有多个状态是激活的。这种结构几乎可以翻译

任何流程图。具体还有很多好处，可以在使用中体会。

状态机入门第三式：状态在心中，无态也变态

要点：

所有的函数都可以看作是状态机，只不过普通的函数是一个只有单一状态的

状态机。如果函数有返回值，且这个返回值能表征至少两种以上不同的状态（比如返回

是一个指针，那么NULL和非NULL就是两种状态；比如返回是一个布尔变量，那么true和

false就是两种状态；比如返回的是一个整数，并且整数的某