嵌入式開發：狀態機+事件驅動框架

事件驅動的概念

• 方案 A：倒頭就睡，管你三七二十一，睡夠了再說，要知道有時候老師可能一整晚上都不來的。
• 方案 B：間歇著睡，先定上鬧鐘， 5 分鐘響一次，響了就醒，看看老師來沒來，沒來的話定上鬧鐘再睡，如此往復。
• 方案 C：睡之前讓同桌給放哨，然后自己睡覺，什么也不用管，什么時候老師來了，就讓同桌戳醒你。

事件驅動與單片機編程

• 什么是程序分層？
• 程序為什么要分層？
• 應該怎么給程序分層？

• 一個串口外設 Uart0，用來接收串口數據；
• 一個定時器外設 Tmr0，用來提供周期性定時中斷；
• 一個外部中斷管腳 Exi0，用來檢測某種外部突發事件；
• 一個 I/O 端口 Port0，連接獨立式鍵盤，管理方式為定時掃描法，掛載到 Tmr0 的?ISR；

#define FLG_UART 0x01#define FLG_TMR 0x02#define FLG_EXI 0x04#define FLG_KEY 0x08volatile INT8U g_u8EvntFlgGrp = 0; /*事件標志組*/INT8U read_envt_flg_grp(void);/****************************************FuncName : main*Description : 主函數*Arguments : void*Return : void*****************************************/void main(void){ INT8U u8FlgTmp = 0; sys_init(); while(1) {  u8FlgTmp = read_envt_flg_grp(); /*讀取事件標志組*/  if(u8FlgTmp ) /*是否有事件發生？ */  {   if(u8FlgTmp & FLG_UART)   {    action_uart(); /*處理串口事件*/   }   if(u8FlgTmp & FLG_TMR)   {    action_tmr(); /*處理定時中斷事件*/   }   if(u8FlgTmp & FLG_EXI)   {    action_exi(); /*處理外部中斷事件*/   }   if(u8FlgTmp & FLG_KEY)   {    action_key(); /*處理擊鍵事件*/   }  }  else  {   ;/*idle code*/  } }}/**********************************************FuncName : read_envt_flg_grp*Description : 讀取事件標志組 g_u8EvntFlgGrp ，* 讀取完畢后將其清零。*Arguments : void*Return : void*********************************************/INT8U read_envt_flg_grp(void){ INT8U u8FlgTmp = 0; gbl_int_disable(); u8FlgTmp = g_u8EvntFlgGrp; /*讀取標志組*/ g_u8EvntFlgGrp = 0; /*清零標志組*/ gbl_int_enable(); return u8FlgTmp;}/**********************************************FuncName : uart0_isr*Description : uart0 中斷服務函數*Arguments : void*Return : void*********************************************/void uart0_isr(void){ ...... push_uart_rcv_buf(new_rcvd_byte); /*新接收的字節存入緩沖區*/ gbl_int_disable(); g_u8EvntFlgGrp |= FLG_UART; /*設置 UART 事件標志*/ gbl_int_enable(); ......}/**********************************************FuncName : tmr0_isr*Description : timer0 中斷服務函數*Arguments : void*Return : void*********************************************/void tmr0_isr(void){ INT8U u8KeyCode = 0; ...... gbl_int_disable(); g_u8EvntFlgGrp |= FLG_TMR; /*設置 TMR 事件標志*/ gbl_int_enable(); ...... u8KeyCode = read_key(); /*讀鍵盤*/ if(u8KeyCode) /*有擊鍵操作？ */ {  push_key_buf(u8KeyCode); /*新鍵值存入緩沖區*/  gbl_int_disable();  g_u8EvntFlgGrp |= FLG_KEY; /*設置 TMR 事件標志*/  gbl_int_enable(); } ......}/**********************************************FuncName : exit0_isr*Description : exit0 中斷服務函數*Arguments : void*Return : void*********************************************/void exit0_isr(void){ ...... gbl_int_disable(); g_u8EvntFlgGrp |= FLG_EXI; /*設置 EXI 事件標志*/ gbl_int_enable(); ......}

• 不同事件集中爆發時，無法記錄事件發生的前后順序。
• 同一事件集中爆發時，容易遺漏后面發生的那次事件。

事件驅動與消息

• 消息節點自身的數據組織形式
• 消息緩沖區的數據組織形式

typedef union msg_arg /*消息參數共用體*/{ INT8U u8Arg; /*成員：8 位無符號*/ INT8U s8Arg; /*成員：8 位有符號*/ #if CFG_MSG_ARG_INT16_EN>0 INT16U u16Arg; /*可選成員：16 位無符號*/ INT16S s16Arg; /*可選成員：16 位有符號*/ #endif #if CFG_MSG_ARG_INT32_EN>0 INT32U u32Arg; /*可選成員：32 位無符號*/ INT32S s32Arg; /*可選成員：32 位有符號*/ #endif #if CFG_MSG_ARG_FP32_EN>0 FP32 f32Arg; /*可選成員：32 位單精度浮點*/ #endif #if CFG_MSG_ARG_PTR_EN>0 void* pArg; /*可選成員：void 指針*/ #endif}MSG_ARG;
typedef struct _msg /*消息結構體*/{ INT8U u8MsgID; /*消息 ID*/ #if CFG_MSG_USR_SUM > 1 INT8U u8UsrID; /*消費者 ID*/ #endif MSG_ARG uMsgArg; /*應用消息參數*/} MSG;
typedef struct msg_box /*消息緩沖區結構體*/{ INT8U u8MBLock; /*隊列上鎖標識*/ INT8U u8MsgSum; /*隊列長度*/ INT8U u8MQHead; /*隊列頭結點位置*/ INT8U u8MQTail; /*隊列尾節點位置*/ MSG arMsgBox[CFG_MSG_SUM_MAX]; /*存放隊列的數組*/} MB;static MB g_stMsgUnit; /*消息管理單元全局變量*/

• void mq_init(void)?消息隊列初始化，負責初始化 g_stMsgUnit 。
• void mq_clear(void) 清空消息隊列，效果同 mq_init()，可有可無。
• void mq_lock(void) 消息隊列鎖定，鎖定的消息隊列不可讀不可寫。
• void mq_unlock(void) 消息隊列解鎖，解鎖后消息隊列恢復正常功能。
• BOOL mq_is_empty(void) 消息隊列判空，返回 TRUE 表示消息隊列當前為空，返回 FALSE 表示有消息存儲。
• INT8U mq_get_msg_cur_sum(void) 查詢消息隊列中當前存儲的消息總數，函數返回值為查詢結果
• INT8U mq_get_msg_sum_max(void) 查詢消息隊列的最大容量，函數返回值為查詢結果。
• INT8U mq_msg_post_fifo(MSG* pMsg) 向消息隊列中寄送消息，方式為先入先出，形參 pMsg 指向消息的備份內存，函數返回操作結果。該函數多被 ISR 調用，所以必須為可重入函數。
• INT8U mq_msg_req_fifo(MSG* pMsg) 從消息隊列中讀取消息， 方式為先入先出， 函數將讀出的消息存入形參 pMsg 指向的內存，函數返回操作結果。該函數被主程序調用， 可以不是可重入函數， 但要對共享數據進行臨界保護 ?。

程序框架：狀態機+事件/消息驅動

牛刀小試

1. L1L2 狀態轉換順序 OFF/OFF--->ON/OFF--->ON/ON--->OFF/ON--->OFF/OFF
2. 通過按鍵控制 L1L2 的狀態,每次狀態轉換只需按鍵 1 次
3. 從上一次按鍵的時刻開始計時，如果 10 秒鐘之內沒有按鍵事件，則不管當前 L1L2 狀態如何，一律恢復至初始狀態。
4. L1L2 的初始狀態 OFF/OFF

• WAIT_DOWN ：空閑狀態，等待按鍵按下
• SHAKE ：初次檢測到按鍵按下，延時消抖
• WAIT_UP ：消抖結束，確認按鍵已按下，等待按鍵彈起

通用框架GF1.0

void sme_kernel(void);/****************************************FuncName : main*Description : 主函數*Arguments : void*Return : void*****************************************/void main(void){ sys_init(); sme_kernel(); /*GF1.0 狀態機引擎*/}/****************************************FuncName : sme_kernel*Description : 裸奔框架 GF1.0 的狀態機引擎函數*Arguments : void*Return : void*****************************************/void sme_kernel(void){ extern struct fsm_node g_arFsmDrvTbl[]; /*狀態機壓縮驅動表格*/ INT8U u8Err = 0; /**/ INT8U u8CurStat = 0; /*狀態暫存*/ MSG stMsgTmp; /*消息暫存*/ struct fsm_node stNodeTmp = {NULL, 0}; /*狀態機節點暫存*/ memset((void*)(&stMsgTmp), 0, sizeof(MSG)); /*變量初始化*/ gbl_int_disable(); /*關全局中斷*/ mq_lock(); /*消息隊列鎖定*/ mq_init(); /*消息隊列初始化*/ mq_unlock(); /*消息隊列解鎖*/ fsm_init(); /*狀態機初始化*/ gbl_int_enable(); /*開全局中斷*/  while(1) {  if(mq_is_empty() == FALSE)  {   u8Err = mq_msg_req_fifo(&stMsgTmp); /*讀取消息*/   if(u8Err == MREQ_NOERR)   {    u8CurStat = get_cur_state(); /*讀取當前狀態*/    stNodeTmp = g_arFsmDrvTbl[u8CurStat]; /*定位狀態機節點*/    if(stNodeTmp.u8StatChk == u8CurStat)    {     u8CurStat = stNodeTmp.fpAction(&stMsgTmp); /*消息處理*/     set_cur_state(u8CurStat ); /*狀態遷移*/    }    else    {     state_crash(u8CurStat ); /*非法狀態處理*/    }   }  }  else  {   idle_task(); /*空閑任務*/  } }}

狀態機與ISR在驅動程序中的應用

1. 標準的或自制的單總線協議 (狀態機+定時中斷+消息)
2. 用 I/O 模擬 I2C 時序并且通信速率要求不高 (狀態機+定時中斷+消息)
3. 數碼管動態掃描 (狀態機+定時中斷)
4. 鍵盤動態掃描 (狀態機+定時中斷 ?）

小結