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外观

事件与状态机 ​

本节介绍 ​

📝本节您将了解常用的软件架构，并将多个架构组合使用到项目中。

🏆本章⽬标

1️⃣了解常用的软件架构

2️⃣根据状态机写代码

常用的软件架构介绍 ​

轮询结构 ​

原理 ​

主程序在一个无限循环中依次检查多个任务或外设状态，按固定顺序处理所有事件，无优先级机制。

案例 ​

以按键扫描举个例子：

c
while(1) {
  if(KEY1按下) 处理按键1;
  if(KEY2按下) 处理按键2;
  延时防抖(10ms);
}

常见问题 ​

  1. 如果某个任务耗时过长，后续的任务全部延迟

  2. 优先级反转，重要任务可能排在循环末尾

中断结构 ​

原理 ​

通过硬件中断机制响应外部事件，立即暂停主程序，执行中断服务程序（ISR），完成后恢复主程序。主程序就是前台，中断服务程序就是后台。

案例 ​

以串口中断接收举例子：

c
void UART_ISR() {
  if(接收完成) 将数据存入缓冲区;
}

常见问题 ​

中断风暴：高频中断导致系统卡死

程序过长：如执行复杂运算，阻塞其他中断

未清除中断标志：导致反复进入中断

状态机结构 ​

原理 ​

将任务分解为离散状态，通过事件触发状态迁移，典型实现方式：switch-case或查表法。

案例 ​

c
switch(state)
{
  case 待机状态:
    低功耗
    break;
  case 发送状态:
    发送数据
    break;
  case 接收状态:
    接收数据
    break;
  // ...其他状态
}

常见问题 ​

状态遗漏：未处理某个迁移条件

超时未处理：缺乏超时复位机制

全局变量滥用：导致状态耦合

操作系统结构 ​

原理 ​

通过实时操作系统（如FreeRTOS、uC/OS）管理多任务，提供任务调度、信号量、队列等机制。

案例 ​

以传感器数据采集+显示举个例子：

c
void Task1() {  // 高优先级任务
  while(1) {
    读取温度传感器();
    vTaskDelay(100);
  }
}
void Task2() {  // 低优先级任务
  while(1) {
    LCD刷新显示();
    vTaskDelay(500);
  }
}

常见问题 ​

优先级反转：低优先级任务占用资源阻塞高优先级任务

栈溢出：任务栈分配不足导致内存踩踏

死锁：信号量使用不当导致任务相互等待

本项目架构 ​

在实际开发中，单一的结构通常满足不了要求，因此经常会将几种结构混在一起使用。例如，本项目就使用的 轮询 + 中断 + 状态机 结构。

项目中涉及到的界面切换：

c
//定义页面
typedef enum {
    DEFAULT_PAGE=0,    // 首页（默认）
    PID_PAGE,          // 定速页
    DISTANCE_PAGE,     // 定距页
    SET_PAGE,          // 设置页
    PARAMETER_PAGE     // 调参页
} SystemPageShow;

首页状态机 ​

定速状态机 ​

定距状态机 ​

设置状态机 ​

调参状态机 ​

中断前后台管理 ​

前台任务 ​

前台是在 main 中的 while 中执行。

后台任务 ​

后台是在一个 20ms 定时器中断中执行。

事件管理器 ​

整个项目涉及到的状态和变量要记录更新的频率很大，因此再加入一个事件管理，对一些状态的切换，变量的更新进行细致的管理。

相关代码 ​

代码中涉及到的事件、功能、状态：

c
//定义功能
typedef enum {
    NO_FUNCTION,             // 无功能
    SPEED_FUNCTION,          // 定速功能
    DISTANCE_FUNCTION,       // 定距功能
} Function;

//定义触发事件
typedef enum {
    IDLE_EVENT=0,       				//空闲
    ENTER_EVENT,        				//进入事件
    QUIT_EVENT,         				//退出事件
    MOTOR_EVENT,        				//电机事件
    LONG_PRESS_ADD_START_EVENT,         //长按加开始事件
    LONG_PRESS_SUBTRACT_START_EVENT,    //长按减开始事件
    LONG_PRESS_END_EVENT,               //长按结束事件
} SystemEvent;

//定义电机状态
typedef enum{
    MOTOR_STATUS_OFF=0,        //电机关
    MOTOR_STATUS_ON,           //电机开
}MotorStatus;

//定义按键长按状态
typedef enum{
    LONG_PRESS_END=0,           //长按停止
    LONG_PRESS_ADD_START,       //长按加
    LONG_PRESS_SUBTRACT_START,  //长按减
}LongPressStatus;

//定义系统相关信息
typedef struct {
SystemPageShow show_state;          //当前界面显示页
LongPressStatus long_press_state;   //当前按键长按状态
int default_page_flag;              //当前首页（默认页）选择的内容
int set_page_flag;                  //当前设置页选择的内容
MotorStatus motor_flag;             //当前电机状态
Function function_state;            //当前功能
} SystemStatus;

// 系统全局变量
SystemStatus system_status;

事件流程图 ​

状态机+中断效果 ​

图 20

因代码修改较多难以描述。建议大家直接下载例程查看。

代码下载地址

https://gitee.com/lcsc/easy-pid-beginner-kit/tree/master/examples/Keil/07_event_state