基于有限狀態(tài)機的自動售貨機控制器
加入技術(shù)交流群
售貨機上除基本自動售貨功能外，增加了諸多功能，如GPRS短信模塊以加強安全監(jiān)控，在售貨機上播放視頻廣告以提高運營商的經(jīng)濟效益等。這就使得存在于售貨機內(nèi)部的控制器(Vencling Machine Controller，VMC)的復(fù)雜程度也迅速增加，先前的一套用于小規(guī)模嵌入式系統(tǒng)的分析設(shè)計方法、應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)、運行效率與易維護程度在當(dāng)前的售貨機需求面前顯得有些力不從心了。有限狀態(tài)機理論在計算機應(yīng)用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，狀態(tài)機對處理一些復(fù)雜情況也大有裨益。在設(shè)計階段，開發(fā)人員可以利用狀態(tài)機模型來描述復(fù)雜的系統(tǒng)，從而大大縮短項目的開發(fā)周期，且系統(tǒng)易于維護。魏先民提出了有限狀態(tài)機在嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用的一個基本框架，但是在這個框架中，系統(tǒng)中的所有狀態(tài)都是互斥的關(guān)系，盡管有些狀態(tài)之間存在著緊密的關(guān)系。V．Ayvazyan等論述了狀態(tài)之間不僅存在互斥關(guān)系，還存在包含關(guān)系(父狀態(tài)與子狀態(tài))。本文應(yīng)用有限狀態(tài)機的這些特性，提出一個層次型有限狀態(tài)機(Hierarchical FSM，HFSM)模型，對售貨機控制器(VMC)進行改進。
1 有限狀態(tài)機
有限狀態(tài)機是一種具有離散輸入輸出系統(tǒng)的模型，在任何時刻都處于一個特定的狀態(tài)。對于事件驅(qū)動的程序設(shè)計，它是非常有用的設(shè)計模型。在某一個狀態(tài)下有事件發(fā)生時，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入事件的不同，選擇如何處理該事件以及是否需要轉(zhuǎn)換到下一個狀態(tài)。一個有限狀態(tài)機(FSM)是一個五元組，M=(K，E，T，S，Z)。其中，K是一個有限的狀態(tài)集合，它的每個元素稱為“狀態(tài)”；E表示該系統(tǒng)能接收的所有事件的集合，它的每個元素稱為一個“事件”；T是狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)，是K×E→K上的映射；S是系統(tǒng)的一個特殊狀態(tài)，一般是系統(tǒng)啟動時的初始狀態(tài)；Z是K的一個子集，是一個終態(tài)集。
有限狀態(tài)機一般有2種表示方式：狀態(tài)轉(zhuǎn)移表和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。通常用有向圖來表示有限狀態(tài)機，其節(jié)點代表狀態(tài)。如圖1所示，若在狀態(tài)SO接收到某個輸入事件e1后轉(zhuǎn)向S1狀態(tài)，就在圖中畫一條從SO到Sl的帶箭頭的弧線，并在弧線上標(biāo)記e1。
2 基本思想
2．1 必要性分析
有限狀態(tài)機是通過事件來觸發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變的，其事件來源主要有2個：其一是外部觸發(fā)事件，如響應(yīng)用戶鍵盤的輸入；其二是內(nèi)部觸發(fā)事件，如系統(tǒng)所發(fā)出來的各種命令。有限狀態(tài)機這種事件驅(qū)動的特性具有良好的開放性，可以根據(jù)用戶的要求方便地增加相應(yīng)的狀態(tài)與事件，完成系統(tǒng)功能的擴展。本文所研究的自動售貨機配有1個5×5的管理鍵盤和1個3×7用戶鍵盤，二者復(fù)用了部分的鍵盤掃描線；另外有37個外部事件源，加上幾條內(nèi)部命令，可能觸發(fā)的事件達45個。如此多的事件，當(dāng)某個事件發(fā)生時，如果采用if…else或switch…case語句進行一一判斷，將非常復(fù)雜。而采用有限狀態(tài)機，每個狀態(tài)維護一張事件表，無需比較，大大提高了響應(yīng)速度；并且就擴展需求較為頻繁的自動售貨機而言，有限狀態(tài)機也是便于維護的。
2．2 實現(xiàn)方式
根據(jù)系統(tǒng)中各個狀態(tài)之間是否存在包含關(guān)系，有限狀態(tài)機可以分為常規(guī)狀態(tài)機與層次型狀態(tài)機(hierarchicalstate machine)。對于前者，系統(tǒng)中各個狀態(tài)是獨立的、互斥的，適合應(yīng)用于那些存在狀態(tài)數(shù)量不多的簡單系統(tǒng)；而對于后者，系統(tǒng)中的狀態(tài)除了互斥關(guān)系以外，還存在真包含的關(guān)系。
分析自動售貨機這樣一個狀態(tài)機，圖2為自動售貨機的狀態(tài)圖(不完整)。
評論