引言
記得年輕的時候去面試一家大廠的嵌入式軟件工程師的職位，面試官讓很多候選人三人一組討論去設計一款ATM機，當時我們那組討論的熱火朝天，什么把Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核移植過來，加入互鎖機制確保取錢的安全性，什么多線程加快速度等等天馬行空的方案。最終默默地在等待Offer，就一直默默而無下文了?，F(xiàn)在站在大廠的角度想一想，可能是通過一些試題想考察你對一個項目的軟件思維能力。啥叫軟件思維能力。就是從軟件的角度去解讀需求。別囫圇吞棗，大而空地泛泛之談。你能想得越細，設計的代碼覆蓋的case越多，設計的代碼簡單且RAM,ROM越節(jié)省，執(zhí)行效率越高，這才是去做嵌入式軟件工程師的正確解法。
我們從狀態(tài)機的角度去分析一下解題步驟：
全面詳盡的弄清楚客戶的需求，分解成相應的功能或多個子功能需求
弄清楚這些功能中的狀態(tài)，并確定狀態(tài)的轉移條件（及狀態(tài)的進入和退出條件或事件），設計出系統(tǒng)的狀態(tài)骨架
測試每個轉移的有效性
針對每個狀態(tài)，結合功能需求細化狀態(tài)中需要做哪些事情
集成進行系統(tǒng)的集成測試
ATM狀態(tài)機
當您設計ATM 的功能時，設想一下你是小明。
小明走到ATM機面前，一系列的事件（事件是指在某個時刻發(fā)生的事情
）發(fā)生了，插入卡片（Card_Insert_Event），輸入密碼（Pin_Enter_Even），選擇辦理事項(Option_Selection_Event：取錢/存錢/查詢余額），輸入數(shù)額（Amount_Enter_Event）并按確認，ATM吐出所需錢財（Amount_Dispatch_Event）。如下圖為從ATM取錢的一個狀態(tài)機模型，
描述了ATM狀態(tài)及轉移條件。
狀態(tài)作為系統(tǒng)的一種特定階段的狀態(tài)，則會持續(xù)一段時間，直到特定的觸發(fā)事件導致狀態(tài)的轉移的特定點為止。例如夜深人靜的時候ATM大概率處于空閑狀態(tài)。過節(jié)的時候（是蠻多和女生相關的且需要花錢的節(jié)日的），你走到ATM插入卡片后的那個時間點，ATM從空閑狀態(tài)切換到了檢測到卡片插入狀態(tài)。
對事件發(fā)生所執(zhí)行的事件處理是當前狀態(tài)和輸入事件的一個函數(shù)。此處的名字叫做EventHandle， 還可叫做Action（有三類：entry，during，exit）。其可存在轉移的分支上，或者是位于狀態(tài)的進入或退出動作或during標簽中，如下圖所示。
entry: 當進入一個狀態(tài)的時候執(zhí)行該標簽下的action，該action在狀態(tài)中其它任何action之前執(zhí)行。
during: 當狀態(tài)處于激活時執(zhí)行during 標簽下的action ， during活動在進入活動之后執(zhí)行，并且—直運行到它本身完成為止（同步執(zhí)行的動作）。
exit: 當離開—個狀態(tài)的時候觸發(fā)執(zhí)行該標簽下的action，該活動在該狀態(tài)結束之前并且所有其它action都完成后觸發(fā)執(zhí)行。
一般狀態(tài)之間的轉換不僅依賴于Event的發(fā)生，還需要[Condition Expression]這個門控條件成立，才能發(fā)生轉移。
如下圖中的轉移的方式：轉移條件分別為Condition和Event。
狀態(tài)機實現(xiàn)方式
如果你用C語言建模的話，一般推薦下面兩種方式
實現(xiàn)方式1：switch-case結構。
實現(xiàn)方式簡單，Case變多的時候不易維護，并且圈復雜度較高。
#include<stdio.h>
//Different?state?of?ATM?machine
typedefenum
{
Idle_State,
Card_Inserted_State,
Pin_Eentered_State,
Option_Selected_State,
Amount_Entered_State,
}?eSystemState;
//Different?type?events
typedefenum
{
Card_Insert_Event,
Pin_Enter_Event,
Option_Selection_Event,
Amount_Enter_Event,
Amount_Dispatch_Event
}?eSystemEvent;
//Prototype?of?eventhandlers
eSystemStateAmountDispatchHandler(void)
{
returnIdle_State;
}
eSystemStateEnterAmountHandler(void)
{
returnAmount_Entered_State;
}
eSystemStateOptionSelectionHandler(void)
{
returnOption_Selected_State;
}
eSystemStateEnterPinHandler(void)
{
returnPin_Eentered_State;
}
eSystemStateInsertCardHandler(void)
{
returnCard_Inserted_State;
}
intmain(intargc,char*argv[])
{
eSystemState?eNextState?=?Idle_State;
eSystemEvent?eNewEvent;
while(1)
{
//Read?system?Events
eSystemEvent?eNewEvent?=?ReadEvent();
switch(eNextState)
{
caseIdle_State:
{
if(Card_Insert_Event?==?eNewEvent)
{
eNextState?=?InsertCardHandler();
}
}
break;
caseCard_Inserted_State:
{
if(Pin_Enter_Event?==?eNewEvent)
{
eNextState?=?EnterPinHandler();
}
}
break;
casePin_Eentered_State:
{
if(Option_Selection_Event?==?eNewEvent)
{
eNextState?=?OptionSelectionHandler();
}
}
break;
caseOption_Selected_State:
{
if(Amount_Enter_Event?==?eNewEvent)
{
eNextState?=?EnterAmountHandler();
}
}
break;
caseAmount_Entered_State:
{
if(Amount_Dispatch_Event?==?eNewEvent)
{
eNextState?=?AmountDispatchHandler();
}
}
break;
default:
break;
}
}
return0;
}
實現(xiàn)方式2：查表方式
易于維護，可以方便你增加新的狀態(tài)或事件。減少代碼的長度，通過函數(shù)指針和事件及狀態(tài)進行綁定，非要說個缺點就是使用了指針，在汽車Misra C標準中不太推薦使用指針。
#include<stdio.h>
//Different?state?of?ATM?machine
typedefenum
{
Idle_State,
Card_Inserted_State,
Pin_Eentered_State,
Option_Selected_State,
Amount_Entered_State,
last_State
}?eSystemState;
//Different?type?events
typedefenum
{
Card_Insert_Event,
Pin_Enter_Event,
Option_Selection_Event,
Amount_Enter_Event,
Amount_Dispatch_Event,
last_Event
}?eSystemEvent;
//typedef?of?function?pointer
typedefeSystemState(*pfEventHandler)(void);
//structure?of?state?and?event?with?event?handler
typedefstruct
{
eSystemState?eStateMachine;
eSystemEvent?eStateMachineEvent;
pfEventHandler?pfStateMachineEvnentHandler;
}?sStateMachine;
//function?call?to?dispatch?the?amount?and?return?the?ideal?state
eSystemStateAmountDispatchHandler(void)
{
returnIdle_State;
}
//function?call?to?Enter?amount?and?return?amount?entered?state
eSystemStateEnterAmountHandler(void)
{
returnAmount_Entered_State;
}
//function?call?to?option?select?and?return?the?option?selected?state
eSystemStateOptionSelectionHandler(void)
{
returnOption_Selected_State;
}
//function?call?to?enter?the?pin?and?return?pin?entered?state
eSystemStateEnterPinHandler(void)
{
returnPin_Eentered_State;
}
//function?call?to?processing?track?data?and?return?card?inserted?state
eSystemStateInsertCardHandler(void)
{
returnCard_Inserted_State;
}
//Initialize?array?of?structure?with?states?and?event?with?proper?handler
sStateMachine?asStateMachine?[]?=
{
{Idle_State,Card_Insert_Event,InsertCardHandler},
{Card_Inserted_State,Pin_Enter_Event,EnterPinHandler},
{Pin_Eentered_State,Option_Selection_Event,OptionSelectionHandler},
{Option_Selected_State,Amount_Enter_Event,EnterAmountHandler},
{Amount_Entered_State,Amount_Dispatch_Event,AmountDispatchHandler}
};
//main?function
intmain(intargc,char*argv[])
{
eSystemState?eNextState?=?Idle_State;
while(1)
{
//Api?read?the?event
eSystemEvent?eNewEvent?=?read_event();
if((eNextState?<?last_State)?&&?(eNewEvent?<?last_Event)&&?(asStateMachine[eNextState].eStateMachineEvent?==?eNewEvent)?&&?(asStateMachine[eNextState].pfStateMachineEvnentHandler?!=NULL))
{
//?function?call?as?per?the?state?and?event?and?return?the?next?state?of?the?finite?state?machine
eNextState?=?(*asStateMachine[eNextState].pfStateMachineEvnentHandler)();
}
else
{
//Invalid
}
}
return0;
}
