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VAPS XT开发入门教程05：预览与状态机

news 来源：原创 2024/4/28 13:53:09

预览

VAPS XT提供了预览功能，所谓的预览功能就是在设计时或者设计完成后，不编译就可查看运行效果的方式。

打开VAPS XT官方示例工程中的PFDExample

点击工具栏的Play按钮即可不编译就运行程序

仿真运行时，所有的数据接口处于灰色状态，并且不可修改。

同时，各个控件、模块的数值会根据Data Flow更新（PFDExample中没有状态图和Transition）。

VAPS XT只提供了这一种仿真功能，剩下的只能是编译运行了。

当然，本文的重点不是预览这个功能，而是藏在背后的那个东西：状态机

状态机

在VAPS XT开发入门教程00：基本介绍和VAPS XT开发入门教程04：GUI界面说明中介绍过状态机

一个健壮的状态机可以让你的程序，不论发生何种突发事件都不会突然进入一个不可预知的程序分支。

这正是VAPS XT这种软件需要的功能，飞机上的软件一切都要是可控的，所有的状态都是可预测的，这也是适航认证的重点。

定义

状态机是有限状态自动机的简称，是现实事物运行规则抽象而成的一个数学模型。

先来解释什么是“状态”（State）。现实事物是有不同状态的，例如一个LED等，就有亮和灭两种状态。我们通常所说的状态机是有限状态机，也就是被描述的事物的状态的数量是有限个，例如LED灯的状态就是两个亮和灭。

状态机，也就是 State Machine ，不是指一台实际机器，而是指一个数学模型。说白了，一般就是指一张状态转换图。

举例

以物理课学的灯泡图为例，就是一个最基本的小型状态机

可以画出以下的状态机图

这里就是两个状态：①灯泡亮，②灯泡灭

如果打开开关，那么状态就会切换为灯泡亮。灯泡亮状态下如果关闭开关，状态就会切换为灯泡灭。

状态机的全称是有限状态自动机，自动两个字也是包含重要含义的。给定一个状态机，同时给定它的当前状态以及输入，那么输出状态时可以明确的运算出来的。

例如对于灯泡，给定初始状态灯泡灭，给定输入“打开开关”，那么下一个状态时可以运算出来的。

四大概念

下面来给出状态机的四大概念。

State ，状态。一个状态机至少要包含两个状态。例如上面灯泡的例子，有灯泡亮和灯泡灭两个状态。
Event ，事件。事件就是执行某个操作的触发条件或者口令。对于灯泡，“打开开关”就是一个事件。
Action ，动作。事件发生以后要执行动作。例如事件是“打开开关”，动作是“开灯”。编程的时候，一个 Action 一般就对应一个函数。
Transition ，变换。也就是从一个状态变化为另一个状态。例如“开灯过程”就是一个变换。

下图是VAPS XT transition的图

Trigger就是Event，Action就是对应着Action，Guard应该对应着State，这个过程就是Transition。

通过拖拽实现的状态图也是类似。

Data Flow

Internal Transition和状态图好理解，因为它基本上快把 “我是用状态机实现的” 写在脸上了。

之前我一直不理解Data Flow是怎么实现的，昨晚（2022.06.29）洗澡前突然写到状态机这个功能，瞬间顿悟了。

实现

Data Flow中使用的是某个数据结构的实例

默认情况下，实例创建后会有一个默认值
数值（不管是谁以什么方式）修改后，实例值改变，同时触发数据更新事件
数据更新事件发送后，实例处于等待状态
数据更新事件发送后，进入数据更新回调函数后进入下一个实例的状态机中

Data Flow表格中的应该就是数据更新事件和数据更新回调这个流

根据状态迁移，定义状态机状态如下：

typedef enum{
    sta_origin=0,
    sta_update,
    sta_updated,
    sta_wait
}State;

发生的事件如下：

typedef enum{
    evt_wait=0,
    evt_update,
    evt_updated
}EventId;

不论是状态还是事件都可以根据实际情况增加调整。

定义一个结构体用来表示当前状态转换信息：

typedef struct{
    State curState;//当前状态
    EventID eventId;//事件ID
    State nextState;//下个状态
    CallBack action;//回调函数，事件发生后，调用对应的回调函数
}StateTransform;

事件回调函数：实际应用中不同的事件发生需要执行不同的action，就需要定义不同的函数，为方便起见，本例所有的事件都统一使用同一个回调函数。功能：打印事件发生后进程的前后状态，如果状态发生了变化，就调用对应的回调函数。

void action_callback(void *arg){
    StateTransform *statTran = (StateTransform *)arg;

    if(statename[statTran->curState] == statename[statTran->nextState]){
        printf("invalid event,state not change\n");
    }else{
        printf("call back state from %s --> %s\n",
        statename[statTran->curState],
        statename[statTran->nextState]);
    }
}

为各个状态定义迁移表数组：

/*origin*/
StateTransform stateTran_0[]={
    {sta_origin,evt_wait,        sta_update,NULL},
    {sta_origin,evt_update,      sta_updated,action_callback},
    {sta_origin,evt_updated,     sta_wait,NULL},
};

实现event发生函数：

void event_happen(unsigned int event)

功能：根据发生的event以及当前的进程state，找到对应的StateTransform 结构体，并调用do_action()

void do_action(StateTransform *statTran)

功能：根据结构体变量StateTransform，实现状态迁移，并调用对应的回调函数。

#define STATETRANS(n)  (stateTran_##n)
/*change state & call callback()*/
void do_action(StateTransform *statTran)
{
    if(NULL == statTran)
    {
        perror("statTran is NULL\n");
        return;
    }
    //状态迁移
    globalState = statTran->nextState;
    if(statTran->action != NULL)
    {//调用回调函数
        statTran->action((void*)statTran);
    }else{
        printf("invalid event,state not change\n");
    }
}

void event_happen(unsigned int event)
{
    switch(globalState)
    {
        case sta_origin:
            do_action(&STATETRANS(0)[event]);
            break;
        case sta_update:
            do_action(&STATETRANS(1)[event]);
            break;
        case sta_updated:
            do_action(&STATETRANS(2)[event]); 
            break;
        case sta_wait:
            do_action(&STATETRANS(3)[event]); 
            break;
        default:
            printf("state is invalid\n");
            break;
    }
}