VAPS XT开发入门教程05:预览与状态机

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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

PFDExample

点击工具栏的Play按钮即可不编译就运行程序

play-pause-stop

仿真运行时,所有的数据接口处于灰色状态,并且不可修改。

play

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

VAPS XT开发入门教程00:基本介绍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

led

可以画出以下的状态机图

state

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

transition

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:

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

发生的事件如下:

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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:

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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。

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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:

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/*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:

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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()

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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。

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#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;
}
}

总结

  • VAPS XT核心功能就是建立在状态机这个功能上面
  • 如果数据更新后同时触发两个回调函数会导致变换状态不稳定,这应该是Data Flow不允许Destination部分有相同实例的原因

问题

  • 部分功能是使用代码实现的,如何在不编译的情况下实现代码功能的运行。

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VAPS XT开发入门教程05:预览与状态机
https://feater.top/vapsxt/vapsxt-play-pause-stop
作者
JackeyLea
发布于
2022年6月29日
许可协议