有限状态机FSM和层次状态机HSM

Posted 2020-09-24 MeCary

前言

　　就单片机而言，程序可以分为两类：带操作系统的程序和前后台程序；前后台程序从架构上又分为顺序机和状态机。

　　广义地说， 任何一个程序都是一个状态机， 因为它总是要记住一些状态， 然后根据输入进行输出。 狭义上说，状态机不是指随随便便的一个程序， 而是指某一类程序， 也就是状态机编程程序。

FSM

　　简单讲就是将行为分为一个一个的状态，状态与状态之间的过渡通过事件的触发来形成。比如士兵的行为有“巡逻”，“追击敌人”，“攻击敌人”，“逃跑”等行为，响应的事件就有“发现敌人”，“追到敌人”，“敌人逃跑”，“敌人死亡”，“自己血量不足”等。那么可以写成这样一个状态机：

　　1.士兵 “巡逻”，如果 “发现敌人”，那么，“追击敌人”

　　2.士兵 “追击敌人”， 如果 “追到敌人”， 那么，“攻击敌人”

　　3.士兵 “追击敌人”， 如果 “敌人死亡”， 那么，继续 “巡逻”

　　4.士兵 “攻击敌人”， 如果 “敌人死亡”， 那么，继续 “巡逻”

　　5.士兵 “攻击敌人”， 如果 “血量不足”， 那么，“逃跑”

　　其中，士兵就是这个FSM的执行者，红色的就是状态，蓝色的就是事件，整个状态机的行为可以总结为：当前状态=>是否满足条件1，如果是，则跳转到对应状态，否则=>是否满足条件2，如果是，则跳转到对应状态。

　　由此可看出，状态机是一种“事件触发型”行为，就是只有事件的触发才会发生引起状态的变化。

HSM

　　简单来说，就是FSM当状态太多的时候，不好维护，于是将状态分类，抽离出来，将同类型的状态做为一个状态机，然后再做一个大的状态机，来维护这些子状态机。

　　举个决策小狗行为的例子：我们对小狗定义了有很多行为，比如跑，吃饭，睡觉，咆哮，撒娇，摇尾巴等等，如果每个行为都是一个状态，用常规状态机的话，我们就需要在这些状态间定义跳转，比如在“跑”的状态下，如果累了，那就跳转到“睡觉”状态，再如，在“撒娇”的状态下，如果感到有威胁，那就跳转到“咆哮”的状态等等，我们会考量每一个状态间的关系，定义所有的跳转链接，建立这样一个状态机。如果用层次化的状态机的话，我们就先会把这些行为“分类”，把几个小状态归并到一个状态里，然后再定义高层状态和高层状态中内部小状态的跳转链接。

　　其实层次化状态机从某种程度上，就是限制了状态机的跳转，而且状态内的状态是不需要关心外部状态的跳转的，这样也做到了无关状态间的隔离，比如对于小狗来说，我们可以把小狗的状态先定义为疲劳，开心，愤怒，然后这些状态里再定义小状态，比如在开心的状态中，有撒桥，摇尾巴等小状态，这样我们在外部只需要关心三个状态的跳转（疲劳，开心，愤怒），在每个状态的内部只需要关心自己的小状态的跳转就可以了。这样就大大的降低了状态机的复杂度，另外，如果觉得两层的状态机还是状态太多的话，可以定义更多的状态层次以降低跳转链接数。

　　QP就是一个面向MCU，面向并发的层次式状态机模型。有人称量子平台QP（Quantum Programming）叫作量子编程（Quantum Programming），也叫状态机编程。

 

 参考文献

http://www.cnblogs.com/jeason1997/p/5140201.html