如何做 Perl 状态机（FSM）来解析比特流（字节序列）？
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【中文标题】如何做 Perl 状态机（FSM）来解析比特流（字节序列）？【英文标题】：How to do Perl state machine (FSM) to parse bitstream (byte sequence)? 【发布时间】：2021-01-24 05:15:42 【问题描述】：我目前正在使用 Perl 来解析来自 RS232 串行端口的传入命令序列。 我尝试使用状态机，它的预期行为是： (1) 从串口接收一系列字节； (2) 状态机将字节作为输入，并跳转到相应的状态。
我想出了一个简化的演示 Perl 代码（贴在下面），但遇到了一个问题： 代码进入“while(1)”时，卡在这里，出不来。 因此，$din 字节序列分配被“while(1)”阻止，并且对状态机不可见。 因此，FSM 卡在“INIT”状态，根本不跳转。
我认为这应该是 Perl 编码中非常简单或入门级的练习， 但通过谷歌搜索对我没有太大帮助。 谁能帮我这个？ 先谢谢了~
...
my %next_state = (
"INIT" => sub
$din eq "AA" and return "HEADER0" ;
return "INIT" ;
,
"HEADER0" => sub
$din eq "99" and return "HEADER1" ;
return "INIT" ;
,
...
);
# Set state machine's initial state.
my $cur_state = "INIT" ;
# Integer for debugging purpose.
my $itgi = 0;
# Run the state machine.
while(1)
$cur_state = $next_state$cur_state();
print "$itgi, will jump to: $cur_state\n\n";
$itgi++;
# Send in input byte sequence, which simulates
# incoming bytes from RS-232 COM port:
$din = "AA" ;
sleep(1) ;
...
========== 2020.10.09 22:10 更新 ==========
感谢@ikegami 经过一番努力和帮助 调试工作，现在我可以得到我可爱的 Perl 状态了 机器启动并运行，代码如下所示。
但是还是有一个问题，就是：
输入字节序列（即@seq）必须是非0x00值； 如果我将 0x00 放入命令序列中，则 FSM 遇到 0x00 时会退出。
这是为什么？该代码使用“$cur_byte >= 0”，在我看来 应该能够像处理非零值一样处理 0x00。
为什么 0x00 会使状态机退出运行？
use strict ;
use warnings ;
# input to the state machine
my $din ;
#---------------------------------------------------------------------
# FSM's state table.
#---------------------------------------------------------------------
# Expected input sequence is:
# AA 99 00 01 ....
# In which:
# (1) Fixed pattern "AA" and "99" are two bytes of header,
# (2) Following bytes are uart ID, etc.
my %next_state = (
"INIT" => sub
# If receives "AA" from input,
# then jumpt to "HEADER0" state:
$din eq "AA" and return "HEADER0" ;
# Otherwise just stay here:
return "INIT" ;
,
"HEADER0" => sub
# If receives "99" from input,
# then proceed to "HEADER1" state:
$din eq "99" and return "HEADER1" ;
# Otherwise, return to initial state:
return "INIT" ;
,
"HEADER1" => sub
# Capture first byte of uart ID:
return "UARTID0";
,
"UARTID0" => sub
# Capture second byte of uart ID:
return "UARTID1";
,
"UARTID1" => sub
# Capture second byte of uart ID:
return "FINISHED";
,
"FINISHED" => sub
return "INIT";
,
);
#---------------------------------------------------------------------
# Set state machine's initial state.
#---------------------------------------------------------------------
my $cur_state = "INIT" ;
#---------------------------------------------------------------------
# Send in command sequence
#---------------------------------------------------------------------
my @seq = (-1, 0xAA, -1, 0x99, -1, 0x06, -1, 0x07,
-1, 0x08, -1, 0x09, -1, 0x0a, -1, 0x0b,
-1, 0x0c, -1, 0x0d
);
sub get_next_byte
while (@seq) #(A)
my $cur_byte = shift(@seq);
return $cur_byte if $cur_byte >= 0;
#
sleep(-$cur_byte);
return (); #(B)
#---------------------------------------------------------------------
# Run the state machine.
#---------------------------------------------------------------------
# Integer for debugging purpose.
my $itgi = 0;
while( $din = get_next_byte() ) #(C)
$din = sprintf("%02X",$din);
$cur_state = $next_state$cur_state();
print "-- Iteration $itgi, will jump to: $cur_state\n";
$itgi++;
print "-- Program finish.\n";
【问题讨论】：
所以...代码在设置$din 变量之前进入while(1)，因此它被锁定在INIT 状态。首先“Send in input byte sequence...”然后然后进入while...?
然而，这还不够，因为代码会反弹回INIT（因为$din 是99）。需要在 while 循环内，在 %next_state subs 的调用之间“喂”它。
为什么不输入while(<>) 并输入？或者在文件中有所需的输入，并使用该文件运行，prog filename。 “神奇的”<> 操作符从命令行中给出的所有文件中读取行，如果没有文件，则使用STDIN（这样您就可以输入您想要的内容并按回车键）
提示：没有理由使用字节的十六进制表示而不是字节本身。这是无用的额外工作。代替$din eq "AA"，使用$din == 0xAA等
我只想指出，我喜欢我们在这里遇到的人和问题的多样性。对于大多数人（包括我，而且我已经这样做了很长时间）来说，状态机绝不是入门级的。但是如果你做CS，它可能是。我们在 Perl 标记中得到的大多数问题是“我如何解析这行文本”或类似的问题。你的很有趣！ :)
【参考方案1】：
您无需更改 $din 即可进入循环。你需要类似的东西
# Run the state machine.
while ( my ($din) = get_next_byte() )
$din = sprintf("%02X", $din);
$cur_state = $next_state$cur_state();
print "$itgi, will jump to: $cur_state\n\n";
$itgi++;
出于测试目的，您可以使用
my @seq = (-1, 0xAA, -1, 0x99);
sub get_next_byte
while (@seq)
my $next = shift(@seq);
return $next if $next >= 0;
sleep(-$next);
return ();
【讨论】：
谢谢哥们，这似乎比我试图放入我的代码中的繁琐的 fork()、管道、AnyEvent 东西要整洁得多。我会看看我是否可以按照你的代码 sn-p 并通过它。 感谢好友@ikegami，我将您的代码合并到我的代码中，现在状态机开始运行，但传入的数据序列必须是非 0x00 值。如果我将 0x00 放入“@seq”，那么 FSM 将从这一点退出。我调试并重新检查了代码，但没有任何线索。对此有何提示？ 你改变了while ( my ($din) = get_next_byte() )。好的，删除my 是有道理的，但您也删除了关键的括号。见Scalar vs List Assignment Operator
谢谢哥们，我去看看。没想到 Perl 有这么多细微差别，让人抓狂。
目前调试后的结论是：while( ($din) = get_next_byte() ) ...确实可以正常工作，而while( my ($din) = get_next_byte() )...会报错信息Use of uninitialized value $din in string eq at ... 指向$din eq "AA" 行。【参考方案2】：
感谢@zdim 和@ikegami 的帮助，现在我终于完成了这个程序。我将发布我的工作代码如下，以防有人可能有同样的问题。
以下代码受 zdim 启发：
use strict ;
use warnings ;
# input to the state machine
my $din ;
# FSM's state table.
# Expected input sequence is:
# AA 99 00 01 ....
# In which:
# "AA" and "99" are two bytes of header,
# "00" and "01" are two bytes of uart ID.
my %next_state = (
"INIT" => sub
# If receives "AA" from input,
# then jumpt to "HEADER0" state:
$din eq "AA" and return "HEADER0" ;
# Otherwise just stay here:
return "INIT" ;
,
"HEADER0" => sub
# If receives "99" from input,
# then proceed to "HEADER1" state:
$din eq "99" and return "HEADER1" ;
# Otherwise, return to initial state:
return "INIT" ;
,
"HEADER1" => sub
# Capture first byte of uart ID:
return "UARTID0";
,
"UARTID0" => sub
# Capture second byte of uart ID:
return "UARTID1";
,
# "UARTID1" => sub
# return "FINISHED";
# ,
"FINISHED" => sub
return "INIT";
,
);
# Set state machine's initial state.
my $cur_state = "INIT" ;
# Integer for debugging purpose.
my $itgi = 0;
# Run the state machine.
while($din = <>)
chomp $din ;
$cur_state = $next_state$cur_state();
print "$itgi, will jump to: $cur_state\n\n";
$itgi++;
# Send in input bytes:
$din = "AA" ;
sleep(1) ;
$din = "99" ;
sleep(1) ;
下面的 dode 是受 ikegami 启发的，注意($din) 和不带括号的简单$din 之间的区别：带括号，我们得到一个TRUE 或FALSE 的结果；没有括号，我们得到@seq的实际元素值，如果这个值为0x00，那么while将变为while(0)并退出。
use strict ;
use warnings ;
# input to the state machine
my $din ;
#---------------------------------------------------------------------
# FSM's state table.
#---------------------------------------------------------------------
# Expected input sequence is:
# AA 99 00 01 ....
# In which:
# (1) Fixed pattern "AA" and "99" are two bytes of header,
# (2) Following bytes are uart ID, etc.
my %next_state = (
"INIT" => sub
# If receives "AA" from input,
# then jumpt to "HEADER0" state:
$din eq "AA" and return "HEADER0" ; #(D)
# Otherwise just stay here:
return "INIT" ;
,
"HEADER0" => sub
# If receives "99" from input,
# then proceed to "HEADER1" state:
$din eq "99" and return "HEADER1" ;
# Otherwise, return to initial state:
return "INIT" ;
,
"HEADER1" => sub
# Capture first byte of uart ID:
return "UARTID0";
,
"UARTID0" => sub
# Capture second byte of uart ID:
return "UARTID1";
,
"UARTID1" => sub
# Capture second byte of uart ID:
return "FINISHED";
,
"FINISHED" => sub
return "INIT";
,
);
#---------------------------------------------------------------------
# Set state machine's initial state.
#---------------------------------------------------------------------
my $cur_state = "INIT" ;
#---------------------------------------------------------------------
# Send in command sequence
#---------------------------------------------------------------------
my @seq = (-1, 0xAA, -1, 0x99, -1, 0x00, -1, 0x00,
-1, 0x00, -1, 0x00, -1, 0x0a, -1, 0x0b,
-1, 0x0c, -1, 0x0d
);
sub get_next_byte
while (@seq) #(A)
my $cur_byte = shift(@seq);
return $cur_byte if $cur_byte >= 0;
#
sleep(-$cur_byte);
return (); #(B)
#---------------------------------------------------------------------
# Run the state machine.
#---------------------------------------------------------------------
# Integer for debugging purpose.
my $itgi = 0;
##--while( my ($din) = get_next_byte() ) #(C)
while( ($din) = get_next_byte() ) #(C)
$din = sprintf("%02X",$din);
$cur_state = $next_state$cur_state();
print "-- Iteration $itgi, will jump to: $cur_state\n";
$itgi++;
print "-- Program finish.\n";
【讨论】：
以上是关于如何做 Perl 状态机（FSM）来解析比特流（字节序列）？的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章