QP之QEP原理

1.QP简介：

量子平台(Quantum Platform, 简称QP)是一个用于实时嵌入式系统的软件框架，QP是轻量级的、开源的、基于层次式状态机的、事件驱动的平台。

QP包括事件处理器(QEP)、轻量级的事件驱动框架(QF)、任务调度微内核(QK)和实时跟踪调试器(QS)四个部分。

利用QP可以开发出结构清晰的嵌入式应用程序(使用C或C++语言)。

2.QEP核心思想

QEP的核心思想就是，用一个函数指针指向当前状态函数，使用这个函数指针有条件地执行某状态函数，并根据执行结果执行其它的相应动作。

（1）状态图到C语言的转换
状态图可以很容易地转换到C语言表示，下面举例说明(略去了构造函数和初始化函数)。

例如下面的平面状态机FSM，图中有两个状态：设置状态setting和定时状态timing。

可以转换成C代码如下
两个状态函数声明：

static QState Bomb4_setting(Bomb4 *me, QEvent const *e);/*声明设置状态函数*/
 
static QState Bomb4_timing (Bomb4 *me, QEvent const *e);/*声明计时状态函数*/

两个状态函数的实现（对事件的处理）：

QState Bomb4_setting(Bomb4 *me, QEvent const *e) {
                 switch (e->sig) {
                     case UP_SIG: {/*UP_SIG事件处理---增加定时处理*/
                       ...
                         return Q_HANDLED();
                     }
                     case DOWN_SIG: {/*DOWN_SIG事件处理---减少定时事件处理*/
                      ...
                         return Q_HANDLED();
                     }
                     case ARM_SIG: {/*ARM_SIG事件处理---定时事件处理*/
                         return Q_TRAN(&Bomb4_timing); /* 转到定时状态*/
                     }
                 }
                 return Q_IGNORED(); /*忽略事件*/
}
 
                 /*----6.4-状态函数（定时状态处理）-----.*/
QState Bomb4_timing(Bomb4 *me, QEvent const *e) {
                 switch (e->sig) {
                     case Q_ENTRY_SIG: {/*状态进入处理*/
                       ...
                         return Q_HANDLED();
                     }
                     case UP_SIG: {/*UP_SIG事件处理---保存密码设置*/
                       ...
                         return Q_HANDLED();
                     }
                     case DOWN_SIG: {/*DOWN_SIG事件处理---保存密码设置*/
                      ...
                         return Q_HANDLED();
                     }
                     case ARM_SIG: {/*ARM_SIG事件处理---密码正确则解除定时引爆，转到设置状态*/
                         if (me->code == me->defuse) {
                             return Q_TRAN(&Bomb4_setting);
                                                   }
                         return Q_HANDLED();
                     }
                     case TICK_SIG: {/*定时事件处理*/
                      ...
                         return Q_HANDLED();
                     }
                 }
                 return Q_IGNORED();
}
 

（2）状态函数指针
在QP中用函数表示状态，叫状态函数，一个状态用一个状态函数表示，系统有多个状态，也就可以用多个函数来表示。在QEP中定义了一个状态函数指针QStateHandler，用这个函数指针可以指向任何一个状态函数。在状态函数内使用了结构清晰的switch---case语句，对不同的事件(信号)进行分类处理。

状态函数指针定义如下：

typedef QState  (*QStateHandler)(void *me, QEvent const *e);  /*状态函数指针，指向状态机中任何一个状态函数*/

其中 QState是调用状态函数的返回值，其定义如下：

typedef uint8_t QState;/*状态返回值，状态机状态处理函数返回值*/

有四种返回值：0---QRETHANDLED，表示事件被处理了，但没有转换，叫内部转换； 1---QRETIGNORED， 表示事件被忽略，没有处理； 2---QRETTRAN，表示事件被处理了，并有转换，转换到其它状态； 3---QRETSUPER，表示进入父状态了，只用于层次状态机HSM中。

（3）状态机的当前状态

平面状态机FSM或层次状态机HSM内部定义了一个QStateHandler类型的state变量，它是一个指向状态函数的指针，state指向哪个状态函数，哪个状态函数就是当前状态，有事件时，总是把事件发给当前状态的状态函数来处理。状态机有多个状态，但同一时刻，只有一个“焦点”(当前状态)，“焦点”可以用QTRAN(target)来改变。

当前状态变量定义如下：

typedef struct QFsmTag {QStateHandler  state;  /*状态变量，当前活动状态，也就是经常用到的me->state */
                       } QFsm;  /*平面状态机FSM数据结构*/
 
typedef struct QFsmTag QHsm;  /*层次状态机HSM数据结构，与FSM一样*/

状态转换定义如下：

#define Q_TRAN(target_)(((QFsm *)me)->state = (QStateHandler)(target_), Q_RET_TRAN)

发给状态机的事件，总是发到当前状态变量所指向的状态函数来处理。

（4）事件处理器
事件处理器，也可以理解为一个状态机引擎，当处理有事件时，调用当前状态的状态函数处理这个事件，并处理调用状态函数的返回值，根据返回值进行相应的状态变换(如转移到父状态)。

同时状态引擎也处理状态的进入(ENTER)、退出(EXIT)，并处理初始伪状态。

事件处理器利用状态函数指针来调用状态函数，总是把事件发送到当前状态，但事件不是在当前状态处理了，由调用的结果来判断。

3.结论

用状态函数指针从原理上可以调用任何状态函数，并检查调用结果。状态机引擎也就成了一个事件分派执行器。QHsm_dispatch()函数是QP中最复杂的函数，是理解状态机处理的关键。

参考：
【1】QP量子平台、量子编程:http://www.state-machine.com