QM UML狀態(tài)機(jī)建模實(shí)例之Blinky for cortex-m0

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來(lái)源：全然電子

整理：李肖遙

    QP事件狀態(tài)機(jī)框架論壇已經(jīng)有很多教程了，加上已經(jīng)有中文版本的書(shū)籍學(xué)習(xí)QP相對(duì)來(lái)說(shuō)多花一些時(shí)間就能入門(mén)，有經(jīng)驗(yàn)的攻城獅們可能忙于工作無(wú)法學(xué)習(xí)更多的技術(shù)，使用QP框架的好處可能仍不會(huì)讓您動(dòng)心，但是如果現(xiàn)在有一款能自動(dòng)生成代碼的圖形編輯軟件呢？是不是會(huì)有那么點(diǎn)心動(dòng)，雖然不能完全脫離代碼，但是至少應(yīng)用層可以完全使用使用該軟件來(lái)完成，我要推薦就是QM軟件，一個(gè)基于QP框架UML語(yǔ)言的狀態(tài)機(jī)圖形編程軟件，下面是我使用QM開(kāi)發(fā)官方Blingy閃燈的基本教程。

QP由Quantum Leaps公司開(kāi)發(fā)異于傳統(tǒng)順序式系統(tǒng)（前后臺(tái)架構(gòu)即main+ISR）和傳統(tǒng)多任務(wù)系統(tǒng)（操作系統(tǒng)）的事件驅(qū)動(dòng)型狀態(tài)機(jī)框架，實(shí)現(xiàn)了在C語(yǔ)言下的面向?qū)ο缶幊?，該框架支持有限狀態(tài)機(jī)FSM和層次式狀態(tài)機(jī)HSM。

QP大體的框架如下圖
 
對(duì)于開(kāi)發(fā)者使用該框架的開(kāi)發(fā)步驟如下：

如下圖所示
 
更多關(guān)于QP的資料請(qǐng)看點(diǎn)擊http://www.state-machine.com/psicc2/index.html，里面有電子版本的PSiCC2-CN文檔詳細(xì)介紹了整個(gè)QP框架

接下來(lái)簡(jiǎn)單介紹下QpNano，因?yàn)槲业慕Ｊ鞘褂肣pNano，它是由事件驅(qū)動(dòng)型框架下的裁剪版本,顧名思義，是針對(duì)資源有限的單片機(jī)。如低端的8位和16位單片機(jī)8051，PIC,AVR,MSP,STM8等當(dāng)然也適應(yīng)于32位處理器。

下面介紹如何在StateMachines板上運(yùn)用QP官網(wǎng)上Blinky（閃燈）的例程之前簡(jiǎn)單介紹下StateMachines板的資源:

    簡(jiǎn)單介紹完QP和QpNano后，下面才是我要重點(diǎn)推薦使用QP框架的原因。QP框架允許完全手工編程和使用自動(dòng)生成代碼工具QM。QM（QP? Modeler）建模是基于QP框架和層次式狀態(tài)機(jī)UML語(yǔ)言圖形自動(dòng)代碼生成工具，可以在該軟件下實(shí)現(xiàn)各個(gè)對(duì)象的狀態(tài)機(jī)和事件交換，而狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)方式是使用UML圖形，真正做到應(yīng)用層使用圖形編程，更適合我們的編程思維。

Blinky例程是一個(gè)LED閃燈程序，是學(xué)習(xí)QP、QM最基本的例程，以下是使用qm_3.3.0-win64下建立Blinky模型：

如下圖所示在File菜單下點(diǎn)擊New Modle新建一個(gè)QM工程，然后在彈出的頁(yè)面Frameworks下選擇使用qpn即qp-nano框架，Templates模板選擇None，Name我暫且命名為Project，Location選擇工程保存位置

點(diǎn)擊OK后可以看到已經(jīng)生成了Project的項(xiàng)目如下圖所示

在上一步驟中生成的工程左上角Mode Explorer下Project處鼠標(biāo)右鍵選擇Add Package建立一個(gè)包，在Property Editor處nane命名為AOs, stereotype選擇components如下圖所示

然后在AOs處鼠標(biāo)右鍵選擇Add Class建立一個(gè)類，在Property Editor處nane命名為Blinky, superclass 處選擇qpn：：QActive,如下圖所示

接著在AOs處鼠標(biāo)右鍵選擇Add Attribute增加屬性，在Property Editor處nane處命名為AO_ Blinky，type為struct Blinky,即使Blinky類的具體實(shí)例對(duì)象
如下圖所示

接著在AOs處鼠標(biāo)右鍵選擇Add Operation增加類構(gòu)造，在Property Editor處
nane處命名為Blinky_Ctor
teturn type 選擇void
在下方Code處具體添加代碼構(gòu)造

Blinky * const me = &AO_Blinky;  QActive_ctor(&me->super, Q_STATE_CAST(&Blinky_initial));//是qpn框架自帶的API函數(shù)用于類構(gòu)造

Q_STATE_CAST(&Blinky_initial)是指定初始化狀態(tài)為Blinky_initial
如圖所示

在上一步驟的類Blinky處右鍵選擇Add State Machine建立狀態(tài)機(jī)，雙擊SM如下圖所示

可以看到有會(huì)彈出SM of Blinky帶有珊格的狀態(tài)機(jī)工作區(qū)域，工作區(qū)域小大可由珊格最右下角拉伸。

在上一步驟中已經(jīng)在類里新建了一個(gè)狀態(tài)機(jī)，下面需要實(shí)現(xiàn)具體的狀態(tài)圖。
閃燈程序非常簡(jiǎn)單，LED有兩種狀態(tài)即亮與滅，互相觸發(fā)的事件為延時(shí)。亮與滅的兩種狀態(tài)只要等待延時(shí)事件，延時(shí)事件一旦觸發(fā)就執(zhí)行亮燈滅燈的動(dòng)作。

如下圖所示在右方有一個(gè)小寬框即為狀態(tài)

點(diǎn)擊該狀態(tài)圖標(biāo)到珊格工作區(qū)域建立一個(gè)狀態(tài)，在Property Editor屬性編輯name處命名為L(zhǎng)edOn如下圖所示

同樣的方法建立第二個(gè)狀態(tài)LedOff,如下圖所示

然后點(diǎn)擊LedOn該狀態(tài)圖，在Property Editor屬性編entry狀態(tài)機(jī)進(jìn)入事件處理中加入代碼

QActive_armX((QActive *)me, 0U, BSP_TICKS_PER_SEC/8U, 0);

和Led改變狀態(tài)函數(shù)UpdataLesState(LedOn);
在exit狀態(tài)機(jī)退出事件中加入代碼

QActive_disarmX((QActive *)me, 0U);

QActive_armX((QActive *)me, 0U, BSP_TICKS_PER_SEC/8U, 0)是qpn框架提供的API函數(shù)，用于產(chǎn)生（BSP_TICKS_PER_SEC/8U）個(gè)Tick延時(shí)，BSP_TICKS_PER_SEC是板子定義每秒多少個(gè)Tick，即心跳時(shí)鐘。

QActive_disarmX((QActive *)me, 0U); 也是qpn框架系統(tǒng)提供的API函數(shù)，用于取消延時(shí)
相同的方法LedOff也是如此，將entry事件Led執(zhí)行狀態(tài)改為L(zhǎng)edOff即可。

如下圖所示

接下來(lái)就要使兩個(gè)狀態(tài)建立轉(zhuǎn)換了同樣在右方狀態(tài)機(jī)圖標(biāo)下方有一個(gè)Transition圖標(biāo)表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換遷移。
從LedOn狀態(tài)轉(zhuǎn)換到LedOff狀態(tài)是延時(shí)事件，因?yàn)閝pn框架提供了延時(shí)事件的枚舉為Q_TIMEOUT，可以直接使用。
點(diǎn)擊圖標(biāo)，從LedOn拉伸至LedOff狀態(tài)，并在屬性編輯里trigger觸發(fā)為Q_TIMEOUT如下圖所示

最后需要為該對(duì)象下的狀態(tài)機(jī)指定一個(gè)初始化轉(zhuǎn)移，即初始化轉(zhuǎn)換到哪一個(gè)狀態(tài)
點(diǎn)擊右方圖標(biāo)Initial Transition指定為轉(zhuǎn)換到LedOn狀態(tài)如下圖所示

首先需要為對(duì)象建立一個(gè)文件聲明和定義對(duì)象，在Model Explorer中鼠標(biāo)右鍵選擇Add Directory,在Property Editor屬性中path指定目錄我命名為Code（默認(rèn)是在建立工程文件目錄下）
然后在Model Explorer可以看到Code選項(xiàng)右鍵選擇Add File，并在Property Editor屬性name中命名為Blinky.c
同樣的方法建立文件Project.h主要用于事件枚舉、包含外部使用到的.h文件、外部聲明對(duì)象。

如下圖所示

接著在Blinky.c中定義和聲明Blinky對(duì)象和初始化，QM中有以下代碼生成指令
$declare()   聲明
$define()    定義

如圖所示

最后點(diǎn)擊工具欄Tools選擇Generate Code或直接按F7生成C代碼

首先需要將qpn移植到STM32F030中，我使用qpn合作式內(nèi)核，只需要在SysTick_Handler加入qpn 定時(shí)服務(wù)API QF_tickXISR(0)并在QF_onStartup（）函數(shù)中加入SysTick配置中斷時(shí)間和優(yōu)先級(jí)。

如圖所示

然后需要為Blinky對(duì)象分配事件隊(duì)列內(nèi)存，并制定整個(gè)項(xiàng)目中所使用到的活動(dòng)對(duì)象個(gè)數(shù)本例程只有一個(gè)在#include "qpn_conf.h" 宏定義QF_MAX_ACTIVE配置。

如圖所示


整個(gè)Blinky QM建模由

介紹完成，看起來(lái)一個(gè)非常簡(jiǎn)單的閃燈程序由QM生成非常耗時(shí)，不如自己敲幾行代碼來(lái)的快，但這是飛躍，邏輯代碼層完全由圖形實(shí)現(xiàn)，意味著以后不同復(fù)雜的項(xiàng)目都可以使用圖形來(lái)管理并且圖形比起代碼來(lái)說(shuō)更加易懂和維護(hù)，圖形編程是以后的方向。

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