开源TinyFSM状态机适用于嵌入式工业平台吗?
文章目录
- 引言
- 基于传统 C++ 实现的状态机
- TinyFSM 实现的对比
- 现代 C++ 实现的状态机
- 性能对比
- TinyFSM 性能测试
- 传统 C++ 性能测试
- 现代 C++ 性能测试
- 工业Misra C++编程标准
- TinyFSM 的优缺点分析
- 结论
引言
TinyFSM是一个为C++设计的轻量级有限状态机开源库库。
在嵌入式系统开发中,TinyFSM等状态机适用于控制系统和通信协议等场景,然而,开发者也需考虑该库的性能并考虑是否遵循工业C++标准。
传统 C++ 实现不仅能很容易的满足工业标准的要求,还能提供更高的性能和更低的内存开销。
现代 C++ 实现虽然引入了许多新特性,可以简化代码结构,但在性能上可能不如传统 C++ 实现高效。
反而TinyFSM本身很多地方设计不满足工业C++标准。
基于传统 C++ 实现的状态机
在嵌入式系统中,传统 C++ 实现的状态机通过显式管理状态变量和使用 switch 语句处理事件,可以有效控制内存和运行时开销,同时确保代码符合 MISRA C++ 规范。以下是一个简单的门状态机示例:
#include <iostream>enum class DoorState { Closed, Open, Locked };class DoorStateMachine {
public:DoorStateMachine() : state(DoorState::Closed) {}void open() {switch (state) {case DoorState::Closed:std::cout << "Door is opened\n";state = DoorState::Open;break;case DoorState::Open:std::cout << "Door is already open\n";break;case DoorState::Locked:std::cout << "Cannot open, door is locked\n";break;}}void close() {switch (state) {case DoorState::Closed:std::cout << "Door is already closed\n";break;case DoorState::Open:std::cout << "Door is closed\n";state = DoorState::Closed;break;case DoorState::Locked:std::cout << "Cannot close, door is locked\n";break;}}void lock() {switch (state) {case DoorState::Closed:std::cout << "Door is locked\n";state = DoorState::Locked;break;case DoorState::Open:std::cout << "Cannot lock, door is open\n";break;case DoorState::Locked:std::cout << "Door is already locked\n";break;}}private:DoorState state;
};int main() {DoorStateMachine door;door.open();door.close();door.lock();door.open();return 0;
}
TinyFSM 实现的对比
TinyFSM 是一个轻量级状态机库,通过继承 tinyfsm::Fsm 和定义状态类,能够直观地定义状态和事件处理函数。以下是使用 TinyFSM 实现的门状态机代码:
#include <tinyfsm.hpp>
#include <iostream>struct OpenEvent : tinyfsm::Event {};
struct CloseEvent : tinyfsm::Event {};
struct LockEvent : tinyfsm::Event {};class DoorState : public tinyfsm::Fsm<DoorState> {
public:virtual void react(OpenEvent const &) { std::cout << "Invalid transition\n"; }virtual void react(CloseEvent const &) { std::cout << "Invalid transition\n"; }virtual void react(LockEvent const &) { std::cout << "Invalid transition\n"; }virtual void entry() {}virtual void exit() {}
};class Closed : public DoorState {
public:void react(OpenEvent const &) override {std::cout << "Door is opened\n";transit<Open>();}void react(LockEvent const &) override {std::cout << "Door is locked\n";transit<Locked>();}
};class Open : public DoorState {
public:void react(CloseEvent const &) override {std::cout << "Door is closed\n";transit<Closed>();}
};class Locked : public DoorState {
public:void react(OpenEvent const &) override {std::cout << "Cannot open, door is locked\n";}
};FSM_INITIAL_STATE(DoorState, Closed)int main() {DoorState::start();DoorState::dispatch(OpenEvent());DoorState::dispatch(CloseEvent());DoorState::dispatch(LockEvent());DoorState::dispatch(OpenEvent());return 0;
}
现代 C++ 实现的状态机
现代 C++(如 C++14 和 C++17)引入了许多新特性,使得开发高效、可维护的代码更加容易。在状态机实现中,现代 C++ 特性如 std::function 和 std::unordered_map 可以显著简化代码结构。以下是一个基于现代 C++ 实现的状态机示例:
#include <iostream>
#include <functional>
#include <unordered_map>enum class DoorState { Closed, Open, Locked };
enum class DoorEvent { OpenEvent, CloseEvent, LockEvent };class DoorStateMachine {
public:DoorStateMachine() : state(DoorState::Closed) {stateHandlers[DoorState::Closed][DoorEvent::OpenEvent] = [this]() { handleOpenFromClosed(); };stateHandlers[DoorState::Closed][DoorEvent::LockEvent] = [this]() { handleLockFromClosed(); };stateHandlers[DoorState::Open][DoorEvent::CloseEvent] = [this]() { handleCloseFromOpen(); };stateHandlers[DoorState::Locked][DoorEvent::OpenEvent] = [this]() { handleOpenFromLocked(); };}void handleEvent(DoorEvent event) {auto eventHandler = stateHandlers[state].find(event);if (eventHandler != stateHandlers[state].end()) {eventHandler->second();} else {std::cout << "Invalid event\n";}}private:void handleOpenFromClosed() {std::cout << "Door is opened\n";state = DoorState::Open;}void handleLockFromClosed() {std::cout << "Door is locked\n";state = DoorState::Locked;}void handleCloseFromOpen() {std::cout << "Door is closed\n";state = DoorState::Closed;}void handleOpenFromLocked() {std::cout << "Cannot open, door is locked\n";}DoorState state;std::unordered_map<DoorState, std::unordered_map<DoorEvent, std::function<void()>>> stateHandlers;
};int main() {DoorStateMachine door;door.handleEvent(DoorEvent::OpenEvent);door.handleEvent(DoorEvent::CloseEvent);door.handleEvent(DoorEvent::LockEvent);door.handleEvent(DoorEvent::OpenEvent);return 0;
}
性能对比
-
以下在树莓派5上测试,基本信息如下
CPU:2.4GHz 四核 64位 Arm Cortex-A76 内存:32位 LPDDR4X SDRAM,4267MT/s -
使用了benchmark多次深度压测。
-
平均数据分别为:
TinyFSM 传统C++ 现代C++
5.91 ns 1.25 ns 413 ns
TinyFSM 性能测试
#include <benchmark/benchmark.h>
#include <tinyfsm.hpp>// 事件定义
struct OpenEvent : tinyfsm::Event {};
struct CloseEvent : tinyfsm::Event {};
struct LockEvent : tinyfsm::Event {};// 状态机基类
class DoorState : public tinyfsm::Fsm<DoorState> {public:virtual void react(OpenEvent const &) {}virtual void react(CloseEvent const &) {}virtual void react(LockEvent const &) {}virtual void entry() {}virtual void exit() {}
};// 定义具体状态类
class Closed : public DoorState {public:void react(OpenEvent const &) override { transit<Open>(); }void react(LockEvent const &) override { transit<Locked>(); }
};class Open : public DoorState {public:void react(CloseEvent const &) override { transit<Closed>(); }
};class Locked : public DoorState {public:void react(OpenEvent const &) override {}
};FSM_INITIAL_STATE(DoorState, Closed)static void BM_TinyFSM(benchmark::State &state) {for (auto _ : state) {DoorState::start();DoorState::dispatch(OpenEvent());DoorState::dispatch(CloseEvent());DoorState::dispatch(LockEvent());}
}BENCHMARK(BM_TinyFSM);
BENCHMARK_MAIN();
测试结果
:
Benchmark Time CPU Iterations
-----------------------------------------------------
BM_TinyFSM 5.91 ns 5.91 ns 116692670
传统 C++ 性能测试
#include <benchmark/benchmark.h>enum class DoorState { Closed, Open, Locked };
enum class DoorEvent { OpenEvent, CloseEvent, LockEvent };class DoorStateMachine {public:DoorStateMachine() : state(DoorState::Closed) {}void handleEvent(DoorEvent event) {switch (state) {case DoorState::Closed:if (event == DoorEvent::OpenEvent) {state = DoorState::Open;} else if (event == DoorEvent::LockEvent) {state = DoorState::Locked;}break;case DoorState::Open:if (event == DoorEvent::CloseEvent) {state = DoorState::Closed;}break;case DoorState::Locked:break;}}private:DoorState state;
};static void BM_TraditionalCPPStateMachine(benchmark::State& state) {DoorStateMachine door;for (auto _ : state) {benchmark::DoNotOptimize(door);door.handleEvent(DoorEvent::OpenEvent);door.handleEvent(DoorEvent::CloseEvent);door.handleEvent(DoorEvent::LockEvent);}
}BENCHMARK(BM_TraditionalCPPStateMachine);BENCHMARK_MAIN();
测试结果:
Benchmark Time CPU Iterations
-------------------------------------------------------------------
BM_TraditionalCPPStateMachine 1.25 ns 1.25 ns 558856294
现代 C++ 性能测试
#include <benchmark/benchmark.h>
#include <functional>
#include <unordered_map>enum class DoorState { Closed, Open, Locked };
enum class DoorEvent { OpenEvent, CloseEvent, LockEvent };class DoorStateMachine {public:DoorStateMachine() : state(DoorState::Closed) {stateHandlers[DoorState::Closed][DoorEvent::OpenEvent] = [this]() { state = DoorState::Open; };stateHandlers[DoorState::Closed][DoorEvent::LockEvent] = [this]() { state = DoorState::Locked; };stateHandlers[DoorState::Open][DoorEvent::CloseEvent] = [this]() { state = DoorState::Closed; };}void handleEvent(DoorEvent event) {auto eventHandler = stateHandlers[state].find(event);if (eventHandler != stateHandlers[state].end()) {eventHandler->second();}}private:DoorState state;std::unordered_map<DoorState, std::unordered_map<DoorEvent, std::function<void()>>> stateHandlers;
};static void BM_ModernCPPStateMachine(benchmark::State& state) {for (auto _ : state) {DoorStateMachine door;door.handleEvent(DoorEvent::OpenEvent);door.handleEvent(DoorEvent::CloseEvent);door.handleEvent(DoorEvent::LockEvent);}
}BENCHMARK(BM_ModernCPPStateMachine);BENCHMARK_MAIN();
测试结果:
Benchmark Time CPU Iterations
-------------------------------------------------------------------
BM_ModernCPPStateMachine 413 ns 413 ns 1694224
工业Misra C++编程标准
MISRA C++ 是工业领域的一个要求比较高的标准。以下是一些多态和继承的规则:
- 规则 10-3-1:虚函数应有明确的用途,避免不必要的虚函数调用。
- 规则 10-3-2:禁止多重继承。
- 规则 10-3-3:尽量避免继承深度超过两个层次。
- 规则 10-3-4:构造函数和析构函数中不应调用虚函数。
- 规则 10-3-5:禁止多态对象的拷贝和赋值。
TinyFSM 的优缺点分析
优点:
- 简洁和易用性:通过继承和定义状态类,TinyFSM 使状态和事件处理函数的定义更加直观。
- 代码可读性:每个状态独立成类,使状态转换逻辑清晰明了,便于理解和维护。
- 减少错误:提供了一个经过验证的框架,降低了手动管理状态转换时的出错风险。
- 可扩展性:可以轻松添加新状态和事件,只需定义新的状态类和事件类型。
缺点:
- 内存使用:使用多态和虚函数增加了对象的内存开销,对于内存资源有限的嵌入式系统可能不太合适。
- 运行时开销:虚函数调用需要通过虚表查找实际的函数地址,增加了运行时开销。
- 不符合工业编码规范:TinyFSM 不符合严格的工业编码规范(如 MISRA C++)。
结论
总之,工业领域是否要选择TinyFSM还需要三思,尽管现代编程技术如 TinyFSM 对代码结构的简化带来了吸引力,但在需要遵循严格工业标准的环境中,推荐采用更传统的 C++ 编程方法。
相关文章:
开源TinyFSM状态机适用于嵌入式工业平台吗?
文章目录 引言基于传统 C 实现的状态机TinyFSM 实现的对比现代 C 实现的状态机性能对比TinyFSM 性能测试传统 C 性能测试现代 C 性能测试 工业Misra C编程标准TinyFSM 的优缺点分析结论 引言 TinyFSM是一个为C设计的轻量级有限状态机开源库库。 在嵌入式系统开发中,…...
EE trade:利弗莫尔三步建仓法
在股市投资领域,利弗莫尔这个名字代表着无数的智慧和经历。他的三步建仓法成为了投资者们趋之若鹜的学习对象。本文将详细解析利弗莫尔的著名买入法,通过分步进攻方式,有效掌控市场并实现盈利。 一、利弗莫尔的三步建仓法详解 利弗莫尔三步…...
Java中Callable的应用
在Java中,Callable接口是一种用于并发编程的接口,它与Runnable类似,但有一些重要的区别和优势。Callable接口提供了一种在多线程环境下执行任务并返回结果的方法。以下是一些Callable接口的常见应用场景和使用示例: Callable vs.…...
测试卡无法仪表注册问题分析
1、问题描述 00101测试卡无法注册LTE网络,modemlog中发现终端未发起Attach请求,对比正常注册非正常注册的版本,发现正常的多出了ims apn。可以通过ATCGDCONT?来查询modem APN参数。 2、问题分析 目前Modem是一套,没有相关修改。因…...
【扩散模型(一)】Stable Diffusion中的重建分支(reconstruction branch)和条件分支(condition branch)
Stable Diffusion 是一种基于扩散模型的生成模型,用于生成图像等数据。在解释 Stable Diffusion 的过程中,经常会提到两个主要的分支:重建分支(reconstruction branch)和条件分支(condition branch…...
WPF——Binding
一、作用 将Window GUI的运行机理从 “事件驱动” 转变为 “数据驱动”。将UI界面与业务逻辑解耦,使得改动一个而无需改动另一个。数据逻辑层自成体系,使得无需借助UI也可进行单元测试。 二、基础 1. Binding源模板 Binding包括源与目标,源…...
linux与windows环境下qt程序打包教程
一、演示环境 qt5.14.2 二、Linux 2.1 关联依赖文件 2.1.1 下载打包工具 在Windows环境下可以使用 Qt Creator自带的官方工具进行打包,而Linux环境下没有官方工具,需要借助第三方工具才能打包。如:linuxdeployqt、CQtDeployer、AppImage…...
LeetCode21-合并两个有序链表
题目 将两个升序链表合并为一个新的 升序 链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。 示例 1: 输入:l1 [1,2,4], l2 [1,3,4] 输出:[1,1,2,3,4,4] 示例 2: 输入:l1 [], l2 [] 输出…...
嵌入式学习——数据结构(双向无头无环链表)——day47
1. makefile——(注意:双向无头链表第一个节点的pre为空,最后一个节点的next为空) 单向无头链表只能找到后一个节点、双向无头链表前后节点都能找到 OBJ:doulink OBJSmain.c doublelink.c CClgcc$(OBJ):$(OBJS)$(CC) $^ -o $ .PH…...
MYSQL 将某个字段赋值当前时间
如 我们需要将use_time 赋值为当前时间: 准备三条数据 : 执行sql ,2种当前时间赋值函数,1种关键字赋值 : update test_info SET use_timeNOW() WHERE id 1; update test_info SET use_timeCURRENT_TIMESTAMP() …...
ModelSim® SE Command Reference Manual : find命令的用法
该命令按类型和名称定位对象。命令的参数按对象类型分组。 1、语法 find nets | signals <object_name> … [-internal] [-nofilter] {[-in] [-inout] [-out] | [-ports]} [-recursive]find instances | blocks {<object_name> … | -bydu <design_unit> |…...
PHPMailer发送的中文内容乱码如何解决
一: PHPMailer sdk 文件中有个设置默认编码的位置: vendor/phpmailer/phpmailer/src/PHPMailer.php 二: 实际业务代码中: require /sdk/PHPMailer/vendor/autoload.php;$mail new PHPMailer(true);try {//Server settings$mai…...
.npmrc配置文件
.npmrc配置文件 .npmrc 是一个用于配置 npm 行为的文件。这个文件可以位于多个地方,但最常见的是位于项目目录或者你的用户主目录。npmrc文件由一系列键值对组成,用于配置npm在执行命令时的行为和参数。 一个 .npmrc 文件的例子可能包含以下内容&#…...
无线桥接两个路由器 实现全屋网络全覆盖
由于房屋结构、面积等因素,单个路由器的信号很难覆盖整个家。这时,我们可以通过无线桥接的方式,将两个路由器连接成一个网络,实现家庭网络的全面覆盖。 一、准备工作 在进行无线桥接之前,我们需要准备以下设备&#…...
qt开发-14_QListwidget 仿qq好友列表制作
QListWidget 继承 QListView。QListWidget 类提供了一个基于项的列表小部件。QListWidg et 是一个便捷的类,它提供了一个类似于 QListView(下一小节将讲到)提供的列表视图,但 是提供了一个用于添加和删除项目的基于项目的经典接口…...
基于hutool的sm2非对称加密使用示例
前言 现在在网上已经有很多同学对hutool的sm2使用进行了详细的介绍。但是在使用过程中不是很符合我个人的使用情况。我在这儿自己整理了一版,一方面希望能对有需要的同学有些许帮助,另一方面做个笔记,方便后期直接cv。 引入依赖 <dependen…...
深入Scala的变量声明与类型推断:语法糖下的智能推导
Scala是一种静态类型语言,以其强大的类型推断系统而闻名。变量声明和类型推断是Scala编程中的基础概念,它们共同简化了代码的编写并提高了开发效率。本文将深入探讨Scala中变量声明的语法规则和类型推断的工作原理。 1. Scala静态类型的优越性 静态类型…...
ATA-4052C高压功率放大器在新能源汽车安全测试中的应用
新能源汽车的崛起已经改变了汽车行业的格局,为环境友好型交通方式提供了更多的选择。为了确保这些新型汽车的安全性和可靠性,进行全面的安全测试是至关重要的。高压功率放大器在新能源汽车的安全测试中发挥着重要的作用,本文将介绍其应用以及…...
liunx打开谷歌报错
liunx打开谷歌报错[48526:48526:0624/173553.311113:ERROR:zygote_host_impl_linux.cc(99)] Running as root without --no-sandbox is not supported. See https://crbug.com/638180. 这个错误信息表明你尝试以root用户身份运行Chrome浏览器,但是没有使用–no-san…...
ICMAN液位检测大盘点
ICMAN液位检测原理: 基于双通道比较原理,一个通道检测当前无水状态下的环境电容,另一个通道通过传感电极去检测容器内液体的变化情况,通过两个通道电容的差值与芯片内部设定阈值做比较,来判断容器壁内部液位的变化或者…...
SkyWalking 10.2.0 SWCK 配置过程
SkyWalking 10.2.0 & SWCK 配置过程 skywalking oap-server & ui 使用Docker安装在K8S集群以外,K8S集群中的微服务使用initContainer按命名空间将skywalking-java-agent注入到业务容器中。 SWCK有整套的解决方案,全安装在K8S群集中。 具体可参…...
golang循环变量捕获问题
在 Go 语言中,当在循环中启动协程(goroutine)时,如果在协程闭包中直接引用循环变量,可能会遇到一个常见的陷阱 - 循环变量捕获问题。让我详细解释一下: 问题背景 看这个代码片段: fo…...
【Oracle APEX开发小技巧12】
有如下需求: 有一个问题反馈页面,要实现在apex页面展示能直观看到反馈时间超过7天未处理的数据,方便管理员及时处理反馈。 我的方法:直接将逻辑写在SQL中,这样可以直接在页面展示 完整代码: SELECTSF.FE…...
day52 ResNet18 CBAM
在深度学习的旅程中,我们不断探索如何提升模型的性能。今天,我将分享我在 ResNet18 模型中插入 CBAM(Convolutional Block Attention Module)模块,并采用分阶段微调策略的实践过程。通过这个过程,我不仅提升…...
全球首个30米分辨率湿地数据集(2000—2022)
数据简介 今天我们分享的数据是全球30米分辨率湿地数据集,包含8种湿地亚类,该数据以0.5X0.5的瓦片存储,我们整理了所有属于中国的瓦片名称与其对应省份,方便大家研究使用。 该数据集作为全球首个30米分辨率、覆盖2000–2022年时间…...
[10-3]软件I2C读写MPU6050 江协科技学习笔记(16个知识点)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16...
Linux-07 ubuntu 的 chrome 启动不了
文章目录 问题原因解决步骤一、卸载旧版chrome二、重新安装chorme三、启动不了,报错如下四、启动不了,解决如下 总结 问题原因 在应用中可以看到chrome,但是打不开(说明:原来的ubuntu系统出问题了,这个是备用的硬盘&a…...
【JavaWeb】Docker项目部署
引言 之前学习了Linux操作系统的常见命令,在Linux上安装软件,以及如何在Linux上部署一个单体项目,大多数同学都会有相同的感受,那就是麻烦。 核心体现在三点: 命令太多了,记不住 软件安装包名字复杂&…...
学校时钟系统,标准考场时钟系统,AI亮相2025高考,赛思时钟系统为教育公平筑起“精准防线”
2025年#高考 将在近日拉开帷幕,#AI 监考一度冲上热搜。当AI深度融入高考,#时间同步 不再是辅助功能,而是决定AI监考系统成败的“生命线”。 AI亮相2025高考,40种异常行为0.5秒精准识别 2025年高考即将拉开帷幕,江西、…...
使用Matplotlib创建炫酷的3D散点图:数据可视化的新维度
文章目录 基础实现代码代码解析进阶技巧1. 自定义点的大小和颜色2. 添加图例和样式美化3. 真实数据应用示例实用技巧与注意事项完整示例(带样式)应用场景在数据科学和可视化领域,三维图形能为我们提供更丰富的数据洞察。本文将手把手教你如何使用Python的Matplotlib库创建引…...
