狀態(tài)機的一個極度確切的描述是它是一個有向圖形，由一組節(jié)點和一組相應的轉移函數組成。狀態(tài)機通過響應一系列事件而“運行”。每個事件都在屬于“當前” 節(jié)點的轉移函數的控制范圍內，其中函數的范圍是節(jié)點的一個子集。函數返回“下一個”（也許是同一個）節(jié)點。這些節(jié)點中至少有一個必須是終態(tài)。當到達終態(tài)， 狀態(tài)機停止。 本文描述了利用狀態(tài)機來提高嵌入式前后臺系統任務處理能力的實現方法。

　　1  移動2G光纖直放站近端機監(jiān)控單元

　　對于移動2G光纖直放站近端機監(jiān)控單元，只介紹與本文有關部分的原理框圖，如圖1所示。圖中GSM Modem通過AT91SAM7S256的串口1相連。由于GSM Modem的特性和短消息的收發(fā)，其通信收發(fā)處理相對比較繁瑣和復雜。

　　圖1  直放站近端機監(jiān)控單元

　　在移動2G光纖直放站近端機中，通過串口1發(fā)送到GSM Modem的數據不僅僅是短消息，還包括下行功率查詢、信源信息查詢、讀取/刪除短消息等。因此，針對移動2G光纖直放站近端機監(jiān)控單元的要求和軟件系統為前后臺系統的特點，移動2G光纖直放站近端機監(jiān)控單元的監(jiān)控軟件設計采用了狀態(tài)機和隊列的方式。

　　2  軟件的設計思路

　　2.1  短消息的接收

　　如圖2所示，GSM Modem主動上報的信息將存儲到串口1接收緩沖區(qū)中，軟件從串口1接收緩沖區(qū)的數據中解析出短信序號（Modem收到的短消息在Modem中的存儲序號）存儲到短信序號隊列（短信序號緩沖區(qū)1~n）中，然后軟件通過短信序號隊列的狀態(tài)來決定是否需要向Modem發(fā)送讀取短信或者刪除短信命令。

　　當軟件發(fā)送讀短消息命令后，GSM Modem將對應序號的短信息送出，數據將存儲到串口1接收緩沖區(qū)中，軟件再從串口1接收緩沖區(qū)的數據中解析出短消存儲到短信隊列（短信緩沖區(qū)1~m）中。這樣需要軟件處理的短消息就存儲到了短信隊列中，而處理的事情則交由軟件的其他區(qū)處理。

　　圖2  直放站短信收發(fā)處理流程

　　2.2  短消息的發(fā)送

　　對所有需要發(fā)送到GSM Modem的數據，則通過UART1發(fā)送緩沖區(qū)來完成。具體發(fā)送哪些數據（讀取/刪除短信、下行功率查詢、信源信息查詢、未讀短信查詢）或者緩沖區(qū)的數據（短消息發(fā)送緩沖區(qū)、告警上報發(fā)送緩沖區(qū)）由軟件根據相應的狀態(tài)來選擇確定。

　　3  設計思路的實現

　　3.1  串口1數據的發(fā)送

　　3.1.1  串口1發(fā)送緩沖區(qū)的數據結構

　　串口1是否有數據需要發(fā)送，由串口1的發(fā)送緩沖區(qū)的狀態(tài)來決定。串口1發(fā)送緩沖區(qū)的數據結構定義如下：

　　typedef struct{

　　unsigned char bStBuf;//bStBuf =

　　Uart1_TxBuf_Rdy或者=Uart1_TxBuf_Wait或者=Uart1_TxBuf_Empty

　　unsigned short Index;

　　unsigned short Len;

　　char Buf[270];

　　}Uart1Buf_t;

　?、?bStBuf成員： 串口1發(fā)送緩沖區(qū)的狀態(tài)。

　?、?Index成員： 串口1發(fā)送數據緩沖區(qū)索引。

　?、?Len成員： 串口1發(fā)送數據緩沖區(qū)中有效數據的長度。

　?、?Buf成員： 串口1發(fā)送數據緩沖區(qū)。

　　3.1.2  串口1發(fā)送緩沖區(qū)軟件定時器

　　由于GSM Modem的特性致使串口1不能不間斷地發(fā)送數據，因此，對串口1的數據發(fā)送設定一個軟件定時器。軟件定時器的結構定義如下：

　　typedef struct{

　　unsigned char bTimerSt;//軟件定時器的狀態(tài)： Timer_START或Timer_STOP

　　unsigned int TimerCtn;//軟件定時器的計數器

　　void （*func）（void）；//超時后相應的處理功能函數指針

　　}SoftTimer_t;

　?、?bTimerSt成員： 用于描述軟件定時器的狀態(tài)。它有2種狀態(tài)：

　　◆ Timer_START——開始軟件定時器；

　　◆ Timer_STOP——停止軟件定時器。

　?、?TimerCtn成員： 用于描述軟件定時器的定時時間。它是一個32位的計數器，硬件定時的基準時間為20ms（建議設置在前后臺系統主程序循環(huán)1次需要的時間），因此定時時間為20 ms×232=85 899 345.92 s。

　?、?func成員： 用于描述軟件定時器超時需要去處理相應事情的函數。該函數是在定時器中斷服務程序下運行的，因此為了減少中斷服務程序占用CPU的時間，函數只作簡單的狀態(tài)設置或者清除工作，如函數Clear_Uart1TxbStBuf。

　　void Clear_Uart1TxbStBuf（void）{

　　Uart1Tx.bStBuf = Uart1_TxBuf_Empty;//設置串口1發(fā)送緩沖區(qū)為空

　　……

　　}

　　3.1.3  串口1數據發(fā)送狀態(tài)機

　　串口1發(fā)送緩沖區(qū)的成員bStBuf有3種狀態(tài)。

　　① Uart1_TxBuf_Rdy： 串口1發(fā)送緩沖區(qū)數據準備好。

　?、?Uart1_TxBuf_Wait： 串口1發(fā)送緩沖區(qū)數據等待。

　　③ Uart1_TxBuf_Empty： 串口1發(fā)送緩沖區(qū)空。

    3種狀態(tài)的轉移情況如圖3所示。

　　　　圖3  串口1的發(fā)送緩沖區(qū)狀態(tài)機

　　當串口1發(fā)送緩沖區(qū)在Uart1_TxBuf_Rdy狀態(tài)下時，軟件可以向串口的發(fā)送緩沖區(qū)中寫入數據。寫入數據后，串口1發(fā)送緩沖區(qū)的狀態(tài)將轉移到Uart1_TxBuf_Rdy。

　　當串口1發(fā)送緩沖區(qū)的狀態(tài)在Uart1_TxBuf_Wait狀態(tài)時，它可以有兩條路徑讓串口1發(fā)送緩沖區(qū)的狀態(tài)轉移到Uart1_TxBuf_Empty。

　　3.2  短信數據的發(fā)送

　　需要通過串口1發(fā)送的數據包括：

　　讀取/刪除短信數據、下行功率查詢數據、信源信息查詢數據、未讀短信查詢數據、短消息發(fā)送緩沖區(qū)數據、告警上報發(fā)送緩沖區(qū)數據。其中，讀取/刪除短信數據、下行功率查詢數據、信源信息查詢數據和未讀短信查詢數據，直接由GSM Modem處理，并作出處理結果應答。因此，這類數據直接通過串口1發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送。

　　3.2.1  短信數據結構

　　短信數據包括短消息發(fā)送緩沖區(qū)數據和告警上報發(fā)送緩沖區(qū)數據。根據短信發(fā)送操作的兩個步驟，短信數據緩沖區(qū)的數據結構定義如下：

　　typedef struct{

　　unsigned char bStBuf;//bStBuf = SmsTx_Emty或者= SmsTx_CmdRdy或者

　　= SmsTx_Dly1或者= SmsTx_DatRdy或者= SmsTx_Dly2或者= SmsTx _Wait

　　unsigned char cmd_len;

　　char  cmd_buf[32];

　　unsigned short dat_len;

　　char dat_buf[SMS_LEN+1];

　　unsigned char retry_time;//重傳次數

　　}SmsTx_t;

　?、?bStBuf成員： 用于描述短信數據緩沖區(qū)的狀態(tài)。

　　② cmd_len成員： 用于描述cmd_buf中數據的長度。

　?、?cmd_buf成員： 用于存儲短消息發(fā)送中的控制命令，如AT+CMGS=13583823789。

　?、?dat_len成員： 用于描述存儲短消息發(fā)送中的信息體長度。

　　⑤ dat_buf成員： 用于存儲短消息發(fā)送中的信息體。

　?、?retry_time成員： 用于描述短消息在發(fā)送失敗時，重傳的次數。

　　3.2.2  短信數據發(fā)送狀態(tài)機

　　短信數據緩沖區(qū)的狀態(tài)有6種：

　　① SmsTx_Empty： 短信數據緩沖區(qū)空。

　　② SmsTx_CmdRdy： 短信數據緩沖區(qū)控制命令準備好。

　?、?SmsTx_Dly1： 短信數據緩沖區(qū)延時1。

　?、?SmsTx_DatRdy： 短信數據緩沖區(qū)消息體準備好。

　?、?SmsTx_Dly2： 短信數據緩沖區(qū)延時2。

　?、?SmsTx_Wait： 短信數據緩沖區(qū)等待。

　　其狀態(tài)的轉移情況如圖4所示。

　　圖4  短信數據發(fā)送狀態(tài)機

　　狀態(tài)機的轉移過程通過短消息發(fā)送緩沖區(qū)數據的發(fā)送來說明，其告警上報發(fā)送緩沖區(qū)的數據發(fā)送與此相同。

　　4 結束語

　　在整個移動2G光纖直放站近端機的監(jiān)控軟件中，其所有的軟件設計都采用類似于短信收發(fā)處理的狀態(tài)機、隊列和軟件定時器的設計思路，極大地提高移動2G光纖直放站近端機監(jiān)控軟件的效率。這種在前后臺系統中使用狀態(tài)機、隊列和軟件定時器的設計思路，可以應用到其他的嵌入式前后臺系統中。