Ключев А.О., Ковязина Д.Р., Кустарев П.В., Платунов А.Е. Аппаратные и программные средства встраиваемых систем

Подождите немного. Документ загружается.

271

Данная диаграмма состояний описывает алгоритм управления некоторым

устройством.

Как преобразовать ее в привычный исходный текст на языке Си?

Достаточно просто. Для начала, заведем переменную, в которой мы будем

держать состояние нашего конечного автомата. Сразу замечу: переменная

должна быть статической, т.е. она ни в коем случае не должна находиться в

регистре процессора или в стеке.

unsigned char State=0; // Состояние автомата.

Далее, описываем сам автомат. Переменные Ki – это дискретные выходы.

Pi – дискретные входы. Символом Ti мы обозначим значение, снятое с

термодатчика, ti – время.

Для реализации автомата на языке Си проще и нагляднее воспользоваться

оператором SWITCH. Каждый CASE является одним из состояний автомата.

Переход из состояния в состояние осуществляется путем записи номера нового

состояния в переменную State.

switch(State)

{

case 0: // INIT

U2=0;

K11=0; K10=0; K4_2=0; K4=0;

if(START) State=1; // Переход в состояние 1

break;

case 1: // START

// Читаем температуры T5 и T2

// :

if(STOP) State=5;

if(T2 > (T5+2*dT) )

{

State=2;

K11=1;

// Установить задержку для таймера t1

}

break;

case 2: // ON

// Индицируем текущее состояние системы

// :

if(STOP) State=5;

if(t>=300)

{

K4_1=1, K4_2=1, K10=1;

State=3;

}

break;

case 3: //CONTROL

// Выполняем алгоритм управления нашим устройством

// :

if(STOP) State=5;

if(T2 < (T5+dT) )

{

K11=0;

272

State=4;

}

break;

case 4: //OFF

// Индицируем текущее состояние системы

// :

if(STOP) State=5;

if(t >=t2)

{

K4_1=0, K4-2=0,K10=0;

State=1;

}

break;

case 5: // STOP

// Останов системы

// :

// Выполнить проверку P3

if(P3==0)

{

K4-1=0, K4-2=0, K10=0, U2=0;

State=0;

}

break;

}

Как видно из рисунка и исходного текста на языке C, автомат может

находиться в шести состояниях. Переход от состояния к состоянию

осуществляется после анализа условий. Условия (показаны в квадратных

скобках на дугах) реализованы оператором IF. Если на дугах указано действие

(отмечается символом '/') то оно исполняется внутри IF, в процессе перехода.

Действия, указанные внутри

прямоугольников выполняются каждый раз, при

попадание в данное состояние.

Как видно из исходного текста, оператор SWITCH , запущенный один раз

выполняет только один шаг конечного автомата. Для того, чтобы выполнить

всю программу необходимо каким-то образом повторять вызов описанной

выше конструкции. Это может быть выполнено в виде банального оператора

цикла WHILE или более

сложным способом. В частности автоматы удобно

использовать внутри обработчиков прерывания от таймера, т.к. время

выполнения программы в таком случае достаточно просто проанализировать

[52].

В чем удобство использования конечных автоматов? Во-первых, –

простота реализации. Во-вторых, детерминированность и, как следствие

детерминированности – тестопригодность. В каждый момент времени

выполняется конкретный шаг алгоритма. Состояние

такого автомата

описывается всего одной переменной, если известно состояние переменной –

однозначно известен текущий шаг.

К сожалению, автоматные модели далеко не идеальны. Самым крупным

недостатком автоматной модели является трудность описания сложных систем

с большим числом состояний.

273

А.3 Стиль кодирования для языка Си

Одним из важнейших факторов, влияющих на способность программы к

развитию, является ее понятность. Одним из существенных факторов

понятности программы, в свою очередь, является информативность исходного

текста. Если исходный текст не является хорошо читаемым, то есть написан без

соблюдения определенного стиля и системы и представляет собой "мешанину"

операторов и знаков препинания, то

вносить изменения в него очень сложно

даже автору. Такая программа, безусловно, не является информативной.

Сложности модификации значительно возрастают по прошествии времени

и при необходимости работать с чужой программой. Рассмотрим ряд

требований и рекомендаций, позволяющих выработать хороший стиль

оформления программ, повышающий ее информативность. Изложение будем

вести на примере языка C/C++, хотя все,

сказанное ниже, относится к любому

алгоритмическому языку.

А.3.1 Количество операторов в строке

Для улучшения читаемости исходного текста программы рекомендуется

писать не более одного оператора в строке, что вызвано особенностями

человеческого восприятия текста. Кроме того, это облегчает пошаговую

отладку в символьных отладчиках. Не следует опасаться того, что программа

слишком вырастет в длину

, так как реальные программы и без того настолько

длинны, что несколько "лишних" страниц (или даже десятков страниц) не

меняют общую ситуацию. Выигрыш же в понятности с избытком покрывает

увеличение длины.

Таблица 33. Количество операторов в строке

Неправильно Правильно

int *ptr; ptr = new int [100];

ptr [0] = 0;

int *ptr;

ptr = new int [100];

ptr [0] = 0;

Два оператора в строке вполне допустимы, если второй подчинен первому,

причем является единственным подчиненным, например:

for( i=0; i < size; i++ ) m [i] = 0;

Использование двух и более операторов в строке не только допустимо, но

и желательно, если это позволяет подчеркнуть некую систему в локальной

последовательности операторов, например:

x1 = Tr1 [0]; y1 = Tr1 [1]; z1 = Tr1 [2];

x2 = Tr2 [0]; y2 = Tr2 [1]; z2 = Tr2 [2];

x3 = Tr3 [0]; y3 = Tr3 [1]; z3 = Tr3 [2];

274

А.3.2 Отступы

Правильное использование отступов являются ключевым методом

обеспечения читаемости. Идея состоит в том, что отступы зрительно

показывают подчиненность (иерархию) операторов. При этом директивы

препроцессора (

#include, #define и т.д.), описания классов, структур, типов,

глобальных данных и определения функций всегда имеют наивысший

приоритет, то есть начинаются с крайней левой позиции, например:

#include <stdio.h>

#define NAME_SIZE 256

int main()

{

...

}

Основные правила использования отступов таковы.

Правило 1. Операторы одного уровня иерархии должны иметь равный

отступ.

Таблица 34. Правило 1. Равный отступ

Неправильно Правильно

printf( "Enter dimension: " );

scanf( "%d", &dim );

ptr = new int [dim];

ptr [0] = 0;

printf( "Enter dimension: " );

scanf( "%d", &dim );

ptr = new int [dim];

ptr [0] = 0;

Правило 2. Подчиненные операторы должны быть сдвинуты вправо по

отношению к управляющему оператору, образуя следующий уровень иерархии.

Таблица 35. Правило 2. Сдвиг подчинённых операторов

Неправильно Правильно

if( f == NULL )

printf( "No file\n" );

else

printf( "Start..\n" );

if( f == NULL )

printf( "No file\n" );

else

printf( "Start..\n" );

Правило 3. Размер сдвига должен быть постоянным.

Таблица 36. Правило 3. Постоянный размер сдвига подчинённых операторов

Неправильно Правильно

if( ptr == NULL )

return -1;

for( i=0; i<dim; i++ )

ptr [i] = i;

if( ptr == NULL )

return -1;

for( i=0; i<dim; i++ )

ptr [i] = i;

275

Размер сдвига не должен быть ни слишком мал, ни слишком велик.

Оптимальная величина составляет 2-5 пробелов. Наиболее часто для сдвигов

используют табуляцию, устанавливая при этом для нее желаемый шаг.

Последняя возможность поддерживается большинством интегрированных сред

разработчика.

А.3.3 Операторные скобки

Существует два основных стиля расстановки операторных скобок. При

использовании первого стиля

открывающаяся скобка помещается на той же

строке, что и управляющая конструкция, а закрывающаяся – строго на уровне

управляющей конструкции:

int factorial( int n ) {

if( n > 1 )

return n * factorial( n-1 );

if( n < 0 ) {

fprintf( stderr, "Factorial error: negative argument\n" );

return -1; //Заведомо невозможный результат

}

return 1;

}

Второй подход покажем на том же примере:

int factorial( int n )

{

if( n > 1 )

return n * factorial( n-1 );

if( n < 0 )

{

fprintf( stderr, "Factorial error: negative argument\n" );

return -1; //Заведомо невозможный результат

}

return 1;

}

Как видно, отличие состоит в положении открывающейся скобки. Однако

закрывающаяся скобка в обоих случаях должна находиться на уровне

управляющего оператора или описания. Многим специалистам представляется,

что второй подход оправдан в большей мере, так как обеспечивает улучшенную

наглядность. Открывающаяся и закрывающаяся скобки при этом располагаются

строго друг под другом, что помогает находить

начало и конец составного

оператора, функции или описания класса.

Заметим, что наличие или отсутствие скобок не влияет на наличие и

размер отступов, что видно в приведенных примерах.

Изредка можно встретить еще и третий стиль, подобный второму, но

характеризующийся расположением скобок где-нибудь внутри отступа:

int factorial( int n )

{

if( n > 1 )

return n * factorial( n-1 );

if( n < 0 )

276

{

fprintf( stderr, "Factorial error: negative argument\n" );

return -1; //Заведомо невозможный результат

}

return 1;

}

Этот стиль, несомненно, хуже второго, поскольку не только не привносит

какой-либо дополнительной ясности, но и несколько снижает ее. Во-первых,

выбор положения скобок где-то внутри отступа произволен и ничем не

обоснован. Во-вторых, количество вертикальных зрительных линий отступов

из-за этого удваивается и составляет вместо обычных 4-5 линий 8-10, что

снижает

наглядность без повышения информативности.

А.3.4 Пробелы

Особенность зрительного восприятия человека такова, что пробелы

распознаются лучше других знаков синтаксиса. Поэтому отдельные элементы

текста необходимо отделять пробелами, несмотря на то, что первые, возможно,

уже отделены другими знаками препинания (скобки, запятые, точки с запятой и

т.д.). В особенности важно отделять стоящие рядом

операторы и списки

аргументов функций:

Таблица 37. Расстановка пробелов

Неправильно Правильно

while(i++<dim)

move(a,b,ptr [base+off*i]);

while( i++ < dim )

move( a, b, ptr [base + off*i] );

Дополнительные пробелы могут быть также использованы для

выравнивания сходных по смыслу или однотипных частей выражений с целью

улучшения наглядности, например, при объявлении переменных и для серии

присваиваний:

int a, size;

char *buf;

float lenght1, lenght2;

. . .

a = 1;

lenght1 = GetLength();

lenght2 = 0;

size = (int) lenght1;

Практику правильного использования пробелов можно также изучить по

всем остальным примерам данного подраздела.

277

А.3.5 Пустые строки

Использование пустых строк является важным средством для выделения

участков программы. При этом имеет смысл отделять:

1. Определения переменных:

char str [80];

int counter = 0;

fgets( str, 79, infile);

counter++;

2. Последовательности однотипных инструкций или директив:

#include <math.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#define NAME_SIZE 256

#define MAX_LEN 3000

3. Функции:

int main()

{

. . .

}

char *get_name(FILE *f)

{

. . .

}

4. Любые логически завершенные блоки кода:

printf( "Enter size and delta: " ); //Блок ввода данных

scanf( "%d", &size );

scanf( "%f", &delta );

for( i=0; i<size; i++ ) //Блок использования данных

{

a [i] -= delta;

b [i] += delta;

}

А.3.6 Имена

Типичной ошибкой начинающих является стремление давать всем

переменным неосмысленные однобуквенные имена, например m, n, a, s, p и т.п.

Это глубоко порочная практика, поскольку при этом теряется сам смысл

понятия имя. Однобуквенные имена принято давать только индексам.

Исключением являются случаи, когда количество переменных в процедуре

очень мало (порядка 1-3 переменных), и смысл их хорошо

понятен из контекста

или комментариев. Пример – описанная выше функция factorial. Все

переменные, имеющие сколько-нибудь важное значение в программе,

необходимо снабжать именами, в той или иной мере характеризующими их

назначение, например, filename (имя файла), int_vector (целочисленный вектор),

278

size (размер), sum (сумма), maximum (максимум) и т.п. При плохом знании

английского языка можно использовать звуковые аналогии русским буквам,

например nazv_faila, razmer, summa и т.п. Это не в полной мере соответствует

представлению о "хорошем стиле", но, несомненно, гораздо нагляднее

использования совсем бессмысленных имен. Еще в большей мере сказанное

относится к именам функций и

классов. Такие имена часто делают довольно

длинными для улучшения понимаемости их смысла, а отдельные компоненты

имен начинают с большой буквы, например ObjectList, ArcSet и т.п. Имена

функций при этом рекомендуется начинать с глагола, например GetPersonName,

SetNewDate и т.п. Альтернативным способом выделения компонент в сложных

названиях является использование символа подчеркивания, например

add_record, copy_object и т

.п. Все сказанное вполне относится и к именам

файлов с программами. Имена файлов должны нести обязательную смысловую

нагрузку, поясняя свое "содержимое". Например, заголовочный файл,

содержащий описание класса vector логичнее всего назвать vector.h или

vector_description.h, а файл, содержащий реализацию методов этого класса –

vector.cpp или vector_implementation.cpp. Все современные операционные

системы (UNIX, Windows и т.д.) поддерживают длинные имена

файлов,

вследствие чего искусственно упрощать и укорачивать их нет необходимости.

Более того, при разработке крупного продукта количество исходных файлов

измеряется сотнями. В этой ситуации невозможно "помнить", в каком файле

что находится, а значит длинные и понятные имена жизненно необходимы.

Появляется также необходимость организации хранения файлов в виде дерева.

В этом случае

, указанные в примере файлы могут храниться в отдельном

подкаталоге vector и именоваться vector\vector.h и vector\vector.cpp.

А.3.7 Комментарии

Время, потраченное на написание комментариев, многократно окупится

при любых модификациях программы. Однако комментировать все подряд,

включая самоочевидные действия, как в следующем примере, тоже не стоит:

size = 10; //Присвоить size значение 10

for( i=0; i<size; i++) //Цикл по i от 0 до size

{

. . .

}

Такого рода комментарии только загромождают программу.

Комментировать следует:

1. Заголовок файла, описывая содержимое данного файла;

2. Заголовок функции, поясняя назначение ее аргументов и смысл самой

функции;

3. Вводимые переменные и структуры данных;

4. Основные этапы и особенности реализуемых алгоритмов;

279

5. Любые места, которые трудны для быстрого понимания, в особенности

использование различных программных "трюков" и нестандартных

приемов.

280

Предметный указатель

ADC ............................................................. 88

ADuC812 ................................... 178, 184, 194

ARINC 429 ................................................ 127

CAN ............................................. 96, 120, 121

CFD .................................................... 261, 264

Code review ............................................... 162

Controller Area Network ........................... 120

CPLD ........................................................... 47

DAC ............................................................. 94

DFD ............................................ 261, 264, 265

EEPROM ................... 56, 58, 59, 96, 106, 191

Embedded system ........................................ 10

Esterel......................................................... 153

Ethernet .................................................. 18, 96

FLASH ..................................... 38, 56, 96, 106

FPGA ........................................................... 47

C ................................................................ 96

I²C .............................................................. 191

IEC1131-3 .................................................. 133

IEC61131-3 ................................................ 133

IEC-61499 .................................................. 133

IEEE 1149.1 ............................................... 158

Industrial Ethernet ...................................... 122

Intel HEX ................................................... 231

ISP .............................................................. 107

Java..................................................... 149, 151

JTAG .......................... 107, 157, 158, 159, 160

LIN ............................................................. 124

Lustre ......................................................... 153

M2M .......................................................... 126

M3P .................................................... 232, 246

Make .......................................... 238, 239, 246

Makefile ..................................................... 239

MCS51 ......................................................... 44

MCS-51 ...................................................... 107

MCS-51 ...................................................... 223

MIL-STD-1553 .......................................... 127

PLC .............................. 19, 124, 125, 130, 132

PWM ............................................................ 84

Redboot ...................................................... 166

RS-232C ...................................................... 96

RS-485 ............................... 115, 116, 117, 120

RTC ........................................................ 26, 96

SCADA .................................................. 18, 19

SDCC ................................. 223, 226, 228, 246

SDK-1.1 ..................................... 178, 246, 247

Soft PLC .................................................... 133

SRAM .......................................................... 56

UART .......................................................... 96

USART ........................................................ 96

Ада ............................................................. 152

Анализатор кода....................................... 162

Аналого-цифровой преобразователь ....... 88

АЦП ........................................... 67, 88, 89, 90

Внутрисистемное программирование ... 107

Внутрисхемный эмулятор ....................... 156

Встраиваемая вычислительная система .. 10

Диаграмма потоков данных .................... 265

Динамическая типизация ........................ 137

Дискретные входы-выходы .................... 188