Stateflow状态机建模：嵌套状态

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1 引入

之前写过一篇状态机的博客《Stateflow状态机建模：开关控制LED灯状态》，研究了状态机的最基础用法，完成了快速闭环的学习。

在Stateflow中的某个状态有时可以细分为多种不同的情况，分别对应一个细分状态，这种状态中的状态就是嵌套状态的概念。

例如，同样是对于开关控制LED灯，假如考虑到控制电路故障，就可以将整个系统分成两个父状态：【工作】和【故障】状态。在【工作】状态中，再细分为2个子状态【OFF】和【ON】状态。在博客《Stateflow状态机建模：开关控制LED灯状态》的基础上修改模型可以实现上述例子。

本文内容基于Matlab 2024b。

2 建模过程

首先，点击建模工具的Model Explorer，打开模型浏览器。类似输入类型的数据Key_Pressed，添加一个布尔类型的输入信号Battery_Fail，表示电池故障，作为【工作】和【故障】状态之间的跳转条件，如图所示。

在Chart模块中添加一个Working状态和一个Error状态，两者之间的跳转条件为Battery_Fail或Battery_Fail取反，如图所示。

跳转条件表示Battery_Fail为1时，状态机由Working状态跳到Error状态；Battery_Fail为0时，状态机由Error状态跳到Working状态。在进入Error状态时，产生一个en动作，将输出信号LED_State赋值为0，表示故障状态下LED灯不亮。

在Working状态中，按照博客《Stateflow状态机建模：开关控制LED灯状态》的方式建立OFF状态和ON状态之间的跳转模型，从视觉上来看OFF状态和ON状态处于Working状态内部，如图所示。

在Working状态中包含了OFF状态和ON状态两个子状态，并且将OFF状态作为默认跳转的子状态。这表示模型运行的第一个周期，通过2层默认跳转，先进入到OFF状态中。另外，由于Stateflow中的父状态优先级更高，Working状态可以通过Battery_Fail条件跳转到Error状态，无论内部的子状态的跳转条件。

接下来通过仿真模型验证嵌套状态的功能。由于配置了Battery_Fail输入变量，在Chart模块外部多出了一个Battery_Fail输入端口，在该端口上连接另一个Pulse Generator模块，如图所示。

双击Battery_Fail输入端口上对应的Pulse Generator模块，将参数配置为如图所示。

仿真配置及周期与博客《Stateflow状态机建模：开关控制LED灯状态》相同，配置完成后运行模型，双击Scope模块观察输出结果，如图所示。

由于前6s时间内，Battery_Fail输入为1，状态机跳转到Error状态，因此无论Key_Pressed是否置为1，LED_State都输出为0。第6s时刻Battery_Fail输入为0，状态机从Error状态跳转到Working状态，并默认进入了OFF子状态，LED_State输出还是保持为0。直到第7s和第9s时的Key_Pressed信号置为1，状态机才开始在Working状态的2个子状态之间互相跳转，输出的LED_State才会在0和1之间变化。

3 嵌套状态的注意点

• 从可读性、逻辑复杂度、代码生成复杂性的角度考虑，Stateflow的状态嵌套一般不超过3层。如果状态机过于复杂，建议拆分为多个Chart模块开发。
• 并非只有同级状态之间才能跳转，子状态可以直接引出一条转移线，满足条件后可转移到父状态外层。

4 总结

本文延续LED灯的例子，研究了嵌套状态的基本用法。

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