文章探讨了在嵌入式软件开发中使用状态机的局限性，并提出了一种替代方案——协程。作者在开发过程中发现，传统的状态机虽然有效，但代码的可读性和维护性较差，缺乏线性流程。由于项目限制无法使用实时操作系统（RTOS），作者受到其他语言中协程的启发，认为协程可以在不依赖线程的情况下实现类似的多任务处理，从而简化控制流，提升代码的清晰度。

文章《Hacking Coroutines into C》主要探讨了如何在C语言中实现协程（coroutines），以解决嵌入式开发中状态机的复杂性问题。作者在开发嵌入式软件时，面对大量状态机的维护和理解困难，提出了使用协程来简化控制流的想法。

主要内容总结：

1. 问题背景：

   • 作者在开发嵌入式软件时，使用了大量的状态机来管理控制流。虽然状态机在嵌入式开发中很常见，但它们的非线性特性使得代码难以理解和维护。
   • 作者希望找到一种更清晰的方式来表达控制流，类似于顺序执行的程序，能够在等待事件时暂停并在事件发生后继续执行。

2. 协程的引入：

   • 协程是一种可以在执行过程中暂停和恢复的机制，类似于协作式多任务处理。作者在Python、JavaScript、Dart和Rust等语言中使用过协程，认为它可以在没有操作系统的情况下实现并发。
   • 作者决定在C语言中实现协程，以替代传统的状态机。

3. 示例：LED闪烁控制：

   • 作者通过一个LED闪烁的示例来说明状态机的复杂性。LED的闪烁周期可以通过按钮控制，按钮按下时记录时间，按钮释放时计算新的闪烁周期。
   • 使用状态机实现该功能时，代码变得复杂且难以理解。

4. 协程的实现：

   • 作者通过宏（macros）在C语言中实现了协程。宏将协程转换为显式的状态机，每个协程的执行点通过状态变量来管理。
   • 协程的实现类似于Duff's Device，使用switch语句和状态变量来模拟协程的暂停和恢复。

5. 协程调度器：

   • 作者实现了一个简单的协程调度器（coro_executor），负责管理协程的调度、暂停和恢复。调度器通过队列管理协程任务，并在每次循环中处理这些任务。

6. 协程的取消机制：

   • 协程可以通过canceled标志来取消执行。每个协程在运行时检查该标志，如果被取消则提前退出。

7. 条件变量的实现：

   • 作者还实现了条件变量（corocondvar），用于在协程之间进行通信。条件变量通过链表管理等待的协程，并在信号发出时唤醒它们。

8. 最终实现：

   • 作者将LED闪烁和按钮记录的协程结合起来，展示了如何在Arduino环境中运行这些协程。通过调度器，协程可以在单线程环境中实现协作式多任务处理。

9. 总结与反思：

   • 作者承认这种实现方式虽然巧妙，但并不适合生产环境。现代编程语言如Rust已经原生支持协程和异步编程，提供了更安全、更高效的解决方案。
   • 作者还提到了Adam Dunkels的Protothreads，这是一种更优雅的协程实现方式，使用__LINE__宏来表示状态，进一步简化了协程的实现。

图片标记：

最终结论：

虽然这种C语言中的协程实现方式在技术上很有趣，但现代编程语言如Rust已经提供了更优雅、更安全的异步编程解决方案。对于需要并发处理的嵌入式系统，建议使用更现代的工具和语言。

1. FreeRTOS与协作调度器

   • mikepurvis提到FreeRTOS可以使用协作调度器，并建议使用“真正的”代码生成而不是宏，以提高代码的可读性和调试性。
   • 引用：“I’d prefer to try to do it with ‘real’ codegen than macros.”
   • 引用：“you’d get much more readable resulting source when it came to stepping through it with a debugger.”

2. 状态机的复杂性

   • Neywiny认为状态机在软件中过于复杂，尤其是在处理顺序执行时，建议直接编写长函数而不是过度拆分。
   • 引用：“I historically hate state machines for sequential executioners.”
   • 引用：“Sometimes, you just need to do a lot of work.”

3. Protothreads的相似性

   • throwaway81523指出文章中的方法与Protothreads类似，并批评了文章的CSS设计。
   • 引用：“this is sort of like protothreads which has been around for ages.”
   • 引用：“The article’s CSS was so awful that I didn’t read anything except the last paragraph.”

4. RTOS的替代方案

   • userbinator认为不使用RTOS的项目最终会实现类似的机制，并建议使用PWM或定时器中断来简化问题。
   • 引用：“That tends to just make the project eventually implement an approximation of one.”
   • 引用：“I suspect that approach is even simpler than what’s shown here.”

5. 轻量级Protothreads的实现

   • adinisom分享了一种在C语言中实现轻量级Protothreads的技巧，强调其简洁性和灵活性。
   • 引用：“My favorite trick in C is a light-weight Protothreads implemented in-place without dependencies.”
   • 引用：“What’s especially nice that I miss in other languages with async/await is ability to mix declarative and procedural code.”

6. C语言中的协作多线程

   • Nursie提到C语言中通过setjmp和longjmp实现协作多线程的技术已有多年历史，但逐渐被遗忘。
   • 引用：“Cooperative multithreading via setjmp and longjmp has been around in C since the 80s at least.”
   • 引用：“Perhaps it’s almost becoming lost knowledge :)”

7. 同步语言的类似方法

   • syncurrent提到一种基于同步语言（如Esterel或Blech）的类似方法。
   • 引用：“A similar approach, but rooted in the idea of synchronous languages like Esterel or Blech.”

8. 状态机的可视化与模块化

   • astrobe_讨论了状态机的非线性和并发问题，强调可视化工具的重要性，并指出状态机的模块化难度。
   • 引用：“One issue with state machines is that they are hardly modular.”
   • 引用：“Seeing what’s going on under the hood is more important that one usually thinks.”

9. 手动更新堆栈的实现

   • moconnor提到同事通过手动更新堆栈和跳转实现类似功能，且代码至今仍在使用。
   • 引用：“A colleague of mine did this much more elegantly by manually updating the stack and jmping.”

10. C语言中协程的复杂性

    • user__name认为在C语言中实现协程过于复杂，建议使用语言级别的支持。
    • 引用：“Honestly I feel like you need language level support for them in that case.”
    • 引用：“they seem more trouble than they’re worth otherwise, at least in plain C.”

11. Rust的异步执行

    • joshlk提到Rust在嵌入式环境中提供内置的异步执行支持。
    • 引用：“Rust can be used in an embedded environment and also offers asynchronous execution built into the language.”