yincheng.zhong
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/*******************************************************************************
 * 文件名称 : motion_control_task.c
 * 文件说明 : 割草机运动控制 FreeRTOS 任务封装
 * 创建日期 : 2025-11-22
 *******************************************************************************/
 
#include "motion_control_task.h"
 
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
 
#include "stm32h7xx_hal.h"
#include <string.h>
#include <math.h>
 
#include "DBG.h"
#include "GPS.h"
#include "PythonLink.h"
#include "geo_utils.h"
#include "motion_config.h"
#include "motion_control.h"
#include "motion_path_data.h"
#include "pwm_ctrol.h"
#include "motion_mode.h"
#include "SBUS.h"
#include "AppConfig.h"
 
#define RAD2DEG                      (57.29577951308232f)
 
#define MC_TASK_STACK_WORDS         (2048U)
#define MC_TASK_PRIORITY            (tskIDLE_PRIORITY + 4U)
#define MC_TASK_PERIOD_TICKS        (pdMS_TO_TICKS((HIDO_UINT32)(1000.0f / MC_CFG_CONTROL_HZ)))
#define MC_CLAMP(v, lo, hi)         ((v) < (lo) ? (lo) : (((v) > (hi)) ? (hi) : (v)))
 
extern TaskHandle_t g_app_task_handle;
 
static TaskHandle_t g_motion_task_handle = NULL;
static MC_State g_motion_state;
static MC_Config g_motion_config;
static ST_GeoOrigin g_motion_origin;
static HIDO_UINT32 g_last_gps_ms = 0U;
static HIDO_UINT32 g_last_imu_ms = 0U;
static HIDO_UINT32 g_last_gprmi_tow = 0U;
static HIDO_UINT32 g_last_control_report_ms = 0U;
static HIDO_UINT32 g_last_pose_report_ms = 0U;
static HIDO_UINT32 g_last_state_report_ms = 0U;
static HIDO_UINT32 g_last_stack_report_ms = 0U;
static HIDO_FLOAT g_control_freq_hz = 0.0f;
static HIDO_UINT32 g_freq_sample_count = 0U;
static HIDO_UINT32 g_freq_sample_start_ms = 0U;
static HIDO_FLOAT g_last_enu[3] = {0.0f, 0.0f, 0.0f};
static HIDO_FLOAT g_last_heading_deg = 0.0f;
static HIDO_FLOAT g_last_pitch_deg = 0.0f;
static HIDO_FLOAT g_last_roll_deg = 0.0f;
static HIDO_BOOL g_last_pose_valid = HIDO_FALSE;
static HIDO_FLOAT g_last_target_xy[2] = {0.0f, 0.0f};
static HIDO_BOOL g_last_target_valid = HIDO_FALSE;
static HIDO_UINT16 g_last_steering_pwm = MC_CFG_PWM_CENTER_US;
static HIDO_UINT16 g_last_throttle_pwm = MC_CFG_PWM_CENTER_US;
 
static HIDO_UINT32 g_last_sensor_timestamp_ms = 0U;
 
static void MotionControl_TaskEntry(void *argument);
static void MotionControl_ApplyOutput(const MC_Output *output, HIDO_UINT16 *_pu16Steering, HIDO_UINT16 *_pu16Throttle);
static void MotionControl_StopOutputs(void);
static const HIDO_CHAR *MotionControl_StageLabel(E_MCStage stage);
 
/* 初始化控制任务并创建 FreeRTOS 线程(只做一次) */
HIDO_VOID MotionControl_TaskInit(HIDO_VOID)
{
    if (g_motion_task_handle != NULL)
    {
        return;
    }
 
    MC_DefaultConfig(&g_motion_config);
    Geo_OriginInit(&g_motion_origin,
                   MC_CFG_ORIGIN_LAT_DEG,
                   MC_CFG_ORIGIN_LON_DEG,
                   MC_CFG_ORIGIN_ALT_M);
 
    MC_Init(&g_motion_state,
            &g_motion_config,
            g_motion_path_xy,
            g_motion_path_point_count);
 
    BaseType_t ret = xTaskCreate(
        MotionControl_TaskEntry,
        "MotionCtrl",
        MC_TASK_STACK_WORDS,
        NULL,
        MC_TASK_PRIORITY,
        &g_motion_task_handle);
 
    if (ret != pdPASS)
    {
        g_motion_task_handle = NULL;
        DBG_Printf("[MotionCtrl] Task create failed\r\n");
    }
}
 
/* 查询控制任务是否已经创建 */
HIDO_BOOL MotionControl_IsRunning(HIDO_VOID)
{
    return (g_motion_task_handle != NULL) ? HIDO_TRUE : HIDO_FALSE;
}
 
/* 高优先级任务:采集 → 控制 → PWM 输出 → 反馈 */
static void MotionControl_TaskEntry(void *argument)
{
    (void)argument;
    const TickType_t period = (MC_TASK_PERIOD_TICKS == 0U) ? pdMS_TO_TICKS(13U) : MC_TASK_PERIOD_TICKS;
    TickType_t last_wake = xTaskGetTickCount();
    ST_GPRMI gprmi;
    ST_GPIMU gpimu;
    float enu[3];
 
    DBG_Printf("[MotionCtrl] Task started (%.1f Hz)\r\n", MC_CFG_CONTROL_HZ);
 
    for (;;)
    {
        vTaskDelayUntil(&last_wake, period);
 
        /* --- 1) 采集最新 GPS/IMU 数据(轮询缓存,含超时保护) --- */
        HIDO_BOOL gps_valid = (GPS_GetGPRMI(&gprmi) == HIDO_OK);
        HIDO_BOOL imu_valid = (GPS_GetGPIMU(&gpimu) == HIDO_OK);
        HIDO_UINT32 now = HAL_GetTick();
 
        if (gps_valid == HIDO_TRUE)
        {
            HIDO_UINT32 gps_timestamp = (gprmi.m_u32UTCTime != 0U) ? gprmi.m_u32UTCTime : (HIDO_UINT32)now;
            if ((gprmi.m_u32UTCTime == 0U) || (gps_timestamp != g_last_gprmi_tow))
            {
                /* 新的GPS数据到来(时间戳变化),才更新航向 */
                Geo_GprmiToENU(&gprmi, &g_motion_origin, enu);
                MC_UpdateGps(&g_motion_state, enu, &gprmi);
                memcpy(g_last_enu, enu, sizeof(enu));
                g_last_heading_deg = gprmi.m_fHeadingAngle;
                g_last_pitch_deg = gprmi.m_fPitchAngle;
                g_last_roll_deg = gprmi.m_fRollAngle;
                g_last_pose_valid = HIDO_TRUE;
                g_last_gps_ms = now;
                g_last_gprmi_tow = gps_timestamp;
                g_last_sensor_timestamp_ms = gps_timestamp;
            }
        }
        else if (gps_valid == HIDO_FALSE && (now - g_last_gps_ms) > 200U)
        {
            g_motion_state.pose_valid = HIDO_FALSE;
            g_last_pose_valid = HIDO_FALSE;
        }
 
        if (imu_valid == HIDO_TRUE)
        {
            MC_UpdateImu(&g_motion_state, &gpimu);
            g_last_imu_ms = now;
            if (gpimu.m_u32UTCTime != 0U)
            {
                g_last_sensor_timestamp_ms = gpimu.m_u32UTCTime;
            }
        }
        else if ((now - g_last_imu_ms) > 200U)
        {
            g_motion_state.imu_valid = HIDO_FALSE;
        }
 
        /* --- 2) 调用运动控制器(固定 75 Hz dt) --- */
        MC_Output output;
        HIDO_BOOL sbus_valid = (SBUS_IsSignalValid(MOTION_SBUS_TIMEOUT_MS) == HIDO_TRUE);
        HIDO_UINT16 ch8 = SBUS_GetChannel(MOTION_SBUS_AUTO_CHANNEL);
        
        /* 检查 GPS 状态:必须初始化完成且连接到 GNSS */
        HIDO_BOOL gps_ready = HIDO_FALSE;
        if (gps_valid == HIDO_TRUE)
        {
            HIDO_UINT32 status = gprmi.m_u32StatusFlags;
            HIDO_BOOL init_ok = ((status & IM23A_STATUS_READY) != 0U);
            HIDO_BOOL gnss_connected = ((status & IM23A_STATUS_GNSS_CONNECT) != 0U);
            gps_ready = (init_ok == HIDO_TRUE) && (gnss_connected == HIDO_TRUE);
        }
 
#if HITL_SIMULATION
        /* 硬件在环仿真模式:
         * 1. 强制 SBUS 信号有效
         * 2. 模拟 CH8 通道:上电前 10 秒为 1000 (手动),10 秒后变为 1800 (自动)
         *    这样可以测试从手动切换到自动的逻辑 (状态机复位)
         */
        sbus_valid = HIDO_TRUE;
        
        /* 仿真模式下,只要收到过一次有效数据,就认为 GPS 就绪,避免因为标志位未置位导致不启动 */
        if (gps_valid == HIDO_TRUE)
        {
            gps_ready = HIDO_TRUE; 
        }
 
        static HIDO_UINT16 g_hitl_ch8 = 1000; 
        static HIDO_UINT32 s_hitl_start_ms = 0;
        if (s_hitl_start_ms == 0) 
        {
            s_hitl_start_ms = HAL_GetTick();
        }
        
        if (HAL_GetTick() - s_hitl_start_ms > 1000U) 
        {
            g_hitl_ch8 = 1800; // 10秒后自动切入自动模式
        }
        ch8 = g_hitl_ch8;
#endif
        
        /* 只有当满足所有条件时才执行自动控制:
        
        /* 只有当满足所有条件时才执行自动控制:
         * 1. SBUS 信号有效
         * 2. CH8 > 阈值(自动模式开关)
         * 3. GPS 初始化完成(FINIT_OK)
         * 4. GPS 连接到 GNSS(GNSS_CONNECT)*/
        static HIDO_BOOL s_last_auto_condition = HIDO_FALSE;
        HIDO_BOOL current_auto_condition = (sbus_valid == HIDO_TRUE && ch8 > MOTION_SBUS_AUTO_THRESHOLD_US && gps_ready == HIDO_TRUE);
 
        /* 检测到从手动切换到自动模式的上升沿:重置状态机从头开始 */
        if (s_last_auto_condition == HIDO_FALSE && current_auto_condition == HIDO_TRUE)
        {
            DBG_Printf("[MC_CTRL] Auto mode triggered! Resetting to GOTO_START.\r\n");
            MC_Init(&g_motion_state,
                    &g_motion_config,
                    g_motion_path_xy,
                    g_motion_path_point_count);
        }
        s_last_auto_condition = current_auto_condition;
 
        if (current_auto_condition == HIDO_TRUE)
        {
            MC_Compute(&g_motion_state, 1.0f / MC_CFG_CONTROL_HZ, &output);
        }
        else
        {
            /* 手动模式或条件不满足:重置输出并让出控制权 */
            memset(&output, 0, sizeof(MC_Output));
            output.active = HIDO_FALSE;
            
            /* 移除这里的强制回中,改为在下方根据具体原因处理 */
            // MotionControl_StopOutputs();
            
            /* 定期打印状态提示 */
            static HIDO_UINT32 s_status_log = 0U;
            if ((s_status_log++ % 100U) == 0U)
            {
                if (sbus_valid == HIDO_FALSE)
                {
                    HIDO_Debug2("[MC_CTRL] Waiting: SBUS signal lost\r\n");
                }
                else if (ch8 <= MOTION_SBUS_AUTO_THRESHOLD_US)
                {
                    HIDO_Debug2("[MC_CTRL] Waiting: CH8=%u (manual mode)\r\n", ch8);
                }
                else if (gps_ready == HIDO_FALSE)
                {
                    HIDO_UINT32 status = gps_valid ? gprmi.m_u32StatusFlags : 0U;
                    HIDO_Debug2("[MC_CTRL] Waiting: GPS not ready (status=0x%08X)\r\n", status);
                }
            }
        }
 
        static HIDO_UINT32 s_ctrl_log_idx = 0U;
        if ((s_ctrl_log_idx++ % 10U) == 0U)
        {
            /* 使用整数表示法打印浮点数,避免栈损坏 */
            int pos_x_int = (int)g_motion_state.pos[0];
            int pos_x_frac = (int)(fabsf(g_motion_state.pos[0] - pos_x_int) * 100);
            int pos_y_int = (int)g_motion_state.pos[1];
            int pos_y_frac = (int)(fabsf(g_motion_state.pos[1] - pos_y_int) * 100);
            int pos_z_int = (int)g_motion_state.pos[2];
            int pos_z_frac = (int)(fabsf(g_motion_state.pos[2] - pos_z_int) * 100);
            int hdg_int = (int)g_motion_state.heading_deg;
            int hdg_frac = (int)(fabsf(g_motion_state.heading_deg - hdg_int) * 100);
            int tgt_x_int = (int)g_motion_state.current_target_xy[0];
            int tgt_x_frac = (int)(fabsf(g_motion_state.current_target_xy[0] - tgt_x_int) * 100);
            int tgt_y_int = (int)g_motion_state.current_target_xy[1];
            int tgt_y_frac = (int)(fabsf(g_motion_state.current_target_xy[1] - tgt_y_int) * 100);
            int fwd_int = (int)output.forward_mps;
            int fwd_frac = (int)(fabsf(output.forward_mps - fwd_int) * 100);
            int turn_int = (int)output.turn_rate;
            int turn_frac = (int)(fabsf(output.turn_rate - turn_int) * 100);
            
            HIDO_Debug2("[MC_CTRL] stage=%d pos=(%d.%02d,%d.%02d,%d.%02d) hdg=%d.%02d tgt=(%d.%02d,%d.%02d) fwd=%d.%02d turn=%d.%02d path_idx=%u\n",
                        g_motion_state.stage,
                        pos_x_int, pos_x_frac,
                        pos_y_int, pos_y_frac,
                        pos_z_int, pos_z_frac,
                        hdg_int, hdg_frac,
                        tgt_x_int, tgt_x_frac,
                        tgt_y_int, tgt_y_frac,
                        fwd_int, fwd_frac,
                        turn_int, turn_frac,
                        g_motion_state.nearest_index);
        }
 
        /* --- 3) 根据控制量更新 PWM,并把 forward/turn 回传给 Python --- */
        HIDO_UINT16 applied_steering = MC_CFG_PWM_CENTER_US;
        HIDO_UINT16 applied_throttle = MC_CFG_PWM_CENTER_US;
        if (output.active == HIDO_TRUE)
        {
            MotionControl_ApplyOutput(&output, &applied_steering, &applied_throttle);
        }
        else
        {
             /* 非自动模式下,MotionControl_StopOutputs() 已在上面调用,这里不再重复设置
              * 如果需要手动模式直通,应该在 SBUS 模块处理,或者在这里读取 SBUS 手动通道值并输出
              * 目前逻辑是:非自动模式下,运动控制任务输出回中(安全停止),手动控制由 SBUS 回调或其他机制接管
              * 如果系统设计是 MotionControl 任务在手动模式下也负责透传遥控器信号,则需要修改此处。
              * 假设:手动模式下,SBUS 模块的中断回调会直接控制电机,或者有其他任务处理。
              * 为防止冲突,这里仅保持记录。但上面已经调用 StopOutputs 设置了 PWM 为中值。
              * 如果 SBUS 直接控制电机,这里的 StopOutputs 会与 SBUS 冲突吗?
              * 通常做法:自动模式下本任务控制 PWM;手动模式下本任务不控制 PWM(或者输出无效值)。
              * 但 StopOutputs 显式设置了 1500。如果 SBUS 也是设置 PWM,会有竞争。
              * 
              * 修正:如果 ch8 < 1500 (手动模式),本任务不应该 Set_Motor_Pulse(1500),
              * 否则会覆盖 SBUS 的手动控制信号。
              * 
              * 修改逻辑:
              * 1. 自动模式 (current_auto_condition == TRUE): ApplyOutput -> Set_Pulse
              * 2. 异常停止 (sbus_valid=FALSE 或 gps_ready=FALSE): StopOutputs -> Set_Pulse(1500)
              * 3. 手动模式 (sbus_valid=TRUE && ch8 < 1500): 不操作 PWM,让权给手动控制逻辑
              */
             
            if (sbus_valid == HIDO_FALSE)
            {
                 /* 遥控器信号丢失:强制停车 */
                 MotionControl_StopOutputs();
                 applied_steering = MC_CFG_PWM_CENTER_US;
                 applied_throttle = MC_CFG_PWM_CENTER_US;
            }
            else if (ch8 <= MOTION_SBUS_AUTO_THRESHOLD_US)
            {
                 /* 手动模式:不输出 PWM,仅记录(假设 SBUS 模块或其他逻辑在控制电机)
                  * 为了回显正确,这里赋值为 1500 或读取当前 PWM(如果能读到)
                  */
                 applied_steering = MC_CFG_PWM_CENTER_US; 
                 applied_throttle = MC_CFG_PWM_CENTER_US;
                 /* 注意:不要调用 MotionControl_StopOutputs(),否则会在此处把手动油门强行归零 */
            }
            else if (gps_ready == HIDO_FALSE)
            {
                 /* 自动模式开关打开,但 GPS 未就绪:安全停车 */
                 MotionControl_StopOutputs();
                 applied_steering = MC_CFG_PWM_CENTER_US;
                 applied_throttle = MC_CFG_PWM_CENTER_US;
            }
        }
        g_last_steering_pwm = applied_steering;
        g_last_throttle_pwm = applied_throttle;
 
        memcpy(g_last_enu, output.pos_enu, sizeof(g_last_enu));
        g_last_heading_deg = output.heading_deg;
        g_last_pitch_deg = output.pitch_deg;
        g_last_roll_deg = output.roll_deg;
        g_last_pose_valid = g_motion_state.pose_valid;
        g_last_target_valid = output.target_valid;
        if (output.target_valid == HIDO_TRUE)
        {
            g_last_target_xy[0] = output.target_xy[0];
            g_last_target_xy[1] = output.target_xy[1];
        }
 
        g_freq_sample_count++;
        if (g_freq_sample_start_ms == 0U)
        {
            g_freq_sample_start_ms = now;
        }
        else
        {
            HIDO_UINT32 window = now - g_freq_sample_start_ms;
            if (window >= 1000U)
            {
                if (window > 0U)
                {
                    g_control_freq_hz = (HIDO_FLOAT)g_freq_sample_count * 1000.0f / (HIDO_FLOAT)window;
                }
                g_freq_sample_count = 0U;
                g_freq_sample_start_ms = now;
            }
        }
 
        const HIDO_CHAR *stage_label = MotionControl_StageLabel(output.stage);
        const HIDO_FLOAT *target_ptr = (output.target_valid == HIDO_TRUE) ? output.target_xy : HIDO_NULL;
        PythonLink_ReportControl(output.forward_mps,
                                 output.turn_rate,
                                 g_control_freq_hz,
                                 g_last_steering_pwm,
                                 g_last_throttle_pwm,
                                 stage_label,
                                 g_last_sensor_timestamp_ms,
                                 output.pos_enu,
                                 output.heading_deg,
                                 output.target_heading_deg,
                                 target_ptr);
        if ((now - g_last_state_report_ms) >= 1000U)
        {
            g_last_state_report_ms = now;
            PythonLink_ReportState(stage_label,
                                   output.cross_track_error,
                                   output.heading_error * RAD2DEG,
                                   g_last_sensor_timestamp_ms);
        }
 
        if ((now - g_last_pose_report_ms) >= 1000U && g_last_pose_valid == HIDO_TRUE)
        {
            g_last_pose_report_ms = now;
            PythonLink_ReportPose(g_last_enu,
                                  g_last_heading_deg,
                                  g_last_pitch_deg,
                                  g_last_roll_deg,
                                  g_last_target_valid ? g_last_target_xy : NULL,
                                  g_last_sensor_timestamp_ms);
        }
 
        if ((now - g_last_stack_report_ms) >= 10000U)
        {
            g_last_stack_report_ms = now;
            UBaseType_t motion_hw = uxTaskGetStackHighWaterMark(g_motion_task_handle);
            UBaseType_t app_hw = (g_app_task_handle != NULL) ? uxTaskGetStackHighWaterMark(g_app_task_handle) : 0U;
            UBaseType_t heap_free = xPortGetFreeHeapSize();
            UBaseType_t heap_min = xPortGetMinimumEverFreeHeapSize();
            PythonLink_ReportStack("Motion", (HIDO_UINT32)motion_hw, (HIDO_UINT32)heap_free, (HIDO_UINT32)heap_min);
            if (g_app_task_handle != NULL)
            {
                PythonLink_ReportStack("App", (HIDO_UINT32)app_hw, (HIDO_UINT32)heap_free, (HIDO_UINT32)heap_min);
            }
        }
    }
}
 
/* 将控制输出映射为 PWM(使用校准模型反解)*/
static void MotionControl_ApplyOutput(const MC_Output *output,
                                      HIDO_UINT16 *_pu16Steering,
                                      HIDO_UINT16 *_pu16Throttle)
{
    /* ========== 前向速度 → 油门PWM(使用校准模型反解)========== */
    /* 校准模型:v = MC_CFG_FORWARD_K × (1500 - pwm) + MC_CFG_FORWARD_BIAS
     * 反解:pwm = 1500 - (v - MC_CFG_FORWARD_BIAS) / MC_CFG_FORWARD_K
     * 说明:1000=最大前进,1500=停止,2000=最大后退
     */
    float target_velocity = output->forward_mps;
    float throttle_f = 1500.0f - (target_velocity - MC_CFG_FORWARD_BIAS) / MC_CFG_FORWARD_K;
    
    /* 限制PWM范围 */
    if (throttle_f < 1000.0f) 
    {
        throttle_f = 1000.0f;
    }
    else if (throttle_f > 2000.0f) 
    {
        throttle_f = 2000.0f;
    }
    
    /* 死区处理:接近1500时直接设为1500 */
    if (fabsf(throttle_f - 1500.0f) < (float)MC_CFG_FORWARD_DEADZONE_PWM)
    {
        throttle_f = 1500.0f;
    }
    
    /* ========== 转向角速度 → 转向PWM(使用校准模型反解)========== */
    /* 校准模型:ω_left  = MC_CFG_STEERING_K_LEFT  × (1500 - pwm)  当 pwm < 1500 (左转)
     *          ω_right = -MC_CFG_STEERING_K_RIGHT × (pwm - 1500)  当 pwm > 1500 (右转)
     * 反解:pwm_left  = 1500 - ω / MC_CFG_STEERING_K_LEFT
     *      pwm_right = 1500 - ω / MC_CFG_STEERING_K_RIGHT
     * 说明:1000=最大左转,1500=直行,2000=最大右转
     */
    float target_yaw_rate = output->turn_rate;  // rad/s,正值=左转,负值=右转
    float steering_f = 1500.0f;
    
    if (target_yaw_rate > 0.001f)  // 左转(正角速度)
    {
        steering_f = 1500.0f - target_yaw_rate / MC_CFG_STEERING_K_LEFT;
        if (steering_f < 1000.0f) 
        {
            steering_f = 1000.0f;
        }
    }
    else if (target_yaw_rate < -0.001f)  // 右转(负角速度)
    {
        steering_f = 1500.0f - target_yaw_rate / MC_CFG_STEERING_K_RIGHT;
        if (steering_f > 2000.0f) 
        {
            steering_f = 2000.0f;
        }
    }
    else  // 直行:应用转向补偿修正机械偏差
    {
        steering_f = 1500.0f + (float)MC_CFG_STEERING_TRIM;
    }
    
    /* 转换为整数并输出 */
    uint32_t throttle = (uint32_t)(throttle_f + 0.5f);
    uint32_t steering = (uint32_t)(steering_f + 0.5f);
    
    Set_Motor_Pulse(throttle);
    Set_Steering_Pulse(steering);
 
    if (_pu16Steering != NULL)
    {
        *_pu16Steering = (HIDO_UINT16)steering;
    }
    if (_pu16Throttle != NULL)
    {
        *_pu16Throttle = (HIDO_UINT16)throttle;
    }
}
 
 
/* 失效保护:回中 PWM 并上报零控制量 */
static void MotionControl_StopOutputs(void)
{
    Set_Motor_Pulse(MC_CFG_PWM_CENTER_US);
    Set_Steering_Pulse(MC_CFG_PWM_CENTER_US);
    g_last_steering_pwm = MC_CFG_PWM_CENTER_US;
    g_last_throttle_pwm = MC_CFG_PWM_CENTER_US;
}
 
static const HIDO_CHAR *MotionControl_StageLabel(E_MCStage stage)
{
    switch (stage)
    {
    case MC_STAGE_GOTO_START:
        return "goto_start";
    case MC_STAGE_FOLLOW_PATH:
        return "follow_path";
    case MC_STAGE_FINISHED:
        return "finished";
    default:
        return "idle";
    }
}