FreeRTOS 消息队列 详解

简介: FreeRTOS 消息队列 详解

什么是队列?

队列又称消息队列,是一种常用于任务间通信的数据结构,队列可以在任务与任务间、中断和任 务间传递信息。


为什么不使用全局变量?


如果使用全局变量,任务1修改了变量 a ,等待任务3处理,但任务3处理速度很慢,在处理数据的过程中,任务2有可能又修改了变量 a ,导致任务3有可能得到的不是正确的数据。


在这种情况下,就可以使用队列。任务1和任务2产生的数据放在流水线上,任务3可以慢慢一个个依次处理。


关于队列的几个名词:


队列项目:队列中的每一个数据;


队列长度:队列能够存储队列项目的最大数量;


创建队列时,需要指定队列长度及队列项目大小。


消息队列特点

1. 数据入队出队方式

通常采用先进先出(FIFO)的数据存储缓冲机制,即先入队的数据会先从队列中被读取。


也可以配置为后进先出(LIFO)方式,但用得比较少。


2. 数据传递方式

采用实际值传递,即将数据拷贝到队列中进行传递,也可以传递指针,在传递较大的数据的时候 采用指针传递。


3. 多任务访问

队列不属于某个任务,任何任务和中断都可以向队列发送/读取消息


4. 出队、入队阻塞

当任务向一个队列发送消息时,可以指定一个阻塞时间,假设此时当队列已满无法入队。


阻塞时间如果设置为:


  • 0:直接返回不会等待;
  • 0~port_MAX_DELAY:等待设定的阻塞时间,若在该时间内还无法入队,超时后直接返回不再等待;
  • port_MAX_DELAY:死等,一直等到可以入队为止。出队阻塞与入队阻塞类似;

消息队列相关 API 函数

1. 创建队列

QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength,
                            UBaseType_t uxItemSize );

参数:

  • uxQueueLength:队列可同时容纳的最大项目数 。
  • uxItemSize:存储队列中的每个数据项所需的大小(以字节为单位)。

返回值: 如果队列创建成功,则返回所创建队列的句柄 。 如果创建队列所需的内存无法分配 , 则返回 NULL。


2. 写队列

写队列总共有以下几个函数:


                             函数                                 描述
xQueueSend() 往队列的尾部写入消息
xQueueSendToBack() 同 xQueueSend()
xQueueSendToFront() 往队列的头部写入消息
xQueueOverwrite() 覆写队列消息(只用于队列长度为 1 的情况)
xQueueSendFromISR() 在中断中往队列的尾部写入消息
xQueueSendToBackFromISR() 同 xQueueSendFromISR()
xQueueSendToFrontFromISR() 在中断中往队列的头部写入消息
xQueueOverwriteFromISR() 在中断中覆写队列消息(只用于队列长度为 1 的情况)
BaseType_t xQueueSend(
                        QueueHandle_t xQueue,
                        const void * pvItemToQueue,
                        TickType_t xTicksToWait
                    );

参数:

  • xQueue:队列的句柄,数据项将发送到此队列。
  • pvItemToQueue:待写入数据
  • xTicksToWait:阻塞超时时间

返回值:

如果成功写入数据,返回 pdTRUE,否则返回 errQUEUE_FULL。

3. 读队列

读队列总共有以下几个函数:

                        函数                             描述
xQueueReceive() 从队列头部读取消息,并删除消息
xQueuePeek() 从队列头部读取消息,但是不删除消息
xQueueReceiveFromISR() 在中断中从队列头部读取消息,并删除消息
xQueuePeekFromISR() 在中断中从队列头部读取消息
BaseType_t xQueueReceive(
                            QueueHandle_t xQueue,
                            void *pvBuffer,
                            TickType_t xTicksToWait
                    );

参数:

  • xQueue:待读取的队列
  • pvItemToQueue:数据读取缓冲区
  • xTicksToWait:阻塞超时时间


返回值:

  • 成功返回 pdTRUE
  • 否则返回 pdFALSE


消息队列实操


要求:


创建一个队列,按下 KEY1 向队列发送数据,按下 KEY2 向队列读取数据。


打开CubeMX


1.将FreeRTOS移植到STM32F103C8T6,具体看我之前写过的文章


将FreeRTOS移植到STM32F103C8T6


2.然后创建两个任务和一个队列


973a32b818925c43f385a447e56e0b02_5ddaf678e3f2426b9457574ea7c71327.png


3.设置按键引脚为输入,然后导出代码

79378412c1473231509e3e6b7f3fc3df_c9de55ba1a7e4f53b7202ea8a0ab6499.png



4.编写代码


freertos.c

void StartTaskSend(void const * argument)
{
  uint16_t buf = 100;
  BaseType_t status;
  for(;;)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
    {
      osDelay(20);
      if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
      {
        status = xQueueSend(myQueue01Handle, &buf, 0);
        if(status == pdTRUE)
        printf("写入队列成功,写入值为%d\r\n", buf);
        else
        printf("写入队列失败\r\n");
      }
      while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET);
    }
    osDelay(10);
  }
}
 
 
void StartTaskReceive(void const * argument)
{
  uint16_t buf = 100;
  BaseType_t status;
  for(;;)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET)
    {
      osDelay(20);
      if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET)
      {
        status = xQueueReceive(myQueue01Handle, &buf, 0);
        if(status == pdTRUE)
        printf("读取队列成功,写入值为%d\r\n", buf);
        else
        printf("读取队列失败\r\n");
      }
      while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET);
    }
    osDelay(10);
  }
}


5.编译烧录后打开串口助手


由于uint16_t buf ,所以最多写入16组数据

4b4593bbfb248b0b91622ffc3d0d6357_bd47207a2bc9456c96cf8f7c74d7cb56.png

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