FreeRTOS队列

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了FreeRTOS队列相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

参考技术A

参考和感谢zhzht19861011：FreeRTOS队列分析
队列是主要的任务间通讯方式， 可以在任务与任务间、中断和任务间传送信息。
大多数情况下，队列用于具有线程保护的FIFO（先进先出）缓冲区。

发送到队列的消息是通过拷贝实现的，这意味着队列存储的数据是原数据，而不是原数据的引用。

API函数允许指定阻塞时间。

队列的基本用法：

创建队列API函数xQueueCreate()，但其实这是一个宏，只是定义的像函数而已。真正被执行的函数是xQueueGenericCreate()，我们称这个函数为通用队列创建函数。

参数ucQueueType只是用来可视化跟踪调试用 。
首先调用函数prvAllocateQueueMemory分配队列结构体和队列项存储空间，结构体和队列项在存储空间上是连续的。

分配成功后初始化成员，然后调用函数xQueueGenericReset()初始化剩下的结构体成员。
假设我们申请了3个队列项，每个队列项占用4字节存储空间（即uxLength=3、uxItemSize=4），则经过初始化后的队列内存如图所示。

队列项入队也称为投递（Send），分为带中断保护的入队操作和不带中断保护的入队操作。每种情况下又分为从队列尾部入队和从队列首部入队两种操作，从队列尾部入队还有一种特殊情况，覆盖式入队，即队列满后自动覆盖最旧的队列项。

这个函数用于入队操作，绝不可以用在中断服务程序中。

调用函数prvCopyDataToQueue()将要入队的数据拷贝到队列。这个函数处理三种入队情况，第一种是队列项大小为0时（即队列结构体成员uxItemSize为0，比如二进制信号量和计数信号量），不进行数据拷贝工作，而是将队列项计数器加1（即队列结构体成员uxMessagesWaiting++）；第二种情况是从队列尾入队时，则将数据拷贝到指针pxQueue->pcWriteTo指向的地方、更新指针指向的位置、队列项计数器加1；第三种情况是从队列首入队时，则将数据拷贝到指针pxQueue->u.pcReadFrom指向的地方、更新指针指向的位置、队列项计数器加1。如果是覆盖式入队，还会调整队列项计数器的值。

队列结构体中有两个成员跟队列上锁有关：xRxLock和xTxLock。这两个成员变量为queueUNLOCKED（宏，定义为-1）时，表示队列未上锁；当这两个成员变量为queueLOCKED_UNMODIFIED（宏，定义为0）时，表示队列上锁。

FreeRTOS高级篇5---FreeRTOS队列分析

      FreeRTOS提供了多种任务间通讯方式，包括：
  • 任务通知（版本V8.2以及以上版本）
  • 队列
  • 二进制信号量
  • 计数信号量
  • 互斥量
  • 递归互斥量
      其中，二进制信号量、计数信号量、互斥量和递归互斥量都是使用队列来实现的，因此掌握队列的运行机制，是很有必要的。
      队列是FreeRTOS主要的任务间通讯方式。可以在任务与任务间、中断和任务间传送信息。发送到队列的消息是通过拷贝实现的，这意味着队列存储的数据是原数据，而不是原数据的引用。先看一下队列的数据结构： 
typedef struct QueueDefinition
{
    int8_t *pcHead;             /* 指向队列存储区起始位置,即第一个队列项 */
    int8_t *pcTail;             /* 指向队列存储区结束后的下一个字节 */
    int8_t *pcWriteTo;          /* 指向下队列存储区的下一个空闲位置 */


    union                       /* 使用联合体用来确保两个互斥的结构体成员不会同时出现 */
    {
        int8_t *pcReadFrom;     /* 当结构体用于队列时,这个字段指向出队项目中的最后一个. */
        UBaseType_t uxRecursiveCallCount;/* 当结构体用于互斥量时,用作计数器,保存递归互斥量被"获取"的次数. */
    } u;


    List_t xTasksWaitingToSend;      /* 因为等待入队而阻塞的任务列表,按照优先级顺序存储 */
    List_t xTasksWaitingToReceive;   /* 因为等待队列项而阻塞的任务列表,按照优先级顺序存储 */


    volatile UBaseType_t uxMessagesWaiting;/*< 当前队列的队列项数目 */
    UBaseType_t uxLength;            /* 队列项的数目 */
    UBaseType_t uxItemSize;          /* 每个队列项的大小 */


    volatile BaseType_t xRxLock;   /* 队列上锁后,存储从队列收到的列表项数目，如果队列没有上锁，设置为queueUNLOCKED */
    volatile BaseType_t xTxLock;   /* 队列上锁后,存储发送到队列的列表项数目，如果队列没有上锁，设置为queueUNLOCKED */


    #if ( configUSE_QUEUE_SETS == 1 )
        struct QueueDefinition *pxQueueSetContainer;
    #endif


    #if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
        UBaseType_t uxQueueNumber;
        uint8_t ucQueueType;
    #endif


    #if ( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )
        uint8_t ucStaticAllocationFlags;
    #endif


} xQUEUE;


typedef xQUEUE Queue_t;
      下面的所有API函数都是围绕这个数据结构展开，因此数据结构的每个成员都需要了解。如果你是第一次看这篇文章，即使有注释，可能你对结构体的某些成员还是不理解，不要着急，这是正常的。后面介绍API函数的时候，会一一使用这些成员，结合着具体实例，会很容理解的，你需要做的，是要反复翻到这里查看。

1.队列创建函数

      在《FreeRTOS系列第18篇---FreeRTOS队列API函数》一文中，我们介绍了创建队列API函数xQueueCreate()，但其实这是一个宏，只是定义的像函数而已。真正被执行的函数是xQueueGenericCreate()，我们称这个函数为通用队列创建函数。 我们来分析一下xQueueGenericCreate()函数，函数原型为：
 
QueueHandle_t xQueueGenericCreate
        ( 
                const UBaseType_t uxQueueLength, 
                const UBaseType_t uxItemSize, 
                uint8_t *pucQueueStorage, 
                StaticQueue_t *pxStaticQueue, 
                const uint8_t ucQueueType 
        )
  • uxQueueLength：队列项数目
  • uxItemSize：每个队列项的大小
  • pucQueueStorage：使用静态分配队列时才使用，指向定义队列存储空间，如果使用动态分配队列空间（默认），向这个参数传递NULL。
  • pxStaticQueue：使用静态分配队列时才使用，指向队列控制结构体，如果使用动态分配队列空间（默认），向这个参数传递NULL。
  • ucQueueType：类型。可能的值为：
    • queueQUEUE_TYPE_BASE：表示队列
    • queueQUEUE_TYPE_SET：表示队列集合
    • queueQUEUE_TYPE_MUTEX：表示互斥量
    • queueQUEUE_TYPE_COUNTING_SEMAPHORE：表示计数信号量
    • queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE：表示二进制信号量
    • queueQUEUE_TYPE_RECURSIVE_MUTEX ：表示递归互斥量
      然而，等下我们看源码，就会看到，在xQueueGenericCreate()函数中，参数ucQueueType只是用来可视化跟踪调试用。
      xQueueGenericCreate()函数的源码如下所示： 
QueueHandle_t xQueueGenericCreate( 
              const UBaseType_t uxQueueLength, 
              const UBaseType_t uxItemSize, 
             uint8_t *pucQueueStorage, 
             StaticQueue_t *pxStaticQueue, 
             const uint8_t ucQueueType )
{
Queue_t *pxNewQueue;


    /* 如果使能可视化跟踪调试,这里用来消除编译器警告. */
    ( void ) ucQueueType;


    /*分配队列结构体和队列项存储空间.可以静态也可以动态分配,取决于参数值,FreeRTOS默认采取动态分配 */
    pxNewQueue = prvAllocateQueueMemory( uxQueueLength, uxItemSize, &pucQueueStorage, pxStaticQueue );


    if( pxNewQueue != NULL )
    {
        if( uxItemSize == ( UBaseType_t ) 0 )
        {
            /* 没有为队列项存储分配内存,但是pcHead指针不能设置为NULL,因为队列用作互斥量时,pcHead要设置成NULL.这里只是将pcHead指向一个已知的区域 */
            pxNewQueue->pcHead = ( int8_t * ) pxNewQueue;
        }
        else
        {
            /* 指向队列项存储区域*/
            pxNewQueue->pcHead = ( int8_t * ) pucQueueStorage;
        }


        /* 初始化队列结构体成员*/
        pxNewQueue->uxLength = uxQueueLength;
        pxNewQueue->uxItemSize = uxItemSize;
        ( void ) xQueueGenericReset( pxNewQueue, pdTRUE );


        #if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
        {
            pxNewQueue->ucQueueType = ucQueueType;
        }
        #endif /* configUSE_TRACE_FACILITY */


        traceQUEUE_CREATE( pxNewQueue );
    }


    return ( QueueHandle_t ) pxNewQueue;
}
        我们以默认的动态分配队列存储空间方式讲述一下队列创建过程。首先调用函数prvAllocateQueueMemory分配队列结构体和队列项存储空间，结构体和队列项在存储空间上是连续的，如图1-1所示。