文章目錄

• 系列教程總目錄
• 概述
• 5.1 隊(duì)列的特性
  • 5.1.1 常規(guī)操作
  • 5.1.2 傳輸數(shù)據(jù)的兩種方法
  • 5.1.3 隊(duì)列的阻塞訪問(wèn)
• 5.2 隊(duì)列函數(shù)
  • 5.2.1 創(chuàng)建
  • 5.2.2 復(fù)位
  • 5.2.3 刪除
  • 5.2.4 寫(xiě)隊(duì)列
  • 5.2.5 讀隊(duì)列
  • 5.2.6 查詢
  • 5.2.7 覆蓋/偷看
• 5.3 示例8: 隊(duì)列的基本使用
• 5.4 示例9: 分辨數(shù)據(jù)源
• 5.5 示例10: 傳輸大塊數(shù)據(jù)
• 5.6 示例11: 郵箱(Mailbox)

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系列教程總目錄

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概述

隊(duì)列(queue)可以用于"任務(wù)到任務(wù)"、“任務(wù)到中斷”、"中斷到任務(wù)"直接傳輸信息。

本章涉及如下內(nèi)容：

• 怎么創(chuàng)建、清除、刪除隊(duì)列
• 隊(duì)列中消息如何保存
• 怎么向隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)、怎么從隊(duì)列讀取數(shù)據(jù)、怎么覆蓋隊(duì)列的數(shù)據(jù)
• 在隊(duì)列上阻塞是什么意思
• 怎么在多個(gè)隊(duì)列上阻塞
• 讀寫(xiě)隊(duì)列時(shí)如何影響任務(wù)的優(yōu)先級(jí)

5.1 隊(duì)列的特性

5.1.1 常規(guī)操作

隊(duì)列的簡(jiǎn)化操如入下圖所示，從此圖可知：

• 隊(duì)列可以包含若干個(gè)數(shù)據(jù)：隊(duì)列中有若干項(xiàng)，這被稱為"長(zhǎng)度"(length)
• 每個(gè)數(shù)據(jù)大小固定
• 創(chuàng)建隊(duì)列時(shí)就要指定長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)大小
• 數(shù)據(jù)的操作采用先進(jìn)先出的方法(FIFO，F(xiàn)irst In First Out)：寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)放到尾部，讀數(shù)據(jù)時(shí)從頭部讀
• 也可以強(qiáng)制寫(xiě)隊(duì)列頭部：覆蓋頭部數(shù)據(jù)

更詳細(xì)的操作入下圖所示：

5.1.2 傳輸數(shù)據(jù)的兩種方法

使用隊(duì)列傳輸數(shù)據(jù)時(shí)有兩種方法：

• 拷貝：把數(shù)據(jù)、把變量的值復(fù)制進(jìn)隊(duì)列里
• 引用：把數(shù)據(jù)、把變量的地址復(fù)制進(jìn)隊(duì)列里

FreeRTOS使用拷貝值的方法，這更簡(jiǎn)單：

局部變量的值可以發(fā)送到隊(duì)列中，后續(xù)即使函數(shù)退出、局部變量被回收，也不會(huì)影響隊(duì)列中的數(shù)據(jù)

無(wú)需分配buffer來(lái)保存數(shù)據(jù)，隊(duì)列中有buffer

局部變量可以馬上再次使用

發(fā)送任務(wù)、接收任務(wù)解耦：接收任務(wù)不需要知道這數(shù)據(jù)是誰(shuí)的、也不需要發(fā)送任務(wù)來(lái)釋放數(shù)據(jù)

如果數(shù)據(jù)實(shí)在太大，你還是可以使用隊(duì)列傳輸它的地址

隊(duì)列的空間有FreeRTOS內(nèi)核分配，無(wú)需任務(wù)操心

對(duì)于有內(nèi)存保護(hù)功能的系統(tǒng)，如果隊(duì)列使用引用方法，也就是使用地址，必須確保雙方任務(wù)對(duì)這個(gè)地址都有訪問(wèn)權(quán)限。使用拷貝方法時(shí)，則無(wú)此限制：內(nèi)核有足夠的權(quán)限，把數(shù)據(jù)復(fù)制進(jìn)隊(duì)列、再把數(shù)據(jù)復(fù)制出隊(duì)列。

5.1.3 隊(duì)列的阻塞訪問(wèn)

只要知道隊(duì)列的句柄，誰(shuí)都可以讀、寫(xiě)該隊(duì)列。任務(wù)、ISR都可讀、寫(xiě)隊(duì)列?？梢远鄠€(gè)任務(wù)讀寫(xiě)隊(duì)列。

任務(wù)讀寫(xiě)隊(duì)列時(shí)，簡(jiǎn)單地說(shuō)：如果讀寫(xiě)不成功，則阻塞；可以指定超時(shí)時(shí)間?？谡Z(yǔ)化地說(shuō)，就是可以定個(gè)鬧鐘：如果能讀寫(xiě)了就馬上進(jìn)入就緒態(tài)，否則就阻塞直到超時(shí)。

某個(gè)任務(wù)讀隊(duì)列時(shí)，如果隊(duì)列沒(méi)有數(shù)據(jù)，則該任務(wù)可以進(jìn)入阻塞狀態(tài)：還可以指定阻塞的時(shí)間。如果隊(duì)列有數(shù)據(jù)了，則該阻塞的任務(wù)會(huì)變?yōu)榫途w態(tài)。如果一直都沒(méi)有數(shù)據(jù)，則時(shí)間到之后它也會(huì)進(jìn)入就緒態(tài)。

既然讀取隊(duì)列的任務(wù)個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，那么當(dāng)多個(gè)任務(wù)讀取空隊(duì)列時(shí)，這些任務(wù)都會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)：有多個(gè)任務(wù)在等待同一個(gè)隊(duì)列的數(shù)據(jù)。當(dāng)隊(duì)列中有數(shù)據(jù)時(shí)，哪個(gè)任務(wù)會(huì)進(jìn)入就緒態(tài)？

• 優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)
• 如果大家的優(yōu)先級(jí)相同，那等待時(shí)間最久的任務(wù)會(huì)進(jìn)入就緒態(tài)

跟讀隊(duì)列類(lèi)似，一個(gè)任務(wù)要寫(xiě)隊(duì)列時(shí)，如果隊(duì)列滿了，該任務(wù)也可以進(jìn)入阻塞狀態(tài)：還可以指定阻塞的時(shí)間。如果隊(duì)列有空間了，則該阻塞的任務(wù)會(huì)變?yōu)榫途w態(tài)。如果一直都沒(méi)有空間，則時(shí)間到之后它也會(huì)進(jìn)入就緒態(tài)。

既然寫(xiě)隊(duì)列的任務(wù)個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，那么當(dāng)多個(gè)任務(wù)寫(xiě)"滿隊(duì)列"時(shí)，這些任務(wù)都會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)：有多個(gè)任務(wù)在等待同一個(gè)隊(duì)列的空間。當(dāng)隊(duì)列中有空間時(shí)，哪個(gè)任務(wù)會(huì)進(jìn)入就緒態(tài)？

• 優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)
• 如果大家的優(yōu)先級(jí)相同，那等待時(shí)間最久的任務(wù)會(huì)進(jìn)入就緒態(tài)

5.2 隊(duì)列函數(shù)

使用隊(duì)列的流程：創(chuàng)建隊(duì)列、寫(xiě)隊(duì)列、讀隊(duì)列、刪除隊(duì)列。

5.2.1 創(chuàng)建

隊(duì)列的創(chuàng)建有兩種方法：動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存、靜態(tài)分配內(nèi)存，

• 動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存：xQueueCreate，隊(duì)列的內(nèi)存在函數(shù)內(nèi)部動(dòng)態(tài)分配

函數(shù)原型如下：

QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize );

• 靜態(tài)分配內(nèi)存：xQueueCreateStatic，隊(duì)列的內(nèi)存要事先分配好

函數(shù)原型如下：

QueueHandle_t xQueueCreateStatic(
                           UBaseType_t uxQueueLength,
                           UBaseType_t uxItemSize,
                           uint8_t *pucQueueStorageBuffer,
                           StaticQueue_t *pxQueueBuffer
                       );

示例代碼：

// 示例代碼
 #define QUEUE_LENGTH 10
 #define ITEM_SIZE sizeof( uint32_t )
 
 // xQueueBuffer用來(lái)保存隊(duì)列結(jié)構(gòu)體
 StaticQueue_t xQueueBuffer;
 
 // ucQueueStorage 用來(lái)保存隊(duì)列的數(shù)據(jù)
 // 大小為：隊(duì)列長(zhǎng)度 * 數(shù)據(jù)大小
 uint8_t ucQueueStorage[ QUEUE_LENGTH * ITEM_SIZE ];
 
 void vATask( void *pvParameters )
 {
	QueueHandle_t xQueue1;
 
	// 創(chuàng)建隊(duì)列: 可以容納QUEUE_LENGTH個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)大小是ITEM_SIZE
	xQueue1 = xQueueCreateStatic( QUEUE_LENGTH,
						  ITEM_SIZE,
						  ucQueueStorage,
						  &xQueueBuffer ); 
 }

5.2.2 復(fù)位

隊(duì)列剛被創(chuàng)建時(shí)，里面沒(méi)有數(shù)據(jù)；使用過(guò)程中可以調(diào)用xQueueReset()把隊(duì)列恢復(fù)為初始狀態(tài)，此函數(shù)原型為：

/* pxQueue : 復(fù)位哪個(gè)隊(duì)列;
 * 返回值: pdPASS(必定成功)
 */
BaseType_t xQueueReset( QueueHandle_t pxQueue);

5.2.3 刪除

刪除隊(duì)列的函數(shù)為vQueueDelete()，只能刪除使用動(dòng)態(tài)方法創(chuàng)建的隊(duì)列，它會(huì)釋放內(nèi)存。原型如下：

void vQueueDelete( QueueHandle_t xQueue );

5.2.4 寫(xiě)隊(duì)列

可以把數(shù)據(jù)寫(xiě)到隊(duì)列頭部，也可以寫(xiě)到尾部，這些函數(shù)有兩個(gè)版本：在任務(wù)中使用、在ISR中使用。函數(shù)原型如下：

/* 等同于xQueueSendToBack
 * 往隊(duì)列尾部寫(xiě)入數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有空間，阻塞時(shí)間為xTicksToWait
 */
BaseType_t xQueueSend(
                                QueueHandle_t    xQueue,
                                const void       *pvItemToQueue,
                                TickType_t       xTicksToWait
                            );

/* 
 * 往隊(duì)列尾部寫(xiě)入數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有空間，阻塞時(shí)間為xTicksToWait
 */
BaseType_t xQueueSendToBack(
                                QueueHandle_t    xQueue,
                                const void       *pvItemToQueue,
                                TickType_t       xTicksToWait
                            );


/* 
 * 往隊(duì)列尾部寫(xiě)入數(shù)據(jù)，此函數(shù)可以在中斷函數(shù)中使用，不可阻塞
 */
BaseType_t xQueueSendToBackFromISR(
                                      QueueHandle_t xQueue,
                                      const void *pvItemToQueue,
                                      BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
                                   );

/* 
 * 往隊(duì)列頭部寫(xiě)入數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有空間，阻塞時(shí)間為xTicksToWait
 */
BaseType_t xQueueSendToFront(
                                QueueHandle_t    xQueue,
                                const void       *pvItemToQueue,
                                TickType_t       xTicksToWait
                            );

/* 
 * 往隊(duì)列頭部寫(xiě)入數(shù)據(jù)，此函數(shù)可以在中斷函數(shù)中使用，不可阻塞
 */
BaseType_t xQueueSendToFrontFromISR(
                                      QueueHandle_t xQueue,
                                      const void *pvItemToQueue,
                                      BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
                                   );

這些函數(shù)用到的參數(shù)是類(lèi)似的，統(tǒng)一說(shuō)明如下：

5.2.5 讀隊(duì)列

使用xQueueReceive()函數(shù)讀隊(duì)列，讀到一個(gè)數(shù)據(jù)后，隊(duì)列中該數(shù)據(jù)會(huì)被移除。這個(gè)函數(shù)有兩個(gè)版本：在任務(wù)中使用、在ISR中使用。函數(shù)原型如下：

BaseType_t xQueueReceive( QueueHandle_t xQueue,
                          void * const pvBuffer,
                          TickType_t xTicksToWait );

BaseType_t xQueueReceiveFromISR(
                                    QueueHandle_t    xQueue,
                                    void             *pvBuffer,
                                    BaseType_t       *pxTaskWoken
                                );

參數(shù)說(shuō)明如下：

5.2.6 查詢

可以查詢隊(duì)列中有多少個(gè)數(shù)據(jù)、有多少空余空間。函數(shù)原型如下：

/*
 * 返回隊(duì)列中可用數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)
 */
UBaseType_t uxQueueMessagesWaiting( const QueueHandle_t xQueue );

/*
 * 返回隊(duì)列中可用空間的個(gè)數(shù)
 */
UBaseType_t uxQueueSpacesAvailable( const QueueHandle_t xQueue );

5.2.7 覆蓋/偷看

當(dāng)隊(duì)列長(zhǎng)度為1時(shí)，可以使用xQueueOverwrite()或xQueueOverwriteFromISR()來(lái)覆蓋數(shù)據(jù)。
注意，隊(duì)列長(zhǎng)度必須為1。當(dāng)隊(duì)列滿時(shí)，這些函數(shù)會(huì)覆蓋里面的數(shù)據(jù)，這也以為著這些函數(shù)不會(huì)被阻塞。
函數(shù)原型如下：

/* 覆蓋隊(duì)列
 * xQueue: 寫(xiě)哪個(gè)隊(duì)列
 * pvItemToQueue: 數(shù)據(jù)地址
 * 返回值: pdTRUE表示成功, pdFALSE表示失敗
 */
BaseType_t xQueueOverwrite(
                           QueueHandle_t xQueue,
                           const void * pvItemToQueue
                      );

BaseType_t xQueueOverwriteFromISR(
                           QueueHandle_t xQueue,
                           const void * pvItemToQueue,
                           BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
                      );

如果想讓隊(duì)列中的數(shù)據(jù)供多方讀取，也就是說(shuō)讀取時(shí)不要移除數(shù)據(jù)，要留給后來(lái)人。那么可以使用"窺視"，也就是xQueuePeek()或xQueuePeekFromISR()。這些函數(shù)會(huì)從隊(duì)列中復(fù)制出數(shù)據(jù)，但是不移除數(shù)據(jù)。這也意味著，如果隊(duì)列中沒(méi)有數(shù)據(jù)，那么"偷看"時(shí)會(huì)導(dǎo)致阻塞；一旦隊(duì)列中有數(shù)據(jù)，以后每次"偷看"都會(huì)成功。
函數(shù)原型如下：

/* 偷看隊(duì)列
 * xQueue: 偷看哪個(gè)隊(duì)列
 * pvItemToQueue: 數(shù)據(jù)地址, 用來(lái)保存復(fù)制出來(lái)的數(shù)據(jù)
 * xTicksToWait: 沒(méi)有數(shù)據(jù)的話阻塞一會(huì)
 * 返回值: pdTRUE表示成功, pdFALSE表示失敗
 */
BaseType_t xQueuePeek(
                          QueueHandle_t xQueue,
                          void * const pvBuffer,
                          TickType_t xTicksToWait
                      );

BaseType_t xQueuePeekFromISR(
                                 QueueHandle_t xQueue,
                                 void *pvBuffer,
                             );

5.3 示例8: 隊(duì)列的基本使用

本節(jié)代碼為：FreeRTOS_08_queue。

本程序會(huì)創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列，然后創(chuàng)建2個(gè)發(fā)送任務(wù)、1個(gè)接收任務(wù)：

• 發(fā)送任務(wù)優(yōu)先級(jí)為1，分別往隊(duì)列中寫(xiě)入100、200
• 接收任務(wù)優(yōu)先級(jí)為2，讀隊(duì)列、打印數(shù)值

main函數(shù)中創(chuàng)建的隊(duì)列、創(chuàng)建了發(fā)送任務(wù)、接收任務(wù)，代碼如下：

/* 隊(duì)列句柄, 創(chuàng)建隊(duì)列時(shí)會(huì)設(shè)置這個(gè)變量 */
QueueHandle_t xQueue;

int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
    /* 創(chuàng)建隊(duì)列: 長(zhǎng)度為5，數(shù)據(jù)大小為4字節(jié)(存放一個(gè)整數(shù)) */
    xQueue = xQueueCreate( 5, sizeof( int32_t ) );

	if( xQueue != NULL )
	{
		/* 創(chuàng)建2個(gè)任務(wù)用于寫(xiě)隊(duì)列, 傳入的參數(shù)分別是100、200
		 * 任務(wù)函數(shù)會(huì)連續(xù)執(zhí)行，向隊(duì)列發(fā)送數(shù)值100、200
		 * 優(yōu)先級(jí)為1
		 */
		xTaskCreate( vSenderTask, "Sender1", 1000, ( void * ) 100, 1, NULL );
		xTaskCreate( vSenderTask, "Sender2", 1000, ( void * ) 200, 1, NULL );

		/* 創(chuàng)建1個(gè)任務(wù)用于讀隊(duì)列
		 * 優(yōu)先級(jí)為2, 高于上面的兩個(gè)任務(wù)
		 * 這意味著隊(duì)列一有數(shù)據(jù)就會(huì)被讀走
		 */
		xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 2, NULL );

		/* 啟動(dòng)調(diào)度器 */
		vTaskStartScheduler();
	}
	else
	{
		/* 無(wú)法創(chuàng)建隊(duì)列 */
	}

	/* 如果程序運(yùn)行到了這里就表示出錯(cuò)了, 一般是內(nèi)存不足 */
	return 0;
}

發(fā)送任務(wù)的函數(shù)中，不斷往隊(duì)列中寫(xiě)入數(shù)值，代碼如下：

static void vSenderTask( void *pvParameters )
{
	int32_t lValueToSend;
	BaseType_t xStatus;

	/* 我們會(huì)使用這個(gè)函數(shù)創(chuàng)建2個(gè)任務(wù)
	 * 這些任務(wù)的pvParameters不一樣
 	 */
	lValueToSend = ( int32_t ) pvParameters;

	/* 無(wú)限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		/* 寫(xiě)隊(duì)列
		 * xQueue: 寫(xiě)哪個(gè)隊(duì)列
		 * &lValueToSend: 寫(xiě)什么數(shù)據(jù)? 傳入數(shù)據(jù)的地址, 會(huì)從這個(gè)地址把數(shù)據(jù)復(fù)制進(jìn)隊(duì)列
		 * 0: 不阻塞, 如果隊(duì)列滿的話, 寫(xiě)入失敗, 立刻返回
		 */
		xStatus = xQueueSendToBack( xQueue, &lValueToSend, 0 );

		if( xStatus != pdPASS )
		{
			printf( "Could not send to the queue.\r\n" );
		}
	}
}

接收任務(wù)的函數(shù)中，讀取隊(duì)列、判斷返回值、打印，代碼如下：

static void vReceiverTask( void *pvParameters )
{
	/* 讀取隊(duì)列時(shí), 用這個(gè)變量來(lái)存放數(shù)據(jù) */
	int32_t lReceivedValue;
	BaseType_t xStatus;
	const TickType_t xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS( 100UL );

	/* 無(wú)限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		/* 讀隊(duì)列
		 * xQueue: 讀哪個(gè)隊(duì)列
		 * &lReceivedValue: 讀到的數(shù)據(jù)復(fù)制到這個(gè)地址
		 * xTicksToWait: 如果隊(duì)列為空, 阻塞一會(huì)
		 */
		xStatus = xQueueReceive( xQueue, &lReceivedValue, xTicksToWait );

		if( xStatus == pdPASS )
		{
			/* 讀到了數(shù)據(jù) */
			printf( "Received = %d\r\n", lReceivedValue );
		}
		else
		{
			/* 沒(méi)讀到數(shù)據(jù) */
			printf( "Could not receive from the queue.\r\n" );
		}
	}
}

程序運(yùn)行結(jié)果如下：

任務(wù)調(diào)度情況如下圖所示：

5.4 示例9: 分辨數(shù)據(jù)源

本節(jié)代碼為：FreeRTOS_09_queue_datasource。

當(dāng)有多個(gè)發(fā)送任務(wù)，通過(guò)同一個(gè)隊(duì)列發(fā)出數(shù)據(jù)，接收任務(wù)如何分辨數(shù)據(jù)來(lái)源？數(shù)據(jù)本身帶有"來(lái)源"信息，比如寫(xiě)入隊(duì)列的數(shù)據(jù)是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體中的lDataSouceID用來(lái)表示數(shù)據(jù)來(lái)源：

typedef struct {
    ID_t eDataID;
    int32_t lDataValue;
}Data_t;

不同的發(fā)送任務(wù)，先構(gòu)造好結(jié)構(gòu)體，填入自己的eDataID，再寫(xiě)隊(duì)列；接收任務(wù)讀出數(shù)據(jù)后，根據(jù)eDataID就可以知道數(shù)據(jù)來(lái)源了，如下圖所示：

• CAN任務(wù)發(fā)送的數(shù)據(jù)：eDataID=eMotorSpeed
• HMI任務(wù)發(fā)送的數(shù)據(jù)：eDataID=eSpeedSetPoint
  

FreeRTOS_09_queue_datasource程序會(huì)創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列，然后創(chuàng)建2個(gè)發(fā)送任務(wù)、1個(gè)接收任務(wù)：

• 創(chuàng)建的隊(duì)列，用來(lái)發(fā)送結(jié)構(gòu)體：數(shù)據(jù)大小是結(jié)構(gòu)體的大小
• 發(fā)送任務(wù)優(yōu)先級(jí)為2，分別往隊(duì)列中寫(xiě)入自己的結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體中會(huì)標(biāo)明數(shù)據(jù)來(lái)源
• 接收任務(wù)優(yōu)先級(jí)為1，讀隊(duì)列、根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源打印信息

main函數(shù)中創(chuàng)建了隊(duì)列、創(chuàng)建了發(fā)送任務(wù)、接收任務(wù)，代碼如下：

/* 定義2種數(shù)據(jù)來(lái)源(ID) */
typedef enum
{
	eMotorSpeed,
	eSpeedSetPoint
} ID_t;

/* 定義在隊(duì)列中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的格式 */
typedef struct {
    ID_t eDataID;
    int32_t lDataValue;
}Data_t;

/* 定義2個(gè)結(jié)構(gòu)體 */
static const Data_t xStructsToSend[ 2 ] =
{
	{ eMotorSpeed,    10 }, /* CAN任務(wù)發(fā)送的數(shù)據(jù) */
	{ eSpeedSetPoint, 5 }   /* HMI任務(wù)發(fā)送的數(shù)據(jù) */
};

/* vSenderTask被用來(lái)創(chuàng)建2個(gè)任務(wù)，用于寫(xiě)隊(duì)列
 * vReceiverTask被用來(lái)創(chuàng)建1個(gè)任務(wù)，用于讀隊(duì)列
 */
static void vSenderTask( void *pvParameters );
static void vReceiverTask( void *pvParameters );

/*-----------------------------------------------------------*/

/* 隊(duì)列句柄, 創(chuàng)建隊(duì)列時(shí)會(huì)設(shè)置這個(gè)變量 */
QueueHandle_t xQueue;

int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
    /* 創(chuàng)建隊(duì)列: 長(zhǎng)度為5，數(shù)據(jù)大小為4字節(jié)(存放一個(gè)整數(shù)) */
    xQueue = xQueueCreate( 5, sizeof( Data_t ) );

	if( xQueue != NULL )
	{
		/* 創(chuàng)建2個(gè)任務(wù)用于寫(xiě)隊(duì)列, 傳入的參數(shù)是不同的結(jié)構(gòu)體地址
		 * 任務(wù)函數(shù)會(huì)連續(xù)執(zhí)行，向隊(duì)列發(fā)送結(jié)構(gòu)體
		 * 優(yōu)先級(jí)為2
		 */
		xTaskCreate(vSenderTask, "CAN Task", 1000, (void *) &(xStructsToSend[0]), 2, NULL);
		xTaskCreate(vSenderTask, "HMI Task", 1000, (void *) &( xStructsToSend[1]), 2, NULL);

		/* 創(chuàng)建1個(gè)任務(wù)用于讀隊(duì)列
		 * 優(yōu)先級(jí)為1, 低于上面的兩個(gè)任務(wù)
		 * 這意味著發(fā)送任務(wù)優(yōu)先寫(xiě)隊(duì)列，隊(duì)列常常是滿的狀態(tài)
		 */
		xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 1, NULL );

		/* 啟動(dòng)調(diào)度器 */
		vTaskStartScheduler();
	}
	else
	{
		/* 無(wú)法創(chuàng)建隊(duì)列 */
	}

	/* 如果程序運(yùn)行到了這里就表示出錯(cuò)了, 一般是內(nèi)存不足 */
	return 0;
}

發(fā)送任務(wù)的函數(shù)中，不斷往隊(duì)列中寫(xiě)入數(shù)值，代碼如下：

static void vSenderTask( void *pvParameters )
{
	BaseType_t xStatus;
	const TickType_t xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS( 100UL );

	/* 無(wú)限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		/* 寫(xiě)隊(duì)列
		 * xQueue: 寫(xiě)哪個(gè)隊(duì)列
		 * pvParameters: 寫(xiě)什么數(shù)據(jù)? 傳入數(shù)據(jù)的地址, 會(huì)從這個(gè)地址把數(shù)據(jù)復(fù)制進(jìn)隊(duì)列
		 * xTicksToWait: 如果隊(duì)列滿的話, 阻塞一會(huì)
		 */
		xStatus = xQueueSendToBack( xQueue, pvParameters, xTicksToWait );

		if( xStatus != pdPASS )
		{
			printf( "Could not send to the queue.\r\n" );
		}
	}
}

接收任務(wù)的函數(shù)中，讀取隊(duì)列、判斷返回值、打印，代碼如下：

static void vReceiverTask( void *pvParameters )
{
	/* 讀取隊(duì)列時(shí), 用這個(gè)變量來(lái)存放數(shù)據(jù) */
	Data_t xReceivedStructure;
	BaseType_t xStatus;

	/* 無(wú)限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		/* 讀隊(duì)列
		 * xQueue: 讀哪個(gè)隊(duì)列
		 * &xReceivedStructure: 讀到的數(shù)據(jù)復(fù)制到這個(gè)地址
		 * 0: 沒(méi)有數(shù)據(jù)就即刻返回，不阻塞
		 */
		xStatus = xQueueReceive( xQueue, &xReceivedStructure, 0 );

		if( xStatus == pdPASS )
		{
			/* 讀到了數(shù)據(jù) */
			if( xReceivedStructure.eDataID == eMotorSpeed )
			{
				printf( "From CAN, MotorSpeed = %d\r\n", xReceivedStructure.lDataValue );
			}
			else if( xReceivedStructure.eDataID == eSpeedSetPoint )
			{
				printf( "From HMI, SpeedSetPoint = %d\r\n", xReceivedStructure.lDataValue );
			}
		}
		else
		{
			/* 沒(méi)讀到數(shù)據(jù) */
			printf( "Could not receive from the queue.\r\n" );
		}
	}
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

任務(wù)調(diào)度情況如下圖所示：

• t1：HMI是最后創(chuàng)建的最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)，它先執(zhí)行，一下子向隊(duì)列寫(xiě)入5個(gè)數(shù)據(jù)，把隊(duì)列都寫(xiě)滿了
• t2：隊(duì)列已經(jīng)滿了，HMI任務(wù)再發(fā)起第6次寫(xiě)操作時(shí)，進(jìn)入阻塞狀態(tài)。這時(shí)CAN任務(wù)是最高優(yōu)先級(jí)的就緒態(tài)任務(wù)，它開(kāi)始執(zhí)行
• t3：CAN任務(wù)發(fā)現(xiàn)隊(duì)列已經(jīng)滿了，進(jìn)入阻塞狀態(tài)；接收任務(wù)變?yōu)樽罡邇?yōu)先級(jí)的就緒態(tài)任務(wù)，它開(kāi)始運(yùn)行
• t4：現(xiàn)在，HMI任務(wù)、CAN任務(wù)的優(yōu)先級(jí)都比接收任務(wù)高，它們都在等待隊(duì)列有空閑的空間；一旦接收任務(wù)讀出1個(gè)數(shù)據(jù)，會(huì)馬上被搶占。被誰(shuí)搶占？誰(shuí)等待最久？HMI任務(wù)！所以在t4時(shí)刻，切換到HMI任務(wù)。
• t5：HMI任務(wù)向隊(duì)列寫(xiě)入第6個(gè)數(shù)據(jù)，然后再次阻塞，這是CAN任務(wù)已經(jīng)阻塞很久了。接收任務(wù)變?yōu)樽罡邇?yōu)先級(jí)的就緒態(tài)任務(wù)，開(kāi)始執(zhí)行。
• t6：現(xiàn)在，HMI任務(wù)、CAN任務(wù)的優(yōu)先級(jí)都比接收任務(wù)高，它們都在等待隊(duì)列有空閑的空間；一旦接收任務(wù)讀出1個(gè)數(shù)據(jù)，會(huì)馬上被搶占。被誰(shuí)搶占？誰(shuí)等待最久？CAN任務(wù)！所以在t6時(shí)刻，切換到CAN任務(wù)。
• t7：CAN任務(wù)向隊(duì)列寫(xiě)入數(shù)據(jù)，因?yàn)閮H僅有一個(gè)空間供寫(xiě)入，所以它馬上再次進(jìn)入阻塞狀態(tài)。這時(shí)HMI任務(wù)、CAN任務(wù)都在等待空閑空間，只有接收任務(wù)可以繼續(xù)執(zhí)行。

5.5 示例10: 傳輸大塊數(shù)據(jù)

本節(jié)代碼為：FreeRTOS_10_queue_bigtransfer。

FreeRTOS的隊(duì)列使用拷貝傳輸，也就是要傳輸uint32_t時(shí)，把4字節(jié)的數(shù)據(jù)拷貝進(jìn)隊(duì)列；要傳輸一個(gè)8字節(jié)的結(jié)構(gòu)體時(shí)，把8字節(jié)的數(shù)據(jù)拷貝進(jìn)隊(duì)列。

如果要傳輸1000字節(jié)的結(jié)構(gòu)體呢？寫(xiě)隊(duì)列時(shí)拷貝1000字節(jié)，讀隊(duì)列時(shí)再拷貝1000字節(jié)？不建議這么做，影響效率！

這時(shí)候，我們要傳輸?shù)氖沁@個(gè)巨大結(jié)構(gòu)體的地址：把它的地址寫(xiě)入隊(duì)列，對(duì)方從隊(duì)列得到這個(gè)地址，使用地址去訪問(wèn)那1000字節(jié)的數(shù)據(jù)。

使用地址來(lái)間接傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，這些數(shù)據(jù)放在RAM里，對(duì)于這塊RAM，要保證這幾點(diǎn)：

• RAM的所有者、操作者，必須清晰明了
  這塊內(nèi)存，就被稱為"共享內(nèi)存"。要確保不能同時(shí)修改RAM。比如，在寫(xiě)隊(duì)列之前只有由發(fā)送者修改這塊RAM，在讀隊(duì)列之后只能由接收者訪問(wèn)這塊RAM。
• RAM要保持可用
  這塊RAM應(yīng)該是全局變量，或者是動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存。對(duì)于動(dòng)然分配的內(nèi)存，要確保它不能提前釋放：要等到接收者用完后再釋放。另外，不能是局部變量。

FreeRTOS_10_queue_bigtransfer程序會(huì)創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列，然后創(chuàng)建1個(gè)發(fā)送任務(wù)、1個(gè)接收任務(wù)：

• 創(chuàng)建的隊(duì)列：長(zhǎng)度為1，用來(lái)傳輸"char *"指針
• 發(fā)送任務(wù)優(yōu)先級(jí)為1，在字符數(shù)組中寫(xiě)好數(shù)據(jù)后，把它的地址寫(xiě)入隊(duì)列
• 接收任務(wù)優(yōu)先級(jí)為2，讀隊(duì)列得到"char *"值，把它打印出來(lái)

這個(gè)程序故意設(shè)置接收任務(wù)的優(yōu)先級(jí)更高，在它訪問(wèn)數(shù)組的過(guò)程中，接收任務(wù)無(wú)法執(zhí)行、無(wú)法寫(xiě)這個(gè)數(shù)組。

main函數(shù)中創(chuàng)建了隊(duì)列、創(chuàng)建了發(fā)送任務(wù)、接收任務(wù)，代碼如下：

/* 定義一個(gè)字符數(shù)組 */
static char pcBuffer[100];


/* vSenderTask被用來(lái)創(chuàng)建2個(gè)任務(wù)，用于寫(xiě)隊(duì)列
 * vReceiverTask被用來(lái)創(chuàng)建1個(gè)任務(wù)，用于讀隊(duì)列
 */
static void vSenderTask( void *pvParameters );
static void vReceiverTask( void *pvParameters );

/*-----------------------------------------------------------*/

/* 隊(duì)列句柄, 創(chuàng)建隊(duì)列時(shí)會(huì)設(shè)置這個(gè)變量 */
QueueHandle_t xQueue;

int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
    /* 創(chuàng)建隊(duì)列: 長(zhǎng)度為1，數(shù)據(jù)大小為4字節(jié)(存放一個(gè)char指針) */
    xQueue = xQueueCreate( 1, sizeof(char *) );

	if( xQueue != NULL )
	{
		/* 創(chuàng)建1個(gè)任務(wù)用于寫(xiě)隊(duì)列
		 * 任務(wù)函數(shù)會(huì)連續(xù)執(zhí)行，構(gòu)造buffer數(shù)據(jù)，把buffer地址寫(xiě)入隊(duì)列
		 * 優(yōu)先級(jí)為1
		 */
		xTaskCreate( vSenderTask, "Sender", 1000, NULL, 1, NULL );

		/* 創(chuàng)建1個(gè)任務(wù)用于讀隊(duì)列
		 * 優(yōu)先級(jí)為2, 高于上面的兩個(gè)任務(wù)
		 * 這意味著讀隊(duì)列得到buffer地址后，本任務(wù)使用buffer時(shí)不會(huì)被打斷
		 */
		xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 2, NULL );

		/* 啟動(dòng)調(diào)度器 */
		vTaskStartScheduler();
	}
	else
	{
		/* 無(wú)法創(chuàng)建隊(duì)列 */
	}

	/* 如果程序運(yùn)行到了這里就表示出錯(cuò)了, 一般是內(nèi)存不足 */
	return 0;
}

發(fā)送任務(wù)的函數(shù)中，現(xiàn)在全局大數(shù)組pcBuffer中構(gòu)造數(shù)據(jù)，然后把它的地址寫(xiě)入隊(duì)列，代碼如下：

static void vSenderTask( void *pvParameters )
{
	BaseType_t xStatus;
	static int cnt = 0;
	
	char *buffer;

	/* 無(wú)限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		sprintf(pcBuffer, "www.100ask.net Msg %d\r\n", cnt++);
		buffer = pcBuffer; // buffer變量等于數(shù)組的地址, 下面要把這個(gè)地址寫(xiě)入隊(duì)列
		
		/* 寫(xiě)隊(duì)列
		 * xQueue: 寫(xiě)哪個(gè)隊(duì)列
		 * pvParameters: 寫(xiě)什么數(shù)據(jù)? 傳入數(shù)據(jù)的地址, 會(huì)從這個(gè)地址把數(shù)據(jù)復(fù)制進(jìn)隊(duì)列
		 * 0: 如果隊(duì)列滿的話, 即刻返回
		 */
		xStatus = xQueueSendToBack( xQueue, &buffer, 0 ); /* 只需要寫(xiě)入4字節(jié), 無(wú)需寫(xiě)入整個(gè)buffer */

		if( xStatus != pdPASS )
		{
			printf( "Could not send to the queue.\r\n" );
		}
	}
}

接收任務(wù)的函數(shù)中，讀取隊(duì)列、得到buffer的地址、打印，代碼如下：

static void vReceiverTask( void *pvParameters )
{
	/* 讀取隊(duì)列時(shí), 用這個(gè)變量來(lái)存放數(shù)據(jù) */
	char *buffer;
	const TickType_t xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS( 100UL );	
	BaseType_t xStatus;

	/* 無(wú)限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		/* 讀隊(duì)列
		 * xQueue: 讀哪個(gè)隊(duì)列
		 * &xReceivedStructure: 讀到的數(shù)據(jù)復(fù)制到這個(gè)地址
		 * xTicksToWait: 沒(méi)有數(shù)據(jù)就阻塞一會(huì)
		 */
		xStatus = xQueueReceive( xQueue, &buffer, xTicksToWait); /* 得到buffer地址，只是4字節(jié) */

		if( xStatus == pdPASS )
		{
			/* 讀到了數(shù)據(jù) */
			printf("Get: %s", buffer);
		}
		else
		{
			/* 沒(méi)讀到數(shù)據(jù) */
			printf( "Could not receive from the queue.\r\n" );
		}
	}
}

運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：

5.6 示例11: 郵箱(Mailbox)

本節(jié)代碼為：FreeRTOS_11_queue_mailbox。

FreeRTOS的郵箱概念跟別的RTOS不一樣，這里的郵箱稱為"櫥窗"也許更恰當(dāng)：

• 它是一個(gè)隊(duì)列，隊(duì)列長(zhǎng)度只有1
• 寫(xiě)郵箱：新數(shù)據(jù)覆蓋舊數(shù)據(jù)，在任務(wù)中使用xQueueOverwrite()，在中斷中使用xQueueOverwriteFromISR()。
  既然是覆蓋，那么無(wú)論郵箱中是否有數(shù)據(jù)，這些函數(shù)總能成功寫(xiě)入數(shù)據(jù)。
• 讀郵箱：讀數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)不會(huì)被移除；在任務(wù)中使用xQueuePeek()，在中斷中使用xQueuePeekFromISR()。
  這意味著，第一次調(diào)用時(shí)會(huì)因?yàn)闊o(wú)數(shù)據(jù)而阻塞，一旦曾經(jīng)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，以后讀郵箱時(shí)總能成功。

main函數(shù)中創(chuàng)建了隊(duì)列(隊(duì)列長(zhǎng)度為1)、創(chuàng)建了發(fā)送任務(wù)、接收任務(wù)：

• 發(fā)送任務(wù)的優(yōu)先級(jí)為2，它先執(zhí)行
• 接收任務(wù)的優(yōu)先級(jí)為1

代碼如下：

/* 隊(duì)列句柄, 創(chuàng)建隊(duì)列時(shí)會(huì)設(shè)置這個(gè)變量 */
QueueHandle_t xQueue;

int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
    /* 創(chuàng)建隊(duì)列: 長(zhǎng)度為1，數(shù)據(jù)大小為4字節(jié)(存放一個(gè)char指針) */
    xQueue = xQueueCreate( 1, sizeof(uint32_t) );

	if( xQueue != NULL )
	{
		/* 創(chuàng)建1個(gè)任務(wù)用于寫(xiě)隊(duì)列
		 * 任務(wù)函數(shù)會(huì)連續(xù)執(zhí)行，構(gòu)造buffer數(shù)據(jù)，把buffer地址寫(xiě)入隊(duì)列
		 * 優(yōu)先級(jí)為2
		 */
		xTaskCreate( vSenderTask, "Sender", 1000, NULL, 2, NULL );

		/* 創(chuàng)建1個(gè)任務(wù)用于讀隊(duì)列
		 * 優(yōu)先級(jí)為1
		 */
		xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 1, NULL );

		/* 啟動(dòng)調(diào)度器 */
		vTaskStartScheduler();
	}
	else
	{
		/* 無(wú)法創(chuàng)建隊(duì)列 */
	}

	/* 如果程序運(yùn)行到了這里就表示出錯(cuò)了, 一般是內(nèi)存不足 */
	return 0;
}

發(fā)送任務(wù)、接收任務(wù)的代碼和執(zhí)行流程如下：

• A：發(fā)送任務(wù)先執(zhí)行，馬上阻塞
• BC：接收任務(wù)執(zhí)行，這是郵箱無(wú)數(shù)據(jù)，打印"Could not …"。在發(fā)送任務(wù)阻塞過(guò)程中，接收任務(wù)多次執(zhí)行、多次打印。
• D：發(fā)送任務(wù)從阻塞狀態(tài)退出，立刻執(zhí)行、寫(xiě)隊(duì)列
• E：發(fā)送任務(wù)再次阻塞
• FG、HI、……：接收任務(wù)不斷"偷看"郵箱，得到同一個(gè)數(shù)據(jù)，打印出多個(gè)"Get: 0"
• J：發(fā)送任務(wù)從阻塞狀態(tài)退出，立刻執(zhí)行、覆蓋隊(duì)列，寫(xiě)入1
• K：發(fā)送任務(wù)再次阻塞
• LM、……：接收任務(wù)不斷"偷看"郵箱，得到同一個(gè)數(shù)據(jù)，打印出多個(gè)"Get: 1"

運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：