FreeRTOS 消息队列详解

news2025/1/18 9:05:32

什么是队列？

消息队列特点

1. 数据入队出队方式

2. 数据传递方式

3. 多任务访问

4. 出队、入队阻塞

消息队列相关 API 函数

1. 创建队列

2. 写队列

3. 读队列

消息队列实操

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

3.设置按键引脚为输入，然后导出代码

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