鸿蒙Hi3861学习十-Huawei LiteOS-M（消息队列）

news2024/12/29 10:11:11

一、简介

        消息队列，是一种常用于任务间通信的数据结构，实现了接收来自任务或中断的不固定长度的消息，并根据不同的接口选择传递消息是否存放在自己空间。任务能够从队列里面读取消息，当队列中的消息是空时，挂起读取任务；当队列中有新消息时，挂起的读取任务被唤醒并处理新消息。

        用户在处理业务时，消息队列提供了异步处理机制，允许将一个消息放在队列，但并不立即处理，同时队列还能起到缓冲消息的作用。

        LiteOS中使用队列数据结构实现任务异步通信工作，具有如下特性：

  • 消息以先进先出方式排队，支持异步读写工作方式
  • 读队列和写队列都支持超时机制
  • 发送消息类型由通信双方约定，可以允许不同长度（不超过队列节点最大值）的消息。
  • 一个任务能够从任意一个消息队列接收和发送消息
  • 单个任务能够从同一个消息队列接收和发送消息
  • 当队列使用结束后，如果是动态申请的内存，需要通过释放内存函数进行内存回收。

        更多队列概念，请参考如下链接：FreeRTOS学习四（队列）_xqueuesendtobackfromisr_t_guest的博客-CSDN博客

Message Queue

二、 运作机制

        创建队列时，根据用户传入队列长度和消息节点大小来开辟相应的内存空间，以供该队列使用，返回队列ID。

        在队列控制块中维护一个消息头字节位置Head和一个消息尾节点位置Tail来表示当前队列中消息存储情况。Head表示队列中被占用消息的起始位置。Tail表示队列中空闲消息的起始位置。队列刚创建时，Head和Tail均指向队列起始位置。

        写队列时，根据Tail找到被占用消息节点末尾的空闲节点，作为数据写入对象。

        读队列时，根据Head找到最先写入队列中的消息节点进行读取。

        删除队列时，根据传入的队列ID寻找到对应的队列，把队列状态置为未使用，释放原队列所占用的空间。对应的队列控制头置为初始状态。

三、API介绍

      osMessageQueueNew

        函数功能：

        创建队列。不能在中断中使用。

        函数原型：

osMessageQueueId_t osMessageQueueNew(uint32_t msg_count, uint32_t msg_size, const osMessageQueueAttr_t *attr)

        参数：

        msg_count：队列元素总个数

        msg_size：队列单个元素大小

        attr：属性，自定义地址时使用。默认为NULL

        返回值：

        NULL：失败

        其他：队列标识符

        实例：

typedef struct
{
  char *Buf;
  uint32_t len;
  uint32_t Idx;
} MSGQUEUE_OBJ_t;

osMessageQueueId_t mid_MsgQueue;   

mid_MsgQueue = osMessageQueueNew(MSGQUEUE_OBJECTS, sizeof(MSGQUEUE_OBJ_t), NULL);

      osMessageQueuePut

        函数功能：

        数据入队。如果队列满，则挂起，直到队列空余或超时。如果超时时间为0，可以在中断中使用。

        函数原型：

osStatus_t osMessageQueuePut(osMessageQueueId_t mq_id, const void *msg_ptr, uint8_t msg_prio, uint32_t timeout)

        参数：

        mq_id：队列标识符。队列创建osMessageQueueNew时获得。

        msg_ptr：入队的数据地址

        msg_prio：入队数据的优先级，优先级高，可有限被读出。

        timeout：入队超时等待时间。osWaitForever死等

        返回值：

        osOK：成功

        其他值：失败

        实例：

osMessageQueueId_t mid_MsgQueue;   

typedef struct
{
  char *Buf;
  uint32_t len;
  uint32_t Idx;
} MSGQUEUE_OBJ_t;

MSGQUEUE_OBJ_t msg;

msg.Buf = "this is a queue test";
msg.Idx = 0U;
msg.len = strlen(msg.Buf);
osMessageQueuePut(mid_MsgQueue, &msg, 0U, 0U);

      osMessageQueueGet

        函数功能：

        数据出队，如果队列空，则挂起，直到队列非空或超时。如果超时为0，可以在中断中调用。

        函数原型：

osStatus_t osMessageQueueGet(osMessageQueueId_t mq_id, void *msg_ptr, uint8_t *msg_prio, uint32_t timeout)

        参数：

        mq_id：队列标识符。队列创建osMessageQueueNew时获得。

        msg_ptr：入队的数据地址

        msg_prio：入队数据的优先级，优先级高，可有限被读出。

        timeout：入队超时等待时间。osWaitForever死等

        返回值：

        osOK：成功

        其他值：失败

        实例：

typedef struct
{
  char *Buf;
  uint32_t len;
  uint32_t Idx;
} MSGQUEUE_OBJ_t;

osMessageQueueId_t mid_MsgQueue;   
osStatus_t status;
MSGQUEUE_OBJ_t msg;

status = osMessageQueueGet(mid_MsgQueue, &msg, NULL, osWaitForever);

      osMessageQueueGetMsgSize

        函数功能：

        获取每个队列元素的大小。可以在中断中使用。

        函数原型：

uint32_t osMessageQueueGetMsgSize(osMessageQueueId_t mq_id)

        参数：

        mq_id：队列标识符。队列创建osMessageQueueNew时获得。

        返回值：

        每个队列元素的大小

        实例：

osMessageQueueId_t mid_MsgQueue;   
osMessageQueueGetMsgSize(mid_MsgQueue);

      osMessageQueueGetCount

        函数功能：

        获取已经入队元素的个数。可以在中断中调用。

        函数原型：

uint32_t osMessageQueueGetCount(osMessageQueueId_t mq_id)

        参数：

        mq_id：队列标识符。队列创建osMessageQueueNew时获得。

        返回值：

        已经入队元素的个数

        实例：

osMessageQueueId_t mid_MsgQueue;   
osMessageQueueGetCount(mid_MsgQueue);

      osMessageQueueGetSpace

        函数功能：

        获取队列中空闲元素个数。可以在中断中调用。

        函数原型：

uint32_t osMessageQueueGetSpace(osMessageQueueId_t mq_id)

        参数：

        mq_id：队列标识符。队列创建osMessageQueueNew时获得。

        返回值：

        队列中空闲元素的个数

        实例：

osMessageQueueId_t mid_MsgQueue;   
osMessageQueueGetSpace(mid_MsgQueue);

      osMessageQueueGetCapacity

        函数功能：

        获取队列中元素总个数。可以在中断中调用。

        函数原型：

uint32_t osMessageQueueGetCapacity(osMessageQueueId_t mq_id)

        参数：

        mq_id：队列标识符。队列创建osMessageQueueNew时获得。

        返回值：

        队列中元素总个数

        实例：

osMessageQueueId_t mid_MsgQueue;   
osMessageQueueGetCapacity(mid_MsgQueue);

四、实例

        这里创建两个任务，一个任务操作数据入队，一个任务操作数据出队。并实时监控队列状态。其中，出队的任务操作比入队慢，所以一定会队列满。

#define LOG_I(fmt, args...)   printf("<%8ld> - [QUEUE]:"fmt"\r\n",osKernelGetTickCount(),##args);
#define LOG_E(fmt, args...)   printf("<%8ld>-[QUEUE_ERR]>>>>>>>>>>>>:"fmt"\r\n",osKernelGetTickCount(), ##args);

#define MSGQUEUE_OBJECTS 16

typedef struct
{
  char *Buf;
  uint32_t len;
  uint32_t Idx;
} MSGQUEUE_OBJ_t;

osMessageQueueId_t mid_MsgQueue;   

void Thread_MsgQueue1(void *argument)
{
  (void)argument;
  MSGQUEUE_OBJ_t msg;

  static char temp_data[] = "this is a queue test";
  msg.Buf = NULL;
  msg.Idx = 0U;

  LOG_I("each element  %d Byte",osMessageQueueGetMsgSize(mid_MsgQueue));
  while (1)
  {
        msg.Buf = temp_data;
        msg.len = sizeof(temp_data);
        msg.Idx++;
        LOG_I("[enqueue]-111queued:%ld elements,left:%ld elements,total:%ld",osMessageQueueGetCount(mid_MsgQueue),osMessageQueueGetSpace(mid_MsgQueue),osMessageQueueGetCapacity(mid_MsgQueue));
        osMessageQueuePut(mid_MsgQueue, &msg, 0U, 0U);
        LOG_I("[enqueue]-222queued:%ld elements,left:%ld elements,total:%ld",osMessageQueueGetCount(mid_MsgQueue),osMessageQueueGetSpace(mid_MsgQueue),osMessageQueueGetCapacity(mid_MsgQueue));

        osThreadYield();
        osDelay(50);
  }
}

void Thread_MsgQueue2(void *argument)
{
  (void)argument;
  osStatus_t status;
  MSGQUEUE_OBJ_t msg;
  while (1)
  {
    LOG_I("[dequeue]-111queued:%ld elements,left:%ld elements,total:%ld",osMessageQueueGetCount(mid_MsgQueue),osMessageQueueGetSpace(mid_MsgQueue),osMessageQueueGetCapacity(mid_MsgQueue));
    status = osMessageQueueGet(mid_MsgQueue, &msg, NULL, osWaitForever);
    LOG_I("[dequeue]-222queued:%ld elements,left:%ld elements,total:%ld",osMessageQueueGetCount(mid_MsgQueue),osMessageQueueGetSpace(mid_MsgQueue),osMessageQueueGetCapacity(mid_MsgQueue));
    if (status == osOK)
    {
       LOG_I("Message Queue Get msg:%d,len:%d-%s\n", msg.Idx,msg.len,msg.Buf);
    }
    osDelay(100);
  }
}

void app_queue_init(void)
{
    mid_MsgQueue = osMessageQueueNew(MSGQUEUE_OBJECTS, sizeof(MSGQUEUE_OBJ_t), NULL);
    if (mid_MsgQueue == NULL)
    {
        LOG_E("Falied to create Message Queue!\n");
    }

    osThreadAttr_t attr;

    attr.attr_bits = 0U;
    attr.cb_mem = NULL;
    attr.cb_size = 0U;
    attr.stack_mem = NULL;
    attr.stack_size = 1024 * 10;
    attr.priority = 25;

    attr.name = "Thread_MsgQueue1";
    if (osThreadNew(Thread_MsgQueue1, NULL, &attr) == NULL)
    {
        LOG_E("Falied to create Thread_MsgQueue1!\n");
    }
    attr.name = "Thread_MsgQueue2";
    if (osThreadNew(Thread_MsgQueue2, NULL, &attr) == NULL)
    {
        LOG_E("Falied to create Thread_MsgQueue2!\n");
    }
}

        看结果：

         可以看到，队列入队和出队正常运行，且因为入队比出队快，所以队列中空闲元素越来越少。

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