队列的初识

news2024/11/19 17:23:33

Q: 什么是队列？

A: 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。

Q: 为什么不使用全局变量？

A: 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。

名词认识：

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

队列特点

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。

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。

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

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，假设此时队列已满无法入队, 阻塞时间就是等待入队的时间。

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

队列相关 API 函数

创建队列（动态）

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。

写队列

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。

读队列

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

实操演示

需求：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。

在 C:\mjm_CubeMX_proj 路径下，复制一份Cube的母版并重命名为：mjm_freeRTOS_queue：

打开相应的Cube文件：

1. 先设置两个按键的GPIO口：

2. 找到左侧的Middleware --> FREERTOS，然后在下方找到"Task and Queues":

2.1 创建两个任务：

2.2 创建一个队列：

上图代表，队列长度16，每个数据大小16个bit（双字节）

3. 在Keil中

3.1 打开freertos.c，可以看到Cube生成的生成队列和任务的代码：

同样的，上图中的 osMessageCreate() 函数也是Cube对于 xQueueCreate() 函数的封装。

3.2 代码编写：

在freertos.c中：

#include "stdio.h"

void StartTask_send(void const * argument)
{
	uint16_t buf = 100; //要写入队列的值
	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){ //按键消抖
				printf("KEY1 has been pressed\r\n");
				status = xQueueSend(myQueueHandle, &buf, 0); //Cube没有封装这个函数，直接调用“写队列”的函数
				if(status == pdTRUE){ //说明写入成功
					printf("data \"%d\" has been successfully written into queue\r\n",buf);
				}else{ //说明写入失败
					printf("fail to write data into queue\r\n");
				}			
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET); //等待按键松开，防止出现按钮一直按着，就一直删除创建任务			
		}
		osDelay(10);

  }
}


void StartTask_receive(void const * argument)
{
	uint16_t buf; //用来接收数据的变量
	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){ //按键消抖
				printf("KEY2 has been pressed\r\n");
				status = xQueueReceive(myQueueHandle, &buf, 0); //Cube没有封装这个函数，直接调用“读队列”的函数
				if(status == pdTRUE){ //说明读取成功
					printf("data\"%d\"has been read and deleted\r\n",buf);
				}else{ //说明读取失败
					printf("fail to read data from queue\r\n");
				}			
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET); //等待按键松开，防止出现按钮一直按着，就一直删除创建任务			
		}
		osDelay(10);
  }
}