代码收藏家 深入了解FreeRTOS中的消息队列（第三部分）
一.消息队列的基本概念
队列成为消息队列，可以进行任务与任务间，中断和任务间传递信息，实现任务接收来自其他任务或中断的不固定长度的消息，任务可以从队列中读取消息，当队列消息为空的时候，读取消息的任务将会被阻塞，但是可以设定等待阻塞任务的时候xTicksToWait(),当队列中有了新的信息，被阻塞的任务就会被唤醒去处理新的信息。当等待的时间超过指定的阻塞时间，且队列无有效信息，任务就会从阻塞态转为就绪态。
一个任务可以将多个消息放入任何一个消息队列，同时一个或者多个任务可以从消息队列中获得信息，当有多个信息发送到消息队列时，通常会把先放入消息队列给任务【先进先出原则】,但也支持后进先出。
二.消息队列的运作机制
创建消息队列freertos会给消息队列分配一块内存空间，这块内存大小等于消息队列控制块大小加上（单个消息的内存空间与消息队列长度的乘积），接着再初始化消息队列，此时消息队列为空。
系统会为队列控制块分配对应的内存空间，保存消息队列的一些信息，例如：头指针pcHead,尾指针pcTail,消息大小uxItemSize,队列长度uxLength等。
在创建成功的时候，内存已经被占用了，只有删除了消息队列，这段内存才会被释放掉。 消息空间可以存放不大于消息大小uxItemSize的任意类型数据，消息空间总数即是消息队列的长度。
主要分析：
当发送信息的时候，如果队列未满，则会将消息拷贝到队尾，否则，会根据用户指定的阻塞超过时间进行阻塞，如果队列一直不允许入队，任务则一直保持阻塞状态，等待队列允许入队，在这段时间，当别的任务从其他等待队列读入了数据（队列未满），任务将自动从阻塞态变为就绪态，当等待的时间超过阻塞时间，即使队列还不允许入队，任务也会从阻塞态变为就绪态，且发送信息的任务或者中断程序会收到一个错误码。
发送紧急消息：唯一的不同在于，消息会直接放在队头，这样接收者就可以优先接收到紧急消息，从而进行处理。
当任务读取一个队列的时候，可以指定一个阻塞时间，在这段时间，任务将保持阻塞状态来等待队列数据的有效，当其他任务或者中断程序往等待的队列写入了数据，任务将从阻塞态转为就绪态。或者当阻塞时间到了且队列中还是没有数据，任务也会从阻塞态转为就绪态。
三.消息队列的阻塞机制
一个任务A要读取队列中的信息：
三种选择：
·队列无消息，直接却干别的事情
·进入阻塞态，等待队列中来信息，当阻塞时间到了，任务转为就绪态，返回一个错误代码
·一直在阻塞态，直到队列中有信息
在中断中不允许带有阻塞机制的，所以需要调用在中断发送信息的API函数接口。
注意:当多个任务阻塞在一个消息队列中，这些阻塞的任务会按照任务的优先级进排序，优先级高的任务将优先获得访问队列的权利。
四.消息队列创建函数
1.创建队列
QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength,
UBaseType_t uxItemSize );
uxQueueLength：队列能够存储的最大消息单元数目，即队列长度
uxItemSize ：队列中消息单元的大小，以字节为单位。
eg. xQueueCreate(3,sizeof(int )*3) —>创建三个消息，大小为12字节
2.创建静态队列
QueueHandle_t xQueueCreateStatic(UBaseType_t uxQueueLength,
UBaseType_t uxItemSize,
uint8_t *pucQueueStorageBuffer,
StaticQueue_t *pxQueueBuffer );
uxQueueLength ：队列能够存储的最大单元数目，即队列深度。
uxItemSize ：队列中数据单元的长度，以字节为单位。
pucQueueStorageBuffer：
指针，指向一个
uint8_t
类型的数组，数组的大小至少uxQueueLength* uxItemSize 个字节。当
uxItemSize
为
0
时，pucQueueStorageBuffer 可以为
NULL
。pxQueueBuffer ：指针，指向 StaticQueue_t
类型的变量，该变量用于存储队列的数据结构。
3.发送消息到队列
BaseType_t xQueueSend(QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait);
xQueue ：队列句柄。
pvItemToQueue：
指针，指向要发送到队列尾部的队列消息。xTicksToWait：
队列满时，等待队列空闲的最大超时时间。如果队列满并 且
xTicksToWait
被设置成
0
，函数立刻返回。超时时间的单位为系统节拍周期，常量
portTICK_PERIOD_MS
用于辅助计算真实的时间，单位为
ms
。如果
INCLUDE_vTaskSuspend
设置成
1
，并且指定延时为
portMAX_DELAY
将导致任务挂起（没有超时）。
4.中断发送消息到队列
BaseType_t xQueueSendFromISR(QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);
xQueue :队列句柄。
pvItemToQueue :指针，指向要发送到队列尾部的消息。
pxHigherPriorityTaskWoken
如果入队导致一个任务解锁，并且解锁的任务优先级高于当前被中断的任务，则将
*pxHigherPriorityTaskWoken设置成
pdTRUE
，然后在中断退出前需要进行一次上下文切换， 去 执 行 被 唤醒 的 优 先 级 更高 的 任 务 。从
FreeRTOS V7.3.0
起，
pxHigherPriorityTaskWoken
作为一个可选参数，可以设置为
NULL
。
5.紧急任务发送消息到队头【不可以用在中断中】
BaseType_t xQueueSendToFront( QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait );
xQueue ：队列句柄。
pvItemToQueue ：
指针，指向要发送到队首的消息。xTicksToWait：
队列满时，等待队列空闲的最大超时时间。如果队列满并 且
xTicksToWait
被设置成
0
，函数立刻返回。超时时间的单位为系统节拍周期，常量
portTICK_PERIOD_MS
用于辅助计算真实的时间，单位为
ms
。如果
INCLUDE_vTaskSuspend
设置成
1
，并且指定延时为
portMAX_DELAY
将导致任务无限阻塞（没有超时）。xQueueSendToFrontFromISR() 【可以在中断中使用】
6.接收队列消息
BaseType_t xQueueReceive(QueueHandle_t xQueue,
void *pvBuffer,
TickType_t xTicksToWait);
xQueue ：队列句柄。
pvBuffer：指针，指向接收到要保存的数据。
xTicksToWait ：
队列空时，阻塞超时的最大时间。如果该参数设置为
0
，函数立刻返回。超时时间的单位为系统节拍周期，常量
portTICK_PERIOD_MS
用于辅助计算真实的时间，单位为
ms
。如果
INCLUDE_vTaskSuspend
设置成
1
，并且指定延时为
portMAX_DELAY
将导致任务无限阻塞（没有超时）。
7. 中断接收消息
BaseType_t xQueueReceiveFromISR(QueueHandle_t xQueue,
void *pvBuffer,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);
xQueue ：队列句柄。
pvBuffer：指针，指向接收到要保存的数据。
pxHigherPriorityTaskWoken ：
任务在往队列投递信息时，如果队列满，则任务将阻塞
在该队列上。如果
xQueueReceiveFromISR()
到账了一个任 务 解 锁 了 则将
*pxHigherPriorityTaskWoken
设 置为pdTRUE
， 否 则
*pxHigherPriorityTaskWoken
的 值将不变。从
FreeRTOS V7.3.0
起，
pxHigherPriorityTaskWoken作为一个可选参数，可以设置为
NULL
。
代码理解：
创建开始代码，设置任务1和任务2
//开始任务任务函数
void start_task(void *pvParameters)
{
taskENTER_CRITICAL(); //进入临界区
//创建消息队列
Key_Queue=xQueueCreate(KEYMSG_Q_NUM,sizeof(u8)); //创建消息Key_Queue
Message_Queue=xQueueCreate(MESSAGE_Q_NUM,USART_REC_LEN); //创建消息Message_Queue,队列项长度是串口接收缓冲区长度
//创建TASK1任务
xTaskCreate((TaskFunction_t )task1_task,
(const char* )"task1_task",
(uint16_t )TASK1_STK_SIZE,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )TASK1_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t* )&Task1Task_Handler);
//创建TASK2任务
xTaskCreate((TaskFunction_t )Keyprocess_task,
(const char* )"keyprocess_task",
(uint16_t )KEYPROCESS_STK_SIZE,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )KEYPROCESS_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t* )&Keyprocess_Handler);
vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务
taskEXIT_CRITICAL(); //退出临界区
}任务1发送按键状态到消息队列
void task1_task(void *pvParameters)
{
u8 key,i=0;
BaseType_t err;
while(1)
{
key=KEY_Scan(0); //扫描按键
if((Key_Queue!=NULL)&&(key)) //消息队列Key_Queue创建成功,并且按键被按下
{
err=xQueueSend(Key_Queue,&key,10);
if(err==errQUEUE_FULL) //发送按键值
{
printf("队列Key_Queue已满，数据发送失败!\r\n");
}
}
i++;
if(i%10==0) check_msg_queue();//检Message_Queue队列的容量
if(i==50)
{
i=0;
LED0=!LED0;
}
vTaskDelay(10); //延时10ms，也就是10个时钟节拍
}
}任务2接收队列中的按键消息
void Keyprocess_task(void *pvParameters)
{
u8 num,key;
while(1)
{
if(Key_Queue!=NULL)
{
if(xQueueReceive(Key_Queue,&key,portMAX_DELAY))//请求消息Key_Queue
{
switch(key)
{
case WKUP_PRES: //KEY_UP控制LED1
LED1=!LED1;
break;
case KEY0_PRES: //KEY0刷新LCD背景
num++;
LCD_Fill(126,111,233,313,lcd_discolor[num%14]);
break;
}
}
}
vTaskDelay(10); //延时10ms，也就是10个时钟节拍
}
}在串口1中断中将接收到的信息发送到消息队列，清零任务标志位以及数组内容【为下一次接收做准备】
//就向队列发送接收到的数据
if((USART_RX_STA&0x8000)&&(Message_Queue!=NULL))
{
xQueueSendFromISR(Message_Queue,USART_RX_BUF,&xHigherPriorityTaskWoken);//向队列中发送数据
USART_RX_STA=0;
memset(USART_RX_BUF,0,USART_REC_LEN);//清除数据接收缓冲区USART_RX_BUF,用于下一次数据接收
portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);//如果需要的话进行一次任务切换
}设置定时器在定时器中断中接收串口发送到队列的消息，将接收到的信息打印在LCD显示屏上
//定时器2中断服务函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
u8 *buffer;
BaseType_t xTaskWokenByReceive=pdFALSE;
BaseType_t err;
if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)==SET) //溢出中断
{
buffer=mymalloc(USART_REC_LEN);
if(Message_Queue!=NULL)
{
memset(buffer,0,USART_REC_LEN); //清除缓冲区
err=xQueueReceiveFromISR(Message_Queue,buffer,&xTaskWokenByReceive);//请求消息Message_Queue
if(err==pdTRUE) //接收到消息
{
disp_str(buffer); //在LCD上显示接收到的消息
}
}
myfree(buffer); //释放内存
portYIELD_FROM_ISR(xTaskWokenByReceive);//如果需要的话进行一次任务切换
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}作者：夜路难行々
