freeRtos學習筆記

freeRtos消息隊列

為什么要用消息隊列

消息隊列可以在任務與任務間，中斷與任務間傳遞信息。為什么不用全局數組？全局數組也可以傳遞信息，但是和消息隊列相比，消息隊列有一下優勢：

• 全局數組需要解決多任務訪問沖突，需要加臨界區保護
• 消息隊列可以實現超時機制
• 消息隊列可以實現FIFO和LIFO機制

消息隊列創建

QueueHandle_t xQueueCreate(UBaseType_t uxQueueLength, /* 消息個數 */UbaseType_t uxItemSize); /* 消息大小 單位字節 */

函數 xQueueCreate 用于創建消息隊列。

• 第 1 個參數是消息隊列支持的消息個數。
• 第 2 個參數是每個消息的大小， 單位字節。
• 返回值，如果創建成功會返回消息隊列的句柄，如果由于 FreeRTOSConfig.h 文件中 heap 大小不足，
  無法為此消息隊列提供所需的空間會返回 NULL。
  需要注意，消息隊列傳遞消息是消息本身被copy到消息隊列中，而不是傳遞指針,因此消息盡量不要太大，否則可能會影響實時性。

消息隊列刪除

void vQueueDelete(QueueHandle_t xQueue);

消息隊列刪除函數

• 第 1 個參數是消息隊列
• 注意，消息隊列刪除后，會釋放消息隊列的內存空間，但是如果刪除消息隊列時，有任務正在等待消息， 則不應
  該進行刪除操作

消息隊列發送

BaseType_t xQueueSend(QueueHandle_t xQueue, /* 消息隊列 */const void* pvItemToQueue, /* 要發送消息地址 */TickType_t xTicksToWait); /* 如果消息隊列已滿，等待超時時間 *//* 和xQueueSend函數作用相同，將消息添加在消息隊列尾部 */ BaseType_t xQueueSendToBack(QueueHandle xQueue, const void* pvItemToQueue,TickType_t xTicksToWait);/* 將消息添加在消息隊列頭部 */ BaseType_t xQueueSendToFront(QueueHandle_t xQueue,const void* pvItemToQueue,TickType_t xTicksToWait);/* 在中斷中發送消息，為了實時性，中斷中不應該存在堵塞或者延時，因此這里沒有發送超時參數 */ BaseType_t xQueueSendFromISR(QueueHandle_t xQueue, /* 消息隊列 */const void* pvItemToQueue, /* 要發送消息地址 */BaseType_t* pxHigherPriorityTaskWoken); /* 消息發送后，是否有更高級別的任務就緒 */BaseType_t xQueueSendToBackFromISR(QueueHandle_t xQueue, /* 消息隊列 */const void* pvItemToQueue, /* 要發送消息地址 */BaseType_t* pxHigherPriorityTaskWoken); /* 消息發送后，是否有更高級別的任務就緒 */BaseType_t xQueueSendToFrontFromISR(QueueHandle_t xQueue, /* 消息隊列 */const void* pvItemToQueue, /* 要發送消息地址 */BaseType_t* pxHigherPriorityTaskWoken); /* 消息發送后，是否有更高級別的任務就緒 */

消息隊列發送函數

• 第 1 個參數是消息隊列句柄。
• 第 2 個參數要傳遞數據地址，每次發送都是將消息隊列創建函數 xQueueCreate 所指定的單個消息大
  小復制到消息隊列空間中。
• 在任務中 第 3 個參數是當消息隊列已經滿時，等待消息隊列有空間時的最大等待時間，單位系統時鐘節拍。
• 在中斷中 第 3 個參數是消息發送后，是否有更高級別的任務就緒，如果有更高級別任務就緒(優先級更高的任務堵塞在消息接收上，這里發送了消息，導致任務從堵塞態轉變為就緒態)，則pxHigherPriorityTaskWoken變為pdTRUE,然后在中斷結束處調用taskYIELD()進行任務調度。
• 返回值， 如果消息成功發送返回 pdTRUE，否則返回 pdFALSE
  使用消息隊列函數要注意以下問題：

FreeRTOS 的消息傳遞是數據的復制，而不是傳遞的數據地址。

用于任務代碼中調用的和在中斷服務程序中調用的函數不同，需要注意區分， 中斷服務程序中使用的是FromISR結尾的。

任務代碼中，如果消息隊列已經滿且第三個參數為 0， 那么此函數會立即返回。

任務代碼中，如果用戶將第三個參數配置為 portMAX_DELAY， 那么此發送函數會永久等待直到消息隊列有空間可以使用。

消息隊列發送函數 xQueueSendToBack 和 xQueueSend是一樣的，實現的是 FIFO 方式的存取，函數 xQueueSendToFront 實現的是 LIFO 方式的讀寫。

消息隊列接收

BaseType_t xQueueReceive(QueueHandle_t xQueue, /* 消息隊列 */void* pvBuffer, /* 接收消息緩沖區 */TickType_t xTicksToWait); /* 如果消息隊列為空，等待超時時間 */BaseType_t xQueueReceiveFromISR(QueueHandle_t xQueue, /* 消息隊列 */void* pvBuffer, /* 接收消息緩沖區 */BaseType_t pxHigherPriorityTaskWoken); /* 消息接收后，是否有更高級別的任務就緒 */

消息隊列接收函數

• 第 1 個參數是消息隊列句柄。
• 第 2 個參數消息接收地址，每次接收都是將消息隊列創建函數 xQueueCreate 所指定的單個消息大
  小復制到消息接收地址中。
• 在任務中 第 3 個參數是當消息隊列為空時，等待消息隊列有消息的最大等待時間，單位系統時鐘節拍。
• 在中斷中 第 3 個參數是消息接收后，是否有更高級別的任務就緒，如果有更高級別任務就緒(消息隊列已滿，且有優先級更高的任務堵塞在消息發送上，這里接收了消息，導致該任務從堵塞態轉變為就緒態)，則pxHigherPriorityTaskWoken變為pdTRUE,然后在中斷結束處調用taskYIELD()進行任務調度。
• 返回值， 如果接到到消息返回 pdTRUE，否則返回 pdFALSE。
  使用消息隊列函數要注意以下問題：

FreeRTOS 的消息傳遞是數據的復制，而不是傳遞的數據地址。

用于任務代碼中調用的和在中斷服務程序中調用的函數不同，需要注意區分， 中斷服務程序中使用的是FromISR結尾的。

任務代碼中，如果消息隊列已經滿且第三個參數為 0， 那么此函數會立即返回。

任務代碼中，如果用戶將第三個參數配置為 portMAX_DELAY， 那么此接收函數會永久等待直到消息隊列有消息可以使用。

消息隊列覆蓋式發送

BaseType_t xQueueOverWrite(QueueHandle_t xQueue, /* 消息隊列 */const void* pvItemToQueue); /* 要發送消息地址 */BaseType_t xQueueOverWriteFromISR(QueueHandle_t xQueue, /* 消息隊列 */const void* pvItemToQueue, /* 要發送消息地址 */BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken); /* 消息發送后，是否有更高級別的任務就緒 */

消息隊列覆蓋式發送函數

• 第 1 個參數是消息隊列句柄。
• 第 2 個參數要傳遞數據地址，每次發送都是將消息隊列創建函數 xQueueCreate 所指定的單個消息大
  小復制到消息隊列空間中。
• 在中斷中 第 3 個參數是消息發送后，是否有更高級別的任務就緒，如果有更高級別任務就緒(優先級更高的任務堵塞在消息接收上，這里發送了消息，導致任務從堵塞態轉變為就緒態)，則pxHigherPriorityTaskWoken變為pdTRUE,然后在中斷結束處調用taskYIELD()進行任務調度。
• 返回值， 只返回 pdTRUE
  使用消息隊列函數要注意以下問題：

FreeRTOS 的消息傳遞是數據的復制，而不是傳遞的數據地址。

用于任務代碼中調用的和在中斷服務程序中調用的函數不同，需要注意區分， 中斷服務程序中使用的是FromISR結尾的。

和普通的消息隊列發送函數相比，覆蓋式發送函數需要在消息隊列在創建時，消息個數一定要是1.在寫入的時候會直接寫入覆蓋當前數據，不會檢查消息隊列是否已滿。

消息隊列消息預讀取

BaseType_t xQueuePeek(QueueHandle_t xQueue,void *pvBuffer,TickType_t xTicksToWait);BaseType_t xQueuePeekFromISR(QueueHandle_t xQueue,void *pvBuffer);

消息隊列預讀取函數

• 第 1 個參數是消息隊列句柄。
• 第 2 個參數消息接收地址，每次接收都是將消息隊列創建函數 xQueueCreate 所指定的單個消息大
  小復制到消息接收地址中。
• 在任務中 第 3 個參數是當消息隊列為空時，等待消息隊列有消息的最大等待時間，單位系統時鐘節拍。
• 返回值， 如果接到到消息返回 pdTRUE，否則返回 pdFALSE。
  使用消息隊列預讀取函數要注意以下問題：

FreeRTOS 的消息傳遞是數據的復制，而不是傳遞的數據地址。

用于任務代碼中調用的和在中斷服務程序中調用的函數不同，需要注意區分， 中斷服務程序中使用的是FromISR結尾的。

任務代碼中，如果消息隊列已經滿且第三個參數為 0， 那么此函數會立即返回。

任務代碼中，如果用戶將第三個參數配置為 portMAX_DELAY， 那么此接收函數會永久等待直到消息隊列有消息可以使用。

和消息隊列接收函數 xQueueReceive 相比，消息隊列預讀取函數只會將消息復制到消息接收緩沖區，并不會刪除消息隊列中的消息。

獲取消息隊列消息個數

/* 獲取消息隊列中可用消息個數 */ UBaseType_t uxQueueMessagesWaiting(const QueueHandle_t xQueue); UBaseType_t uxQueueMessagesWaitingFromISR(const QueueHandle_t xQueue);/* 獲取消息隊列剩余空間 */ UBaseType_t uxQueueSpacesAvailable( const QueueHandle_t xQueue );/* 獲取消息隊列是否為空 */ BaseType_t xQueueIsQueueEmptyFromISR( const QueueHandle_t pxQueue );/* 獲取消息隊列是否已滿 */ BaseType_t xQueueIsQueueFullFromISR( const QueueHandle_t pxQueue );

消息隊列集

隊列集提供了一種機制，允許RTOS任務同時阻止（掛起）來自多個RTOS隊列或信號量的讀取操作。

/* 創建消息隊列集 參數：uxEventQueueLength 隊列設置存儲在集合中包含的隊列和信號量上的事件。 uxEventQueueLength指定一次可以排隊的最大事件數。為了絕對確定事件沒有丟失，必須將uxEventQueueLength設置為添加到集合的隊列長度的總和，其中二進制信號量和互斥量的長度為1，計數信號量的長度由其最大計數值設置。例如：如果隊列集要保存長度為5的隊列，另一個長度為12的隊列和一個二進制信號量，則uxEventQueueLength應設置為（5 + 12 + 1）。如果隊列集要保存三個二進制信號量，則uxEventQueueLength應設置為（1 + 1 + 1）。如果隊列集要保存最大計數為5的計數信號量，以及最大計數為3的計數信號量，則uxEventQueueLength應設置為（5 + 3）。 返回：如果成功創建了隊列集，則返回創建的隊列集的句柄。否則返回NULL。*/ QueueSetHandle_t xQueueCreateSet( const UBaseType_t uxEventQueueLength );/* 將消息隊列或者信號量添加到消息隊列集中 */ BaseType_t xQueueAddToSet( QueueSetMemberHandle_t xQueueOrSemaphore,QueueSetHandle_t xQueueSet );/* 獲取消息隊列集中哪一個IPC接收到了信號 */ QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSet( QueueSetHandle_t xQueueSet,const TickType_t xTicksToWait );QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSetFromISR( QueueSetHandle_t xQueueSet );

先使用xQueueCreateSet()創建隊列集，然后使用xQueueAddToSet()將標準FreeRTOS隊列和信號量添加到集合中。最后使用xQueueSelectFromSet（）來確定集合中包含的隊列或信號量中的哪一個（如果有）處于隊列讀取或信號量獲取操作成功的狀態。

注意：
將隊列和信號量添加到隊列集時，它們必須為空。
添加到隊列集的每個隊列中的每個空間都需要額外的4個字節的RAM。因此，不應將最大計數值較高的計數信號量添加到隊列集。

/* 下面是一個使用例子 *//* 消息隊列長度. */ #define QUEUE_LENGTH_1 10 #define QUEUE_LENGTH_2 10/* 二值信號量長度. */ #define BINARY_SEMAPHORE_LENGTH 1/* 消息隊列數據類型 */ #define ITEM_SIZE_QUEUE_1 sizeof( uint32_t ) #define ITEM_SIZE_QUEUE_2 sizeof( something_else_t )/* 消息隊列集長度. */ #define COMBINED_LENGTH ( QUEUE_LENGTH_1 + QUEUE_LENGTH_2 + BINARY_SEMAPHORE_LENGTH )void vAFunction( void ) {static QueueSetHandle_t xQueueSet;QueueHandle_t xQueue1, xQueue2, xSemaphore;QueueSetMemberHandle_t xActivatedMember;uint32_t xReceivedFromQueue1;something_else_t xReceivedFromQueue2;/* 創建消息隊列集 */xQueueSet = xQueueCreateSet( COMBINED_LENGTH );/* 創建消息隊列 */xQueue1 = xQueueCreate( QUEUE_LENGTH_1, ITEM_SIZE_QUEUE_1 );xQueue2 = xQueueCreate( QUEUE_LENGTH_2, ITEM_SIZE_QUEUE_2 );/* 創建二值信號量. */xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();/* 將消息隊列和二值信號量添加到隊列集中. */xQueueAddToSet( xQueue1, xQueueSet );xQueueAddToSet( xQueue2, xQueueSet );xQueueAddToSet( xSemaphore, xQueueSet );for( ;; ){/* 等待隊列集中有可以信號 隊列集中任意一消息隊列或者二值信號量有消息即可 堵塞時間200ms */xActivatedMember = xQueueSelectFromSet( xQueueSet, pdMS_TO_TICKS( 200 ) );/* 根據隊列集返回信息，分別對隊列集中不同IPC接收到消息進行處理 */if( xActivatedMember == xQueue1 ){xQueueReceive( xActivatedMember, &xReceivedFromQueue1, 0 );vProcessValueFromQueue1( xReceivedFromQueue1 );}else if( xActivatedQueue == xQueue2 ){xQueueReceive( xActivatedMember, &xReceivedFromQueue2, 0 );vProcessValueFromQueue2( &xReceivedFromQueue2 );}else if( xActivatedQueue == xSemaphore ){xSemaphoreTake( xActivatedMember, 0 );vProcessEventNotifiedBySemaphore();break;}else{/* 200ms堵塞處理. */}} }

本文參考 freertos官方文檔 https://freertos.org/a00110.html
《安富萊 STM32-V6 開發板 FreeRTOS 教程》

總結

以上是生活随笔為你收集整理的freeRtos学习笔（4）消息队列的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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