freeRTOS学习 — 消息队列

1、freeRTOS 的消息队列

freeRTOS中提供了任务之间互相通信的另外的一种手段——消息队列。它的作用主要有：
1）为了在任务与任务之间、任务与中断之间的通信而准备的，可以在任务与任务之间，任务与中断之间传递消息；
2）消息队列可以存储有限的、大小固定的数据项目；

它具有的特点有几个：
1）freeRTOS中的消息队列传递的是一个实际的数据，而不是数据的地址。在RTX、ucos-ii、ucos-iii中的消息队列传递的是消息的地址。
2）消息队列不属于某个特定的任务，任何的任务都可以向队列中发送消息，也可以从队列中提取消息。
3）消息队列所能容纳的最大的数据项目就是队列的长度。

2、freeRTOS的消息队列的管理

2.1、队列的出队方式 & 数据存储

通常的队列都是采取先进先出（FIFO）的存储缓冲机制方式，即往队列中发送消息的时候永远是先发到队列的尾部，而从队列中提取消息的时候是从头部提取的。同时freeRTOS也支持 后进先出（LIFO）的方式。
因为freeRTOS的消息队列传递的是实际的数据，所以数据发送到队列中会导致数据拷贝，会浪费一些时间。但是好处在于一旦消息被拷贝到了消息队列中，那么原始的数据缓冲区或者数据就可以删除或者改变，达到反复利用的效果。

2.2、队列的阻塞

队列阻塞的作用是在当任务从队列中获取消息的时候，所指定的一个等待时间。队列在出队和入队都是可以设置阻塞的。有三种阻塞的时间：
不等待：不等待直接执行之后的内容（为0不等待）；

定时等待：任务等待一个固定的时间间隔，可以为 0 ~ portMAX_DELAY；
一直等待：设置为 portMAX_DELAY 的时候，会一直等待。

3、freeRTOS的队列的实现示意

按照freeRTOS官方给出的队列的实现，它的链接如下：
http://www.freertos.org/Embedded-RTOS-Queues.html

官方的队列示意图如下：

3.1、消息队列的两种通信方式

4、freeRTOS 消息队列实现的API函数：

4.1、创建消息队列

函数原型：

QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, /* 消息个数 */
    			 UBaseType_t uxItemSize );  /* 每个消息大小，单位字节 */

函数描述：
函数 xQueueCreate 用于创建消息队列。
第 1 个参数是消息队列支持的消息个数。即队列长度。
第 2 个参数是每个消息的大小，单位字节。
返回值：如果创建成功会返回消息队列的句柄，失败会返回 NULL。

使用这个函数要注意以下问题：
1）FreeRTOS 的消息传递是数据的复制，而不是传递的数据地址，这点要特别注意。每一次传递都是
uxItemSize 个字节。
2.）uxItemSize：所要发送/接收的消息队列的总字节数。比如要发送10个消息，每个消息占4个字节，所以
uxItemSize = 4(byte) * 10(个) = 40 Byte

4.2、向消息队列中发送消息

1）任务向消息队列发送消息
函数原型：

BaseType_t xQueueSend(
    					QueueHandle_t xQueue,       /* 消息队列句柄 */
    					const void * pvItemToQueue, /* 要传递数据地址 */
    					TickType_t xTicksToWait     /* 等待消息队列有空间的最大等待时间 */
    	           	);

函数描述：
函数 xQueueSend 用于任务中消息发送。
第 1 个参数：是消息队列句柄。
第 2 个参数：要传递的数据地址，每次发送都是将消息队列创建函数 xQueueCreate 所指定的单个消息大
小复制到消息队列空间中。
第 3 个参数：是当消息队列已经满时，等待消息队列有空间时的最大等待时间，单位为系统时钟节拍。
返回值：如果消息成功发送返回 pdTRUE，否则返回errQUEUE_FULL。

使用这个函数要注意以下问题：
1）FreeRTOS 的消息传递是数据的复制，而不是传递的数据地址。

2）此函数是用于任务代码中调用的，故不可以在中断服务程序中调用此函数，中断服务程序中使用的是
xQueueSendFromISR。

3）如果消息队列已经满且第三个参数为 0，那么此函数会立即返回。

4）如果用户将 FreeRTOSConfig.h 文件中的宏定义INCLUDE_vTaskSuspend 配置为 1 且第三个参数配
置为 portMAX_DELAY，那么此发送函数会永久等待直到消息队列有空间可以使用。

5）消息队列还有两个函数 xQueueSendToBack 和 xQueueSendToFront，函数 xQueueSendToBack
实现的是 FIFO 方式的存取，函数 xQueueSendToFront 实现的是 LIFO 方式的读写。一般说的函
数 xQueueSend 等效于 xQueueSendToBack，即实现的是 FIFO 方式的存取。

2）中断中向消息队列发送消息
函数原型：

BaseType_t xQueueSendFromISR
(
    							QueueHandle_t xQueue, /* 消息队列句柄 */
    							const void *pvItemToQueue, /* 要传递数据地址 */
    							BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken /* 高优先级任务是否被唤醒的状态保存 */
    						);

函数描述：
函数 xQueueSendFromISR 用于中断服务程序中消息发送。
第 1 个参数：是消息队列句柄。
第 2 个参数：要传递数据地址，每次发送都是将消息队列创建函数 xQueueCreate 所指定的单个消息大
小复制到消息队列空间中。
第3个参数：用于保存是否有高优先级任务准备就绪。如果函数执行完毕后，此参数的数值是pdTRUE，
说明有高优先级任务要执行，否则没有。
返回值：如果消息成功发送返回 pdTRUE，否则返回 errQUEUE_FULL。

使用这个函数要注意以下问题：
1）FreeRTOS 的消息传递是数据的复制，而不是传递的数据地址。正因为这个原因，用户在创建消息队
列时单个消息大小不可太大，因为一定程度上面会增加中断服务程序的执行时间。

2）此函数是用于中断服务程序中调用的，不可以在任务代码中调用此函数，任务代码中使用的是
xQueueSend。

3）消息队列还有两个函数 xQueueSendToBackFromISR 和 xQueueSendToFrontFromISR，函数
xQueueSendToBackFromISR 实现的是 FIFO 方式的存取，函数 xQueueSendToFrontFromISR 实
现的是 LIFO 方式的读写。我们这里说的函数 xQueueSendFromISR 等效于
xQueueSendToBackFromISR，即实现的是 FIFO 方式的存取。

4.3、从消息队列中读取消息

1）任务中读取
函数原型：

BaseType_t xQueueReceive(
    						QueueHandle_t xQueue, /* 消息队列句柄 */
    						void *pvBuffer, /* 接收消息队列数据的缓冲地址 */
    						TickType_t xTicksToWait /* 等待消息队列有数据的最大等待时间 */
    		     		 );

函数描述：
函数 xQueueReceive 用于接收消息队列中的数据。
第 1 个参数：是消息队列句柄。
第 2 个参数：是从消息队列中复制出数据后所储存的缓冲地址，缓冲区空间要大于等于消息队列创建函
数 xQueueCreate 所指定的单个消息大小，否则取出的数据无法全部存储到缓冲区，从而造成内存溢
出。
第 3 个参数：是消息队列为空时，等待消息队列有数据的最大等待时间，单位系统时钟节拍。
返回值：如果接到到消息返回 pdTRUE，否则返回 pdFALSE。

使用这个函数要注意以下问题：
1）此函数是用于任务代码中调用的，故不可以在中断服务程序中调用此函数，中断服务程序使用的是
xQueueReceiveFromISR 。

2）如果消息队列为空且第三个参数为 0，那么此函数会立即返回。

3）如果将 FreeRTOSConfig.h 文件中的宏定义 INCLUDE_vTaskSuspend 配置为 1 且第三个参数配
置为 portMAX_DELAY，那么此函数会永久等待直到消息队列有数据。

2）中断中读取

BaseType_t  xQueueReceiveFromISR( QueueHandle_t xQueue,	//消息队列
 				       			   void * const pvBuffer,	//消息的存放位置
 				       			   BaseType_t * const pxHigherPriorityTaskWoken )

5、队列初始化函数

static void prvInitialiseNewQueue( const UBaseType_t uxQueueLength, //队列长度
    								const UBaseType_t uxItemSize,    //队列项目长度
        							uint8_t *pucQueueStorage, 	 //队列项目的存储区
            						const uint8_t ucQueueType, 	 //队列类型
               					Queue_t *pxNewQueue )		 //队列结构

6、队列复位

BaseType_t xQueueGenericReset( QueueHandle_t xQueue, BaseType_t xNewQueue )

消息队列举例：
创建两个任务，一个任务发送三个数据给另外一个任务，另一个任务接收并打印，循环发送，每次发送都对发送的数据增加后发送。代码如下：

1、创建消息队列
QueueHandle_t     NewQueue;	//消息队列
NewQueue  = xQueueCreate(3,sizeof(int)*3); //这一步非常重要，所需字节数 = 每个消息的字节数*队列长度

2、发送消息队列 && 接收消息队列
//task1任务函数 
void task1_task(void *pvParameters) //prio = 2
{

    u32 recStr[3] = {0};
    while(1)
    {
  
        xQueueReceive(NewQueue, recStr, 0);	//接收消息队列
        printf("Tx0 = %d Tx1 = %d Tx2 = %d\r\n",recStr[0],recStr[1],recStr[2]);
        LED1 ^= 1;
        vTaskDelay(200);   //延时n个时钟节拍	
    }
}

//task2任务函数  
void task2_task(void *pvParameters) //prio = 3
{

    u32 TxStr[3] = {0};
	while(1)
	{
        xQueueSend(NewQueue, TxStr, portMAX_DELAY);	//发送消息队列
        TxStr[0] ++;
        TxStr[1] += 5;
        TxStr[2] += 10;
        LED0 ^= 1;

        vTaskDelay(500);       //延时n个时钟节拍	
	}
}

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