注:本文摘自韦东山《FreeRTOS完全开发手册,如有侵权请告知》
同步与互斥的概念:
同步: A等待B做完某件事
互斥: 某一资源同一时间仅能有一个用户访问
RTOS同步与互斥的方式: 任务通知(task notification)、队列(queue)、事件组(event group)、信号量(semaphoe)、互斥量(mutex)等。
FreeRTOS使用拷贝值的方法:
局部变量的值可以发送到队列中,后续即使函数退出、局部变量被回收,也不会影响队列中的数据
无需分配buffer来保存数据,队列中有buffer
队列的空间有FreeRTOS内核分配,无需任务操心
传输大数据时可以使用结构体传输
对于有内存保护功能的系统,如果队列使用引用方法,必须确保双方任务对这个地址都有访问权限。
任务读写队列时,如果读写不成功,则阻塞;可以指定超时时间。如果队列有数据(有空间)了,则该阻塞的任务会变为就绪态。如果一直都没有数据(没有空间),则时间到之后它也会进入就绪态。
如果存在多个任务阻塞读取(写)队列数据,那么:
使用队列的流程:创建队列、写队列、读队列、删除队列
队列的创建有两种方法:动态分配内存、静态分配内存
/* 创建队列
* uxQueueLength: 队列长度,最多能存放多少个数据(item)
* uxItemSize: 每个数据(item)的大小:以字节为单位
* 返回值: 非0:成功,返回句柄,以后使用句柄来操作队列
* NULL:失败,因为内存不足
*/
QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize );
/* 创建队列
* uxQueueLength: 队列长度,最多能存放多少个数据(item)
* uxItemSize: 每个数据(item)的大小:以字节为单位
* pucQueueStorageBuffer:如果uxItemSize非0,pucQueueStorageBuffer必须指向一个uint8_t数组,
* 此数组大小至少为"uxQueueLength * uxItemSize"
* pxQueueBuffer:必须指向一个StaticQueue_t结构体,用来保存队列的数据结构
* 返回值: 非0:成功,返回句柄,以后使用句柄来操作队列
* NULL:失败,因为pxQueueBuffer为NULL
*/
QueueHandle_t xQueueCreateStatic(UBaseType_t uxQueueLength,
UBaseType_t uxItemSize,
uint8_t *pucQueueStorageBuffer,
StaticQueue_t *pxQueueBuffer);
队列刚被创建时,里面没有数据;使用过程中可以调用 xQueueReset() 把队列恢复为初始状态
/* pxQueue : 复位哪个队列
* 返回值: pdPASS(必定成功)
*/
BaseType_t xQueueReset(QueueHandle_t pxQueue);
删除队列的函数为 vQueueDelete() ,只能删除使用动态方法创建的队列,它会释放内存
/* xQueue : 删除哪个队列 */
void vQueueDelete( QueueHandle_t xQueue );
可以把数据写到队列头部,也可以写到尾部,这些函数有两个版本:在任务中使用、在ISR中使用。
/* 写队列
* xQueue: 队列句柄,要写哪个队列
* pvItemToQueue: 数据指针,这个数据的值会被复制进队列
* xTicksToWait:xTicksToWait表示阻塞的最大时间(Tick Count)
* 返回值: pdPASS:数据成功写入了队列
* errQUEUE_FULL:写入失败,因为队列满了
*/
/* 等同于xQueueSendToBack,往队列尾部写入数据,如果没有空间,阻塞时间为xTicksToWait */
BaseType_t xQueueSend(QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait);
/* 往队列尾部写入数据,此函数可以在中断函数中使用,不可阻塞 */
BaseType_t xQueueSendToBackFromISR(QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);
/* 往队列头部写入数据,如果没有空间,阻塞时间为xTicksToWait */
BaseType_t xQueueSendToFront(QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait);
/* 往队列头部写入数据,此函数可以在中断函数中使用,不可阻塞 */
BaseType_t xQueueSendToFrontFromISR(QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);
使用 xQueueReceive() 函数读队列,读到一个数据后,队列中该数据会被移除。这个函数有两个版
本:在任务中使用、在ISR中使用。
/* 读队列
* xQueue: 队列句柄,要读哪个队列
* pvBuffer: bufer指针,队列的数据会被复制到这个buffer
* xTicksToWait:xTicksToWait表示阻塞的最大时间(Tick Count)
* 返回值: pdPASS:从队列成功读出数据
* errQUEUE_EMPTY:读取失败,因为队列空了
*/
BaseType_t xQueueReceive(QueueHandle_t xQueue,
void * const pvBuffer,
TickType_t xTicksToWait );
BaseType_t xQueueReceiveFromISR(QueueHandle_t xQueue,
void *pvBuffer,
BaseType_t *pxTaskWoken);
查询队列中有多少个数据、有多少空余空间
/* 返回队列中可用数据的个数 */
UBaseType_t uxQueueMessagesWaiting( const QueueHandle_t xQueue );
/* 返回队列中可用空间的个数 */
UBaseType_t uxQueueSpacesAvailable( const QueueHandle_t xQueue );
当队列长度为1时,可以使用 xQueueOverwrite() 或 xQueueOverwriteFromISR() 来覆盖数据。
注意,队列长度必须为1(由于是覆盖,函数不会阻塞)
/* 覆盖队列
* xQueue: 写哪个队列
* pvItemToQueue: 数据地址
* 返回值: pdTRUE表示成功, pdFALSE表示失败
*/
BaseType_t xQueueOverwrite(QueueHandle_t xQueue, const void * pvItemToQueue);
BaseType_t xQueueOverwriteFromISR(QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);
如果想读取时不要移除数据可以使用"窥视",也就是 xQueuePeek() 或 xQueuePeekFromISR() 。这些函数会从队列中复制出数据,但是不移除数据。如果队列中没有数据,那么"偷看"时会导致阻塞;一旦队列中有数据,以后每次"偷看"都会成功。
/* 偷看队列
* xQueue: 偷看哪个队列
* pvItemToQueue: 数据地址, 用来保存复制出来的数据
* xTicksToWait: 没有数据的话阻塞一会
* 返回值: pdTRUE表示成功, pdFALSE表示失败
*/
BaseType_t xQueuePeek(QueueHandle_t xQueue,
void * const pvBuffer,
TickType_t xTicksToWait);
BaseType_t xQueuePeekFromISR(QueueHandle_t xQueue,void *pvBuffer);
当某个任务需要监听来自多个队列的数据时,可以使用队列集
/* 创建队列集
* uxEventQueueLength:队列集大小, =队列个数*size
* 返回值:非NULL:成功,返回句柄
* NULL:失败,因为没有足够内存
*/
QueueSetHandke_t xQueueCreatSet(const UBaseType_t uxEventQueueLength);
/* 加入队列集
* xQueueOrSemaphore:要添加的队列
* xQueueSet:加入哪个队列集
* 返回值:pdPASS表示成功, pdFAIL表示失败
*/
BaseType_t xQueueAddToSet(QueueSetMemberHandle_t xQueueOrSemaphore,
QueueSetHandle_t xQueueSet);
/* 从队列集中读取队列句柄
* xQueueSet:目标队列集
* xTicksToWait:等待时间
* 返回值:非NULL:包含数据的队列句柄
* NULL:无法从队列集中读取句柄
*/
QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSet(QueueSetHandle_t xQueueSet,
const TickType_t xTicksToWait);