【实战】STM32 FreeRTOS移植系列教程5：FreeRTOS消息队列
写在前面：
本文章为《STM32MP157开发教程之FreeRTOS操作系统篇》系列中的一篇，笔者使用的开发平台为华清远见FS-MP1A开发板（STM32MP157开发板）。stm32mp157是ARM双核，2个A7核，1个M4核，A7核上可以跑Linux操作系统，M4核上可以跑FreeRTOS、RT-Thread等实时操作系统，STM32MP157开发板所以既可以学嵌入式linux，也可以学stm32单片机。
针对FS-MP1A开发板，除了FreeRTOS操作系统篇外，还包括其他多系列教程，包括Cortex-A7开发篇、Cortex-M4开发篇、扩展板驱动移植篇、Linux应用开发篇、Linux系统移植篇、Linux驱动开发篇、硬件设计篇、人工智能机器视觉篇、Qt应用编程篇、Qt综合项目实战篇等。欢迎关注，更多stm32mp157开发教程及视频，可加技术交流Q群459754978，感谢关注。
FS-MP1A开发板详情介绍：https://item.taobao.com/item.htm?id=622457259672
2.FreeRTOS队列
2.1队列简介
队列可以用于任务与任务、任务与中断之间的通信，在任务与任务、任务与中断之间传递数据，队列中可以存储有限的、大小固定的数据项目。
一般情况下，队列采用先进先出(FIFO)的存储机制，也就是说先发送进队列的数据先被提取，当然也可以使用先进后出(LIFO)的存储缓冲，FreeRTOS中提供了两种存储缓冲机制。
队列不属于某个特定的任务，对于所有任务都可以向任务中发送数据，也可以从任务中提取数据。队列函数
2.2.1 创建队列
创建事件标志组的函数有两个，分别如下：
xQueueCreate()，此函数用于动态创建队列，所需要的内存通过动态内存管理方法分配，此函数是个宏，真正完成队列创建的函数时xQueueGenericCreate()。函数原型如下：
QueueHandle_t xQueueCreate(UBaseType_t uxQueueLength,
UBaseType_t uxItemSize)
参数：
uxQueueLength： 要创建的队列的队列长度，这里是队列的项目数。
uxItemSize： 队列中每个项目(消息)的长度，单位为字节。
返回值：
NULL： 队列创建失败。
其他值：创建成功的队列返回的队列句柄。
xQueueCreate Static()，此函数为静态方法创建队列，所需要的内存通过用户自行分配，此函数也是个宏，最终调用的是函数xQueueGenericCreateStatic()。其函数原型如下：
QueueHandle_t xQueueCreateStatic(UBaseType_t uxQueueLength,
UBaseType_t uxItemSize,
uint8_t* pucQueueStorageBuffer,
StaticQueue_t* pxQueueBuffer)
参数：
uxQueueLength： 要创建的队列的队列长度，这里是队列的项目数。
uxItemSize： 队列中每个项目(消息)的长度，单位为字节
pucQueueStorage: 指向队列项目的存储区，也就是消息的存储区，这个存储区需要
用户自行分配。此参数必须指向一个 uint8_t 类型的数组。这个
存储区要大于等于(uxQueueLength * uxItemsSize)字节。
pxQueueBuffer: 此参数指向一个 StaticQueue_t 类型的变量，用来保存队列结构体。
返回值：
NULL： 队列创建失败。
其他值：创建成功的队列返回的队列句柄。
2.2.2 向队列发送消息
队列创建好以后便可以向其中发送消息，FreeRTOS提供的向队列中发送消息的API函数有8个，分别如下：
函数xQueueSend()、xQueueSendToBcck()和xQueueSendToFront()
此三个函数都用于向队列中发送消息，函数本质都是宏，其中xQueueSend()和xQueueSendToBcck()都是将消息添加到队列的后面，xQueueSendToFront()是将消息添加到队列的前面，这三个函数最终调用的同一个函数：xQueueGenericSend()，都只能用于任务函数中，其函数原型分别如下：
BaseType_t xQueueSend( QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait)
BaseType_t xQueueSendToBack(QueueHandle_t xQueue,
const void* pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait)
BaseType_t xQueueSendToFront(QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait)
参数：
xQueue： 队列句柄，指明要向哪个队列发送数据，创建队列成功以后会
返回此队列的队列句柄。
pvItemToQueue： 指向要发送的消息，发送时候会将这个消息拷贝到队列中。
xTicksToWait： 阻塞时间，此参数指示当队列满的时候任务进入阻塞态等待队
列空闲的最大时间。
返回值：
pdPASS： 向队列发送消息成功。
ErrQUEUE_FULL： 队列已满，消息发送失败
函数xQueueOverwrite()，此函数同样用于向队列中发送数据，但当队列满了以后会覆写掉旧的数据，不管此数据有没有被其他任务或中断取走，同样此函数也是宏，最终调用的也是函数xQueueGenericSend()，其函数原型如下：
BaseType_t xQueueOverwrite( QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue)
参数：
xQueue： 队列句柄，指明要向哪个队列发送数据，创建队列成功以后会
返回此队列的队列句柄。
pvItemToQueue： 指向要发送的消息，发送的时候会将这个消息拷贝到队列中。
返回值：
pdPASS： 向队列发送消息成功，此函数也只会返回 pdPASS！因为此函数执行过程中
不在乎队列满不满，满了的话就覆写掉旧的数据，总之肯定能成功。
函数xQueueGenericSend()，前面所有任务级入队函数最终调用的都是此函数，其函数原型如下：
BaseType_t xQueueGenericSend (QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait,
const BaseType_t xCopyPosition)
参数：
xQueue： 队列句柄，指明要向哪个队列发送数据，创建队列成功以后会
返回此队列的队列句柄。
pvItemToQueue： 指向要发送的消息，发送的时候会将这个消息拷贝到队列中。
xTicksToWait： 阻塞时间。
xCopyPosition： 入队方式，总共有三种
queueSEND_TO_BACK： 后向入队
queueSEND_TO_FRONT： 前向入队
queueOVERWRITE： 覆写入队。
返回值：
pdTRUE： 向队列发送消息成功。
errQUEUE_FULL： 队列已满，消息发送失败
函数xQueueSendFromISR()、xQueueSendToBcckFromISR ()、
xQueueSendToFrontFromISR ()
这三个函数用于中断服务函数中向队列发送消息，分别为之前三个向队列发送消息函数的中断版本，函数本质上也是宏，最终调用的是同一个函数xQueueGenericSendFromISR()，函数原型分别如下：
BaseType_t xQueueSendFromISR( QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken)
BaseType_t xQueueSendToBackFromISR(QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken)
BaseType_t xQueueSendToFrontFromISR(QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken)
参数：
xQueue： 队列句柄，指明要向哪个队列发送数据，创建队列成功以后会
返回此队列的队列句柄。
pvItemToQueue： 指向要发送的消息，发送的时候会将这个消息拷贝到队列中。
pxHigherPriorityTaskWoken： 标记退出此函数以后是否进行任务切换
返回值：
pdTRUE： 向队列发送消息成功。
errQUEUE_FULL： 队列已满，消息发送失败
函数xQueueOverwriteFromISR()，此函数为xQueueOverwrite()的中断版本，同样此函数也是宏，最终调用的也是函数xQueueGenericSendFromISR()，其函数原型如下：
BaseType_t xQueueOverwriteFromISR( QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken)
参数：
xQueue： 队列句柄，指明要向哪个队列发送数据，创建队列成功以后会
返回此队列的队列句柄。
pvItemToQueue： 指向要发送的消息，发送的时候会将这个消息拷贝到队列中。
pxHigherPriorityTaskWoken： 标记退出此函数以后是否进行任务切换
返回值：
pdTRUE： 向队列发送消息成功。
errQUEUE_FULL： 队列已满，消息发送失败
函数xQueueGenericSendFromISR()，前面所有中断级入队函数最终调用的都是此函数，此函数也是函数xQueueGenericSend()的中断版本，其函数原型如下：
BaseType_t xQueueGenericSend FromISR (QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
BaseType_t* pxHigherPriorityTaskWoken,
BaseType_t xCopyPosition)
参数：
xQueue： 队列句柄，指明要向哪个队列发送数据，创建队列成功以后
会返回此队列的队列句柄。
pvItemToQueue： 指向要发送的消息，发送的时候会将这个消息拷贝到队列中。
pxHigherPriorityTaskWoken： 标记退出此函数以后是否进行任务切换。
xCopyPosition： 入队方式，总共有三种
queueSEND_TO_BACK： 后向入队
queueSEND_TO_FRONT： 前向入队
queueOVERWRITE： 覆写入队。
返回值：
pdTRUE： 向队列发送消息成功。
errQUEUE_FULL： 队列已满，消息发送失败
2.2.3 从队列读取消息
与入队相对应，那么就会有出队，出队就是从队列中获取消息，FreeRTOS中提供的出队API函数分别如下：
xQueueReceive()，此函数用于任务中从队列读取一条消息，读取成功以后就会将这条数据删除，此函数是个宏，真正执行的函数为xQueueGenericReceive()，此函数原型如下：
BaseType_t xQueueReceive(QueueHandle_t xQueue,
void * pvBuffer,
TickType_t xTicksToWait)
参数：
xQueue： 队列句柄，指明要读取哪个队列的数据，创建队列成功以后会返回此
队列的队列句柄。
pvBuffer： 保存数据的缓冲区，读取队列的过程中会将读取到的数据拷贝到这个
缓冲区中。
xTicksToWait： 阻塞时间，此参数指示当队列空的时候任务进入阻塞态等待队列有数
据的最大时间。
返回值：
pdTRUE： 从队列中读取消息成功。
pdFALSE： 从队列中读取消息失败。
xQueuePeek()，此函数也用于任务中从队列读取一条消息，但是读取成功以后不会将这条数据删除，此函数也是个宏，真正执行的函数为xQueueGenericReceive()，此函数原型如下：
BaseType_t xQueuePeek( QueueHandle_t xQueue,
void * pvBuffer,
TickType_t xTicksToWait)
参数：
xQueue： 队列句柄，指明要读取哪个队列的数据，创建队列成功以后会返回此
队列的队列句柄。
pvBuffer： 保存数据的缓冲区，读取队列的过程中会将读取到的数据拷贝到这个
缓冲区中。
xTicksToWait： 阻塞时间，此参数指示当队列空的时候任务进入阻塞态等待队列有数
据的最大时间。
返回值：
pdTRUE： 从队列中读取消息成功。
pdFALSE： 从队列中读取消息失败。
xQueueReceiveFromISR()，此函数为xQueueReceive()的中断版本，用于在中断服务函数中从队列读取消息，其函数原型如下：
BaseType_t xQueueReceiveFromISR(QueueHandle_t xQueue,
void* pvBuffer,
BaseType_t * pxTaskWoken)
参数：
xQueue： 队列句柄，指明要读取哪个队列的数据，创建队列成功以后会返回
此队列的队列句柄。
pvBuffer： 保存数据的缓冲区，读取队列的过程中会将读取到的数据拷贝到这
个缓冲区中。
pxTaskWoken： 标记退出此函数以后是否进行任务切换
返回值：
pdTRUE： 从队列中读取数据成功。
pdFALSE: 从队列中读取数据失败。
xQueuePeekFromISR ()，此函数为xQueuePeek()的中断版本，读取数据成功以后不会将这条数据删除，此函数原型如下：
BaseType_t xQueuePeekFromISR( QueueHandle_t xQueue,
void * pvBuffer)
参数：
xQueue： 队列句柄，指明要读取哪个队列的数据，创建队列成功以后会返回此
队列的队列句柄。
pvBuffer： 保存数据的缓冲区，读取队列的过程中会将读取到的数据拷贝到这个
缓冲区中。
返回值：
pdTRUE： 从队列中读取消息成功。
pdFALSE： 从队列中读取消息失败。
-
- 操作实验
2.3.1实验设计
本次设计通过中断检测三个按键状态，读取到不同键值后发送到队列中，然后在任务中读取队列中的消息，根据不同的指令做出不同的处理。
可参考12.3.2章节进行导入已有工程，工程存放路径【华清远见-FS-MP1A开发资料\02-程序源码\ARM体系结构与接口技术\FreeRTOS\6_MP1A-FreeRTOS-Queue】
任务及其功能如下：
StartTask02()： 读取队列中的数据，根据读取到的数据做不同处理。
StartDefaultTask()： 读取按键值，并发送到队列中。
2.3.2实验过程与分析
首先，根据之前几章内容配置好CubeMX，按照上一节配置“FREERTOS”，完成后生成代码。 在StartDefaultTask() 与StartTask02()中添加代码如下。
void StartDefaultTask(void *argument)
{
/* USER CODE BEGIN 5 */
/* Infinite loop */
uint8_t err;
for(;;)
{
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==pdPASS) //发送按键值
{
printf("\r data transmission success \n");
}
}
vTaskDelay(10); //延时10ms，也就是10个时钟节拍
}
/* USER CODE END 5 */
}
void StartTask02(void *argument)
{
/* USER CODE BEGIN StartTask02 */
/* Infinite loop */
for(;;)
{
if(Key_Queue!=NULL)
{
if(xQueueReceive(Key_Queue,&key,portMAX_DELAY))//请求消息Key_Queue
{
switch(key)
{
case EVENTBIT_1: //
LED_1_TOG();
break;
case EVENTBIT_2: //
LED_2_TOG();
break;
case EVENTBIT_3: //
LED_3_TOG();
break;
}
key = 0;
}
}
vTaskDelay(10); //延时10ms，也就是10个时钟节拍
}
/* USER CODE END StartTask02 */
}
另外，首先需要在主函数中调用xQueueCreate ()函数创建消息队列，获得创建成功的队列句柄。
编写按键中断回调函数如下
void HAL_GPIO_EXTI_Rising_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
switch(GPIO_Pin)
{
case GPIO_PIN_8:
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOF,GPIO_PIN_8) == GPIO_PIN_SET) /* read KEY3 PF8 state */
key = EVENTBIT_3;
break;
case GPIO_PIN_7:
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOF,GPIO_PIN_7) == GPIO_PIN_SET) /* read KEY2 PF7 state */
key = EVENTBIT_2;
break;
case GPIO_PIN_9:
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOF,GPIO_PIN_9) == GPIO_PIN_SET) /* read KEY1 PF9 state */
key = EVENTBIT_1;
break;
}
}
此时，当按下KEY1键时，LED1电平发生翻转；当按下KEY2键时，LED2电平发生翻转；当按下KEY3键时，LED3电平发生翻转。