FreeRTOS消息队列详解：概念、API与实现原理

创作时间:

作者:

@小白创作中心

FreeRTOS消息队列详解：概念、API与实现原理

引用

CSDN

https://m.blog.csdn.net/2301_79532069/article/details/143983301

FreeRTOS的消息队列是一种用于多任务间通信的机制，基于FIFO（先进先出）的数据共享结构，可以实现任务解耦和数据传输。本文将详细介绍FreeRTOS消息队列的概念、特点、工作原理及相关API函数，并对比了FreeRTOS和uCOS在消息队列实现上的差异。

一、概念及其作用

1.1概念

FreeRTOS中的消息队列是用于多任务间通信的一种机制。本身队列也是一种FIFO（先进先出）的数据共享结构，凭借这个特点，FreeRTOS操作系统可以实现任务解耦、任务间数据传输。

任务解耦：任务之间通过队列进行通信，可以减少任务之间的耦合度，提高代码的模块化程度
任务间数据传输：作为共享资源，各任务可以通过向队列读、写数据，实现数据共享和同步

队列中的数据通过发送入队，读取时可以决定是否出队（即是否清除）。

FreeRTOS中使用消息队列传输数据默认通过数据拷贝，也就是将发送的数据拷贝到队列中（属于值传递），费时但原始数据可以清除或者覆写。

uCOS中的消息队列则采用引用传递，传递的是消息指针。这种方式需要保证传递的消息一直是可见且有效的，像局部变量这种生命周期短的就不能作为消息，但它的好处是节省时间！

因此，虽然默认使用值传递，当要发送的数据太大时，可以考虑发送消息缓冲区的指针。

1.2特点

FIFO先入先出
尾写入头读出（可变成头写入尾读出）
“数据中转站”
“多对多”
消息不定长
解决无序

1.3工作原理

队列的实质是：RAM的一段内存空间

二、相关API

队列的使用流程：创建队列、写队列、读队列、删除队列（需要的情况下使用...）

2.1创建队列

掌握动态的即可

#include "FreeRTOS.h"
#include "queue.h"

/*创建队列*/
QueueHandle_t xQueueCreate(UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize)

func: dynamically create queue and return QueueHandle //动态创建队列并返回句柄
params: uxQueueLength 队列一次可容纳消息的最大长度
        uxItemSize    每个消息体大小  字节为单位，未知的可用sizeof

return: NULL： 创建失败
        Any other value: 成功并返回句柄

matters needing attention: 
Queue can be used between task and task or task and isr;
Queues can be created before the Scheduler is started;

2.2任务中写队列

#include "FreeRTOS.h"
#include "queue.h"

/*任务中写队列*/
BaseType_t xQueueSend(QueueHandle_t xQueue, const void *pvItemToQueue, TickType_t xTicksToWait) 
//xQueueSendToFront用于头部紧急插入消息

func: transmit message to queue in task
params: xQueue           要发送进消息的队列句柄
        pvItemToQueue    要发送的消息的地址
        xTicksToWait     阻塞等待时间

return: pdPASS 发送成功
        errQUEUE_FULL 队列已满发送失败

matters needing attention: None

2.3任务中读队列

#include "FreeRTOS.h"
#include "queue.h"

/*任务中读队列*/
BaseType_t xQueueReceive(QueueHandle_t xQueue, const void *pvBuffer, TickType_t xTicksToWait) 

func: receive message from queue in task
params: xQueue           要读取消息的队列句柄
        pvBuffer         接收消息的缓冲区
        xTicksToWait     阻塞等待时间

return: pdPASS 发送成功
        errQUEUE_FULL 队列已满发送失败

matters needing attention: None

2.4中断中写队列

#include "FreeRTOS.h"
#include "queue.h"

/*中断中写队列      xQueueSendToFrontFromISR用于头部紧急插入消息*/
BaseType_t xQueueSendFromISR(QueueHandle_t xQueue, const void *pvItemToQueue, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken)    

func: transmit message to queue in ISR
params: xQueue                  要发送进消息的队列句柄
        pvItemToQueue           要发送的消息的地址
        pxHigherPriorityTaskWoken   NULL即可

return: pdTRUE 发送成功
        errQUEUE_FULL 队列已满发送失败

matters needing attention: 
调用此函数，会触发上下文切换
启用调度器之前，不能调用此函数

2.5中断中读队列

#include "FreeRTOS.h"
#include "queue.h"

/*中断中读队列*/
BaseType_t xQueueReceiveFromISR(QueueHandle_t xQueue, const void *pvBuffer, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken)

func: receive message from queue in ISR
params: xQueue                  要发送进消息的队列句柄
        pvBuffer                接收消息的缓冲区
        pxHigherPriorityTaskWoken  NULL即可

return: pdPASS 发送成功
        pdFAIL 消息队列为空

matters needing attention: 
调用此函数，会触发上下文切换
启用调度器之前，不能调用此函数

可以看到：中断中相关的API都没有xTicksToWait，因为本身中断就是为了紧急响应的，快响应快解决！！！