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30-消息队列

article 2025/7/4 17:35:33

一、消息队列概述

队列又称消息队列，是一种常用于任务间通信的数据结构，队列可以在任务与任务间、中断和任务间传递信息，实现了任务接收来自其他任务或中断的不固定长度的消息，任务能够从队列里面读取消息，当队列中的消息是空时，读取消息的任务将被阻塞，用户还可以指定阻塞的任务时间 xTicksToWait，在这段时间中，如果队列为空，该任务将保持阻塞状态以等待队列数据有效。

当队列中有新消息时，被阻塞的任务会被唤醒并处理新消息；当等待的时间超过了指定的阻塞时间，即使队列中尚无有效数据，任务也会自动从阻塞态转为就绪态。

消息队列是一种异步的通信方式。通过消息队列服务，任务或中断服务例程可以将一条或多条消息放入消息队列中。同样，一个或多个任务可以从消息队列中获得消息。当有多个消息发送到消息队列时，通常是将先进入消息队列的消息先传给任务，也就是说，任务先得到的是最先进入消息队列的消息，即先进先出原则（FIFO），但是也支持后进先出原则（LIFO）。

特性

FreeRTOS 中使用队列数据结构实现任务异步通信工作，具有如下特性：

消息支持先进先出方式排队，支持异步读写工作方式。
读写队列均支持超时机制。
消息支持后进先出方式排队，往队首发送消息（LIFO）。
可以允许不同长度（不超过队列节点最大值）的任意类型消息。
一个任务能够从任意一个消息队列接收和发送消息。
多个任务能够从同一个消息队列接收和发送消息。
当队列使用结束后，可以通过删除队列函数进行删除。

二、常用函数接口


//头文件
#include "queue.h"

1.消息队列创建函数

 QueueHandle_t xQueueCreate(UBaseType_t uxQueueLength,UBaseType_t uxItemSize);功能描述：用于创建一个新的队列。
参数：
- uxQueueLength-队列能够存储的最大消息单元数目，即队列长度。
- uxItemSize-队列中消息单元的大小，以字节为单位，该大小设置非常重要，否则得到的数据不完整。返回值：
成功-如果创建成功则返回一个队列句柄，用于访问创建的队列；
失败-如果创建不成功则返回NULL，可能原因是创建队列需要的 RAM 无法分配成功。eg：
//创建消息队列,Q_LEN为4，Q_SIZE为32
g_queue = xQueueCreate(Q_LEN, Q_SIZE);

2.消息队列静态创建函数

QueueHandle_t xQueueCreateStatic(UBaseType_t uxQueueLength,UBaseType_t uxItemSize,uint8_t *pucQueueStorageBuffer,StaticQueue_t *pxQueueBuffer );功能描述：用于创建一个新的队列。
参数：
- uxQueueLength-队列能够存储的最大消息单元数目，即队列长度。
- uxItemSize-队列中消息单元的大小，以字节为单位。
- pucQueueStorageBuffer-指针，指向一个 uint8_t 类型的数组，数组的大小至少有uxQueueLength* uxItemSize 个字节。当 uxItemSize 为 0 时，pucQueueStorageBuffer 可以为 NULL。
- pxQueueBuffer-指针，指向 StaticQueue_t 类型的变量，该变量用于存储队列的数据结构。
返回值：
成功-如果创建成功则返回一个队列句柄，用于访问创建的队列；
失败-如果创建不成功则返回NULL，可能原因是创建队列需要的 RAM 无法分配成功。

3.用于向队列尾部发送一个队列消息

BaseType_t xQueueSend(QueueHandle_t xQueue,const void * pvItemToQueue,TickType_t xTicksToWait);参数说明：
- xQueue-队列句柄。
- pvItemToQueue-指针，指向要发送到队列尾部的队列消息。
- xTicksToWait-队列满时，等待队列空闲的最大超时时间。
如果队列满并且xTicksToWait 被设置成 0，函数立刻返回。超时时间的单位为系统节拍周期，
常量 portTICK_PERIOD_MS 用于辅助计算真实的时间，单位为 ms。
如果 INCLUDE_vTaskSuspend 设置成 1，并且指定延时为 portMAX_DELAY 将导致任务挂起（没有超时）。返回值：
消息发送成功成功返回 pdTRUE，否则返回 errQUEUE_FULL。eg：
//往消息队列中发送消息
xReturn = xQueueSend(g_queue, send_buff, portMAX_DELAY );
if(xReturn != pdTRUE)
{printf("send failure\r\n");
}

4.在中断服务程序中用于向队列尾部发送一个消息

BaseType_t xQueueSendFromISR(QueueHandle_t xQueue,const void *pvItemToQueue,BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);参数说明：
- xQueue-队列句柄。
- pvItemToQueue-指针，指向要发送到队列尾部的消息。
- pxHigherPriorityTaskWoken-如果入队导致一个任务解锁，
并且解锁的任务优先级高于当前被中断的任务，
则将*pxHigherPriorityTaskWoken设置成 pdTRUE，
然后在中断退出前需要进行一次上下文切换，去执行被唤醒的优先级更高的任务，
可提高实时性。从FreeRTOS V7.3.0 起，
pxHigherPriorityTaskWoken 作为一个可选参数，可以设置为 NULL。返回值：
消息发送成功成功返回 pdTRUE，否则返回 errQUEUE_FULL。

5.向队列队首发送一个消息

BaseType_t xQueueSendToFront( QueueHandle_t xQueue,const void * pvItemToQueue,TickType_t xTicksToWait );参数说明：
- xQueue-队列句柄。
- pvItemToQueue-指针，指向要发送到队列尾部的消息。
- xTicksToWait-队列满时，等待队列空闲的最大超时时间。
如果队列满并且xTicksToWait 被设置成 0，函数立刻返回。
超时时间的单位为系统节拍周期，常量 portTICK_PERIOD_MS 用于辅助计算真实的时间，
单位为 ms。如果 INCLUDE_vTaskSuspend 设置成 1，
并且指定延时为 portMAX_DELAY 将导致任务无限阻塞（没有超时）。返回值：
消息发送成功成功返回 pdTRUE，否则返回 errQUEUE_FULL。

6.在中断服务程序中向消息队列队首发送一个消息

BaseType_t xQueueSendToFrontFromISR(QueueHandle_t xQueue,const void *pvItemToQueue,BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);参数说明：
- xQueue-队列句柄。
- pvItemToQueue-指针，指向要发送到队首的消息。
- pxHigherPriorityTaskWoken-如果入队导致一个任务解锁，
并且解锁的任务优先级高于当前被中断的任务，
则将*pxHigherPriorityTaskWoken设置成 pdTRUE，
然后在中断退出前需要进行一次上下文切换，去执行被唤醒的优先级更高的任务。
从FreeRTOS V7.3.0 起，pxHigherPriorityTaskWoken 作为一个可选参数，可以设置为 NULL。返回值：
消息发送成功成功返回 pdTRUE，否则返回 errQUEUE_FULL。

7.从一个队列中接收消息，并把接收的消息从队列中删除

BaseType_t xQueueReceive(QueueHandle_t xQueue, void *pvBuffer, TickType_t xTicksToWait);参数说明：
- xQueue-队列句柄。
- pvBuffer-指针，指向接收到要保存的数据。
- xTicksToWait-队列空时，阻塞超时的最大时间。如果该参数设置为 0，
函数立刻返回。超时时间的单位为系统节拍周期，
常量 portTICK_PERIOD_MS 用 于辅助计算真实的时间，单位为 ms。
如果 INCLUDE_vTaskSuspend 设 置成 1，并且指定延时为 portMAX_DELAY 
将导致任务无限阻塞（没有超时）。返回值：
队列项接收成功返回 pdTRUE，否则返回 pdFALSE。若接收完消息，不想删除，可以使用xQueuePeek函数。eg：
//阻塞等待消息
xReturn = xQueueReceive(g_queue, recv_buff, portMAX_DELAY);
if(xReturn != pdTRUE)
{printf("send failure\r\n");
}//记得给缓冲区清零
memset(recv_buff, 0, sizeof (recv_buff));

8.在中断中从一个队列中接收消息，并从队列中删除该消息

BaseType_t xQueueReceiveFromISR(QueueHandle_t xQueue, void *pvBuffer, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);参数说明：
- xQueue-队列句柄。
- pvBuffer-pxHigherPriorityTaskWoken
- pxHigherPriorityTaskWoken-在使用之前必须初始化成 pdFALSE。
如果API函数（即xQueueReceiveFromISR）导致一个任务解锁，
并且解锁的任务优先级高于当前运行的任务，则API函数（即xQueueReceiveFromISR）将*pxHigherPriorityTaskWoken设置成pdTRUE。在中断退出前，触发一次任务切换。pxHigherPriorityTaskWoken 作为一个可选参数，可以设置为NULL。返回值：
队列项接收成功返回 pdTRUE，否则返回 pdFALSE。
若接收完消息，不想删除，可以使用xQueuePeekFromISR函数。