FreeRTOS——消息队列
目录
一、概念及其作用
1.1概念
1.2特点
1.3工作原理
二、相关API
2.1创建队列
2.2任务中写队列
2.3任务中读队列
2.4中断中写队列
2.5中断中读队列
三、实现原理
3.1消息队列控制块
3.2消息队列的创建
3.3消息的发送
3.3.1任务中发送
3.3.2中断中发送
3.4消息的接收
3.4.1任务中接收
3.4.2中断中接收
一、概念及其作用
1.1概念
FreeRTOS中的消息队列是用与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
#inlcude "FreeRTOS.h"
#include "queue.h"/*创建队列*/
QueueHandle_t xQueueCreat(UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize)func:dynamically creat 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sizeofreturn: 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
#inlcude "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 taskparams: 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: None2.3任务中读队列
#inlcude "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 taskparams: 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: None2.4中断中写队列
#inlcude "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 ISRparams: 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
#inlcude "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 ISRparams: 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！！！
三、实现原理
3.1消息队列控制块
3.2消息队列的创建
xQueueCreat（实际接口xQueueGenericCreat ）
xQueueGenericCreat其中参数queueQueue_Type_BASE 属于队列的一种类型，基于队列创建了很多这样的类型，包括互斥锁、计数信号量、二值信号量、递归锁，可以看出：信号量基于队列实现
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判断队列空间是否为空
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是则队列大小赋值为0
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否则计算队列大小=Length*ItemSize
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申请内存空间（QCB+队列大小），找到队列操作空间首地址
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初始化消息队列api（队列句柄、长度、size、队列操作空间首地址）
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判断队列空间是否为空，是则把QCB首地址赋值到队列头指针
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否则把队列操作空间首地址赋值给队列头指针
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确定队列Length、ItemSize
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队列重置函数api（队列句柄、操作队列的状态 （一般是传进了pdTRUE））
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进入临界段
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头指针赋值，未读消息个数为0，写入指针赋值给头指针，读出指针赋值为头指针+（长度-1）*ItemSize，读写锁解锁
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判断新建队列状态是否为pdFALSE，是则判断等待发送任务列表项是否有任务，是则移除进行上下文切换
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否则新建队列，初始化发送、接收列表项
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退出临界段
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3.3消息的发送
3.3.1任务中发送
xQueueSend——实际接口为xQueueGenericSend（多了一个参数queSend_TO_BACK，有关入队类型的，尾插、头插或覆盖入队）
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采用了for循环，为了快速处理数据拷贝的工作
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挂起调度器——不让任务打断
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锁定队列——不让中断打断
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队列上锁——把发送和接收锁都赋值为上锁初始值
3.3.2中断中发送
xQueueSendFromISR——实际接口为xQueueGenericSendFromISR
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关闭中断同时保存中断状态值
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队列解锁prvUnlockQueue
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进入临界段
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获取发送锁的状态值
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遍历直到发送锁解锁为止
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解除等待消息任务，进行上下文切换
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发送锁减1
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3.4消息的接收
3.4.1任务中接收
xQueueReceive——实际接口为xQueueGenericReceive（多一个出队模式参数 xJustPeeking）
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pdFAlSE——出队后，删除已读队列项或消息空间
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pdTRUE——出队后不删除，然后恢复出队地址，让其他任务或中断继续读取
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判断是否删除已读消息
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是则更新消息等待读取的记录值，让它减1
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否 将未读取之前的地址重新赋值给出队指针
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3.4.2中断中接收
和中断中发送类似，主要是用到了发送锁和接收锁