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ESP32学习-FreeRTOS队列使用指南与实战

news 2025/7/28 15:28:01

FreeRTOS 缓存队列关键概念

FreeRTOS 的缓存队列（Queue）是一种用于任务间通信的机制，允许任务或中断服务例程（ISR）以 FIFO（先进先出）的方式发送和接收数据。缓存队列可以传输固定大小的数据块，支持多任务并发操作，并通过阻塞机制实现同步。

关键特性：

线程安全：队列操作是原子的，无需额外保护。
阻塞与非阻塞：任务可以阻塞等待队列空间或数据，或立即返回。
多任务支持：多个任务可以同时读写队列。
中断安全：提供带 FromISR 后缀的 API 供中断上下文使用。

缓存队列使用模板

创建队列

使用 xQueueCreate() 或 xQueueCreateStatic() 创建队列。动态创建示例：

QueueHandle_t xQueue = xQueueCreate(uxQueueLength,     // 队列长度（最大可存数据项数）uxItemSize         // 每个数据项的大小（字节）
);

参数说明：

uxQueueLength：队列容量，即队列可存储的最大数据项数量。
uxItemSize：每个数据项的大小（如传输 int 则设为 sizeof(int)）。

发送数据到队列

使用 xQueueSend() 或 xQueueSendFromISR()（中断中发送）：

BaseType_t xStatus = xQueueSend(xQueue,           // 队列句柄pvItemToQueue,    // 指向待发送数据的指针xTicksToWait      // 阻塞超时时间（portMAX_DELAY 表示无限等待）
);

参数说明：

pvItemToQueue：指向待发送数据的指针（数据会被复制到队列）。
xTicksToWait：若队列满时，任务阻塞的 tick 数。0 表示不阻塞，立即返回。

从队列接收数据

使用 xQueueReceive() 或 xQueueReceiveFromISR()（中断中接收）：

BaseType_t xStatus = xQueueReceive(xQueue,           // 队列句柄pvBuffer,         // 接收数据的缓冲区指针xTicksToWait      // 阻塞超时时间
);

参数说明：

pvBuffer：指向接收缓冲区的指针（队列数据会被复制到此）。
xTicksToWait：若队列为空时，任务阻塞的 tick 数。

其他常用函数

uxQueueMessagesWaiting()：获取队列中当前数据项数量。
xQueueReset()：重置队列为空状态。
vQueueDelete()：删除动态创建的队列。

完整示例代码

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include <stdio.h>// 定义队列参数
#define QUEUE_LENGTH 5             // 队列最多容纳 5 个元素
#define ITEM_SIZE sizeof(int)      // 每个元素大小为一个 int// 发送任务：每秒向队列发送一个整数
void vSenderTask(void *pvParameters) {QueueHandle_t xQueue = (QueueHandle_t)pvParameters; // 获取队列句柄int valueToSend = 42;while (1) {// 向队列发送数据，如果队列已满则阻塞等待xQueueSend(xQueue, &valueToSend, portMAX_DELAY);printf("Sent: %d\n", valueToSend);// 延时 1 秒（1000 毫秒）vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));}
}// 接收任务：阻塞等待从队列接收数据
void vReceiverTask(void *pvParameters) {QueueHandle_t xQueue = (QueueHandle_t)pvParameters; // 获取队列句柄int receivedValue;while (1) {// 从队列接收数据（如果队列为空，则阻塞等待）if (xQueueReceive(xQueue, &receivedValue, portMAX_DELAY) == pdPASS) {// 成功接收到数据，打印处理printf("Received: %d\n", receivedValue);}}
}// 系统主入口函数
void main() {// 创建队列：最大容纳 QUEUE_LENGTH 个 int 类型数据QueueHandle_t xQueue = xQueueCreate(QUEUE_LENGTH, ITEM_SIZE);// 创建发送任务，优先级为 1，传入队列句柄xTaskCreate(vSenderTask, "Sender", configMINIMAL_STACK_SIZE, xQueue, 1, NULL);// 创建接收任务，优先级也为 1，传入队列句柄xTaskCreate(vReceiverTask, "Receiver", configMINIMAL_STACK_SIZE, xQueue, 1, NULL);// 启动 FreeRTOS 调度器（之后永不返回）vTaskStartScheduler();
}