基于FreeRTOS的STM32F103系统—队列

在FreeRTOS中，队列是实现任务之间同步、互斥和通信的一种重要方法（其他的实现方法有：任务通知、事件组、信号量、互斥量）。

任何任务都可以向队列里存放任何数据，任何任务也可以从队列里读取数据，实现不同任务之间的通信。

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队列特性

队列的数据的操作采用先进先出的方法(FIFO，First In First Out)：写数据时放到尾部，读数据时从头部读，逻辑顺序如下图所示。

使用队列传输数据时有两种方法：

• 拷贝：把数据、把变量的值复制进队列里
• 引用：把数据、把变量的地址复制进队列里

FreeRTOS中的队列一般都使用拷贝的方式传输数据，局部变量的值可以发送到队列中，后续即使函数退出、局部变量被回收，也不会影响队列中的数据，发送任务、接收任务解耦时，接收任务不需要知道这数据是谁的、也不需要发送任务来释放数据。

如果数据实在太大，还是可以使用队列传输它的地址。

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队列函数

1.创建

队列的创建有两种方法：动态分配内存、静态分配内存。

一般都用动态分配内存的方法，使用函数：xQueueCreate()

QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize );

参数解释：

• uxQueueLength ：队列长度
• uxItemSize：每个数据的大小，以字节为单位
• 返回值：非0：成功，返回句柄，以后使用句柄来操作队列；NULL：失败，因为内存不足

2.删除

删除队列的函数为 vQueueDelete() ，只能删除使用动态方法创建的队列，它会释放内存。

void vQueueDelete( QueueHandle_t xQueue );

参数解释：

• xQueue：队列句柄

3.写队列

可以把数据写到队列头部，也可以写到尾部，这些函数有两个版本：在任务中使用、在 ISR 中使用。

在任务中使用：

BaseType_t xQueueSend( QueueHandle_t xQueue,const void *pvItemToQueue,TickType_t xTicksToWait );

在ISR中使用：

BaseType_t xQueueSendToBackFromISR( QueueHandle_t xQueue,const void *pvItemToQueue,BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );

参数解释：

• xQueue ：队列句柄，要写哪个队列
• pvItemToQueue ： 数据指针，这个数据的值会被复制进队列
• xTicksToWait ：如果队列满则无法写入新数据，可以让任务进入阻塞状态，xTicksToWait表示阻塞的最大时间(Tick Count)。如果被设为0，无法写入数据时函数会立刻返回；如果被设为portMAX_DELAY，则会一直阻塞直到有空间可写
• 返回值：pdPASS：数据成功写入了队列；errQUEUE_FULL：写入失败，因为队列满了。

4.读队列

使用 xQueueReceive() 函数读队列，读到一个数据后，队列中该数据会被移除。这个函数有两个版 本：在任务中使用、在ISR 中使用。

BaseType_t xQueueReceive( QueueHandle_t xQueue, void * const pvBuffer, TickType_t xTicksToWait );
BaseType_t xQueueReceiveFromISR( QueueHandle_t xQueue, void *pvBuffer, BaseType_t *pxTaskWoken );

参数解释：

• xQueue ：队列句柄，要写哪个队列
• pvBuffffer： bufer 指针，队列的数据会被复制到这个 buffer
• xTicksToWait ：如果队列空则无法读出数据，可以让任务进入阻塞状态，xTicksToWait表示阻塞的最大时间(Tick Count)。如果被设为0，无法读出数据时函数会立刻返回；如果被设为portMAX_DELAY，则会一直阻塞直到有数据可写
• 返回值：pdPASS：从队列读出数据入；errQUEUE_EMPTY：读取失败，因为队列空了。

5.其他

复位：队列刚被创建时，里面没有数据；使用过程中可以调用 xQueueReset() 把队列恢复为初始状态。

/* 
pxQueue : 复位哪个队列; 
 * 返回值: pdPASS(必定成功)
 */ 
BaseType_t xQueueReset( QueueHandle_t pxQueue);

查询：可以查询队列中有多少个数据、有多少空余空间。

/** 返回队列中可用数据的个数 */ 
UBaseType_t uxQueueMessagesWaiting( const QueueHandle_t xQueue ); 
/** 返回队列中可用空间的个数 */ 
UBaseType_t uxQueueSpacesAvailable( const QueueHandle_t xQueue );

覆盖：当队列长度为 1 时，可以使用 xQueueOverwrite() 或 xQueueOverwriteFromISR() 来覆盖数据。注意，队列长度必须为1。当队列满时，这些函数会覆盖里面的数据，这也以为着这些函数不会被阻塞。

/* 覆盖队列
 * xQueue: 写哪个队列
 * pvItemToQueue: 数据地址
 * 返回值: pdTRUE表示成功, pdFALSE表示失败
 */ 
BaseType_t xQueueOverwrite(QueueHandle_t xQueue, const void * pvItemToQueue ); 
BaseType_t xQueueOverwriteFromISR( QueueHandle_t xQueue, const void * pvItemToQueue, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );

偷看：如果想让队列中的数据供多方读取，也就是说读取时不要移除数据，要留给后来人。那么可以使用" 窥 视" ，也就是 xQueuePeek() 或 xQueuePeekFromISR() 。这些函数会从队列中复制出数据，但是不移除数据。这也意味着，如果队列中没有数据，那么" 偷看 " 时会导致阻塞；一旦队列中有数据，以后每次 " 偷看" 都会成功。

/* 偷看队列
 * xQueue: 偷看哪个队列
 * pvItemToQueue: 数据地址, 用来保存复制出来的数据
 * xTicksToWait: 没有数据的话阻塞一会
 * 返回值: pdTRUE表示成功, pdFALSE表示失败
 */ 
BaseType_t xQueuePeek( QueueHandle_t xQueue, void * const pvBuffer, TickType_t xTicksToWait );
BaseType_t xQueuePeekFromISR( QueueHandle_t xQueue, void *pvBuffer, );

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队列实验

代码：

/* vSenderTask被用来创建2个任务，用于写队列
 * vReceiverTask被用来创建1个任务，用于读队列
 */
static void vSenderTask( void *pvParameters );
static void vReceiverTask( void *pvParameters );

/*-----------------------------------------------------------*/

/* 队列句柄, 创建队列时会设置这个变量 */
QueueHandle_t xQueue;

int main( void )
{
  prvSetupHardware();

    /* 创建队列: 长度为5，数据大小为4字节(存放一个整数) */
    xQueue = xQueueCreate( 5, sizeof( int32_t ) );

  if( xQueue != NULL )
  {
    /* 创建2个任务用于写队列, 传入的参数分别是100、200
     * 任务函数会连续执行，向队列发送数值100、200
     * 优先级为1
     */
    xTaskCreate( vSenderTask, "Sender1", 1000, ( void * ) 100, 1, NULL );
    xTaskCreate( vSenderTask, "Sender2", 1000, ( void * ) 200, 1, NULL );

    /* 创建1个任务用于读队列
     * 优先级为2, 高于上面的两个任务
     * 这意味着队列一有数据就会被读走
     */
    xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 2, NULL );

    /* 启动调度器 */
    vTaskStartScheduler();
  }
  else
  {
    /* 无法创建队列 */
  }

  /* 如果程序运行到了这里就表示出错了, 一般是内存不足 */
  return 0;
}
/*-----------------------------------------------------------*/



/*-----------------------------------------------------------*/

static void vSenderTask( void *pvParameters )
{
  int32_t lValueToSend;
  BaseType_t xStatus;

  /* 我们会使用这个函数创建2个任务
   * 这些任务的pvParameters不一样
    */
  lValueToSend = ( int32_t ) pvParameters;

  /* 无限循环 */
  for( ;; )
  {
    /* 写队列
     * xQueue: 写哪个队列
     * &lValueToSend: 写什么数据? 传入数据的地址, 会从这个地址把数据复制进队列
     * 0: 不阻塞, 如果队列满的话, 写入失败, 立刻返回
     */
    xStatus = xQueueSendToBack( xQueue, &lValueToSend, 0 );

    if( xStatus != pdPASS )
    {
      printf( "Could not send to the queue.rn" );
    }
  }
}
/*-----------------------------------------------------------*/

static void vReceiverTask( void *pvParameters )
{
  /* 读取队列时, 用这个变量来存放数据 */
  int32_t lReceivedValue;
  BaseType_t xStatus;
  const TickType_t xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS( 100UL );

  /* 无限循环 */
  for( ;; )
  {
    /* 读队列
     * xQueue: 读哪个队列
     * &lReceivedValue: 读到的数据复制到这个地址
     * xTicksToWait: 如果队列为空, 阻塞一会
     */
    xStatus = xQueueReceive( xQueue, &lReceivedValue, xTicksToWait );

    if( xStatus == pdPASS )
    {
      /* 读到了数据 */
      printf( "Received = %drn", lReceivedValue );
    }
    else
    {
      /* 没读到数据 */
      printf( "Could not receive from the queue.rn" );
    }
  }
}

在这个程序中，有一个接收队列数据的任务，两个发送队列数据的任务，接收队列数据的任务优先级高，先执行，但是这时队列为空，触发该任务阻塞，这时低优先级的任务交替执行，向队列中发送数据，接收任务发现队列不为空后（解除触发的事件），立刻被唤醒从队列中读取数据并打印出来，实验结果和逻辑图如下：