RTOS消息队列的应用

基于RTOS的应用中，通常使用队列机制实现任务间的数据交互，一个应用程序可以有任意数量的消息队列，每个消息队列都有自己的用途。

什么是消息队列?

消息队列是一个内核对象(即数据结构)，通过它可以将消息从中断或任务发送给另一个任务。一个应用可以创建多个消息队列。

例如，一个队列可用于将从通信接口ISR中接收到的数据包传递给任务，由任务实现数据包的后续处理。另一个队列负责将显示内容传递给显示任务。



消息通常是指向实际消息存储区域的指针。指针还可以指向接收任务要执行的函数。消息的具体含义依赖于应用。每个队列存储的消息数是可配置的。

队列的长度取决于应用程序以及接收任务处理消息的速度，可以配置为保存一个消息(称为邮箱)或多个消息。

队列为空时，等待消息的任务将阻塞，直到消息发布。阻塞状态的任务在等待消息时不会占用CPU时间。挂起任务还可以指定超时时间。如果在指定的时间内未收到消息，任务将重新就绪。

队列通常以先进先出(FIFO)的方式实现，先收到的消息将先被处理。有些内核也支持后进先出(LIFO)的顺序，后发送的消息先被任务提取。

使用消息队列的一个重要方面，从消息发送到被处理前，存储消息的区域内容保持不变。这意味着队列不能传递指向堆栈变量的指针、可能被其它代码更改的全局变量等等。

为了保存消息，可以定义一个从内存池获取的特定结构。发送消息的ISR或任务将从内存池中获取一个结构，填充该结构，并将指向该结构的指针发送到队列。接收任务将从队列中获取指针，处理结构，完成后将结构返回到内存池中。

当然，发送方和接收方需要使用同一内存池，否则需在数据结构中的字段指示使用的内存池。

在许多RTOS的队列实现中，如果队列已满，则发送到队列的消息将被丢弃。应用程序可以通过相应的机制解决该问题。如在队列满时，发送任务将阻塞，直到接收方提取其中一条消息，如下图所示：

1、根据队列可接受的消息数初始化计数信号量。

2、在发消息之前，检查信号量的值，如果为零，则发送任务阻塞等待。

3、如果信号量值不为零，则信号量计数减一，发送任务将消息发送到队列。

4、接收任务挂起在消息队列中。

5、当接收到消息时，接收任务从队列中提取指向该消息的指针，并发信号给信号量，表明队列中的一条消息已被释放。



由于中断不允许阻塞，这种机制只适用于两个任务之间。

队列使用场景

使用队列将消息从ISR或任务发送到另一个任务。

如果消息长度为指针的大小，可以不必为消息并分配存储区域并发送实际的消息。例如，如果一个指针是32位宽度，那么你可以将一个从12位ADC读取的结果转换为一个指针，并通过消息队列发送。只要接收方将值转换为整数即可。 如果任务知道一定时间内没有消息被发送，它可以使用超时机制将自己延迟相应的时间。

在这种情况下，长度为1的队列即可满足应用需求。如果另一个任务或ISR发送消息，延迟将被终止，这可能是应用想要实现的行为。

消息队列可以用作信号量，通知任务事件发生。在这种情况下，消息可以是任何内容。队列的大小取决于应用程序需要缓存多少个信号。 消息队列还可以用作二进制信号量或计数信号量，实现资源共享。

消息还可以用来模拟事件标志，其中32位指针变量的每个位(转换为整数)表示一个事件。

消息队列可用于实现堆栈结构，使用后进先出机制。

总结

消息队列可以以多种不同的方式使用。实际上，由于队列可以模拟许多系统服务，如信号量、时间延迟和事件标志，用户可能只使用消息队列实现相当复杂的应用程序。仅使用队列服务，可以减少代码的空间占用。

审核编辑：刘清