韋東山freeRTOS系列教程之隊列(queue)(5)

文章目錄

• 系列教程總目錄
• 概述
• 5.1 隊列的特性
  • 5.1.1 常規(guī)操作
  • 5.1.2 傳輸數(shù)據(jù)的兩種方法
  • 5.1.3 隊列的阻塞訪問
• 5.2 隊列函數(shù)
  • 5.2.1 創(chuàng)建
  • 5.2.2 復位
  • 5.2.3 刪除
  • 5.2.4 寫隊列
  • 5.2.5 讀隊列
  • 5.2.6 查詢
  • 5.2.7 覆蓋/偷看
• 5.3 示例8: 隊列的基本使用
• 5.4 示例9: 分辨數(shù)據(jù)源
• 5.5 示例10: 傳輸大塊數(shù)據(jù)
• 5.6 示例11: 郵箱(Mailbox)

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系列教程總目錄

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概述

隊列(queue)可以用于"任務到任務"、“任務到中斷”、"中斷到任務"直接傳輸信息。

本章涉及如下內(nèi)容：

• 怎么創(chuàng)建、清除、刪除隊列
• 隊列中消息如何保存
• 怎么向隊列發(fā)送數(shù)據(jù)、怎么從隊列讀取數(shù)據(jù)、怎么覆蓋隊列的數(shù)據(jù)
• 在隊列上阻塞是什么意思
• 怎么在多個隊列上阻塞
• 讀寫隊列時如何影響任務的優(yōu)先級

5.1 隊列的特性

5.1.1 常規(guī)操作

隊列的簡化操如入下圖所示，從此圖可知：

• 隊列可以包含若干個數(shù)據(jù)：隊列中有若干項，這被稱為"長度"(length)
• 每個數(shù)據(jù)大小固定
• 創(chuàng)建隊列時就要指定長度、數(shù)據(jù)大小
• 數(shù)據(jù)的操作采用先進先出的方法(FIFO，F(xiàn)irst In First Out)：寫數(shù)據(jù)時放到尾部，讀數(shù)據(jù)時從頭部讀
• 也可以強制寫隊列頭部：覆蓋頭部數(shù)據(jù)

更詳細的操作入下圖所示：

5.1.2 傳輸數(shù)據(jù)的兩種方法

使用隊列傳輸數(shù)據(jù)時有兩種方法：

• 拷貝：把數(shù)據(jù)、把變量的值復制進隊列里
• 引用：把數(shù)據(jù)、把變量的地址復制進隊列里

FreeRTOS使用拷貝值的方法，這更簡單：

局部變量的值可以發(fā)送到隊列中，后續(xù)即使函數(shù)退出、局部變量被回收，也不會影響隊列中的數(shù)據(jù)

無需分配buffer來保存數(shù)據(jù)，隊列中有buffer

局部變量可以馬上再次使用

發(fā)送任務、接收任務解耦：接收任務不需要知道這數(shù)據(jù)是誰的、也不需要發(fā)送任務來釋放數(shù)據(jù)

如果數(shù)據(jù)實在太大，你還是可以使用隊列傳輸它的地址

隊列的空間有FreeRTOS內(nèi)核分配，無需任務操心

對于有內(nèi)存保護功能的系統(tǒng)，如果隊列使用引用方法，也就是使用地址，必須確保雙方任務對這個地址都有訪問權限。使用拷貝方法時，則無此限制：內(nèi)核有足夠的權限，把數(shù)據(jù)復制進隊列、再把數(shù)據(jù)復制出隊列。

5.1.3 隊列的阻塞訪問

只要知道隊列的句柄，誰都可以讀、寫該隊列。任務、ISR都可讀、寫隊列?？梢远鄠€任務讀寫隊列。

任務讀寫隊列時，簡單地說：如果讀寫不成功，則阻塞；可以指定超時時間?？谡Z化地說，就是可以定個鬧鐘：如果能讀寫了就馬上進入就緒態(tài)，否則就阻塞直到超時。

某個任務讀隊列時，如果隊列沒有數(shù)據(jù)，則該任務可以進入阻塞狀態(tài)：還可以指定阻塞的時間。如果隊列有數(shù)據(jù)了，則該阻塞的任務會變?yōu)榫途w態(tài)。如果一直都沒有數(shù)據(jù)，則時間到之后它也會進入就緒態(tài)。

既然讀取隊列的任務個數(shù)沒有限制，那么當多個任務讀取空隊列時，這些任務都會進入阻塞狀態(tài)：有多個任務在等待同一個隊列的數(shù)據(jù)。當隊列中有數(shù)據(jù)時，哪個任務會進入就緒態(tài)？

• 優(yōu)先級最高的任務
• 如果大家的優(yōu)先級相同，那等待時間最久的任務會進入就緒態(tài)

跟讀隊列類似，一個任務要寫隊列時，如果隊列滿了，該任務也可以進入阻塞狀態(tài)：還可以指定阻塞的時間。如果隊列有空間了，則該阻塞的任務會變?yōu)榫途w態(tài)。如果一直都沒有空間，則時間到之后它也會進入就緒態(tài)。

既然寫隊列的任務個數(shù)沒有限制，那么當多個任務寫"滿隊列"時，這些任務都會進入阻塞狀態(tài)：有多個任務在等待同一個隊列的空間。當隊列中有空間時，哪個任務會進入就緒態(tài)？

• 優(yōu)先級最高的任務
• 如果大家的優(yōu)先級相同，那等待時間最久的任務會進入就緒態(tài)

5.2 隊列函數(shù)

使用隊列的流程：創(chuàng)建隊列、寫隊列、讀隊列、刪除隊列。

5.2.1 創(chuàng)建

隊列的創(chuàng)建有兩種方法：動態(tài)分配內(nèi)存、靜態(tài)分配內(nèi)存，

• 動態(tài)分配內(nèi)存：xQueueCreate，隊列的內(nèi)存在函數(shù)內(nèi)部動態(tài)分配

函數(shù)原型如下：

QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize );

• 靜態(tài)分配內(nèi)存：xQueueCreateStatic，隊列的內(nèi)存要事先分配好

函數(shù)原型如下：

QueueHandle_t xQueueCreateStatic(
                           UBaseType_t uxQueueLength,
                           UBaseType_t uxItemSize,
                           uint8_t *pucQueueStorageBuffer,
                           StaticQueue_t *pxQueueBuffer
                       );

示例代碼：

// 示例代碼
 #define QUEUE_LENGTH 10
 #define ITEM_SIZE sizeof( uint32_t )
 
 // xQueueBuffer用來保存隊列結構體
 StaticQueue_t xQueueBuffer;
 
 // ucQueueStorage 用來保存隊列的數(shù)據(jù)
 // 大小為：隊列長度 * 數(shù)據(jù)大小
 uint8_t ucQueueStorage[ QUEUE_LENGTH * ITEM_SIZE ];
 
 void vATask( void *pvParameters )
 {
	QueueHandle_t xQueue1;
 
	// 創(chuàng)建隊列: 可以容納QUEUE_LENGTH個數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)大小是ITEM_SIZE
	xQueue1 = xQueueCreateStatic( QUEUE_LENGTH,
						  ITEM_SIZE,
						  ucQueueStorage,
						  &xQueueBuffer ); 
 }

5.2.2 復位

隊列剛被創(chuàng)建時，里面沒有數(shù)據(jù)；使用過程中可以調(diào)用xQueueReset()把隊列恢復為初始狀態(tài)，此函數(shù)原型為：

/* pxQueue : 復位哪個隊列;
 * 返回值: pdPASS(必定成功)
 */
BaseType_t xQueueReset( QueueHandle_t pxQueue);

5.2.3 刪除

刪除隊列的函數(shù)為vQueueDelete()，只能刪除使用動態(tài)方法創(chuàng)建的隊列，它會釋放內(nèi)存。原型如下：

void vQueueDelete( QueueHandle_t xQueue );

5.2.4 寫隊列

可以把數(shù)據(jù)寫到隊列頭部，也可以寫到尾部，這些函數(shù)有兩個版本：在任務中使用、在ISR中使用。函數(shù)原型如下：

/* 等同于xQueueSendToBack
 * 往隊列尾部寫入數(shù)據(jù)，如果沒有空間，阻塞時間為xTicksToWait
 */
BaseType_t xQueueSend(
                                QueueHandle_t    xQueue,
                                const void       *pvItemToQueue,
                                TickType_t       xTicksToWait
                            );

/* 
 * 往隊列尾部寫入數(shù)據(jù)，如果沒有空間，阻塞時間為xTicksToWait
 */
BaseType_t xQueueSendToBack(
                                QueueHandle_t    xQueue,
                                const void       *pvItemToQueue,
                                TickType_t       xTicksToWait
                            );


/* 
 * 往隊列尾部寫入數(shù)據(jù)，此函數(shù)可以在中斷函數(shù)中使用，不可阻塞
 */
BaseType_t xQueueSendToBackFromISR(
                                      QueueHandle_t xQueue,
                                      const void *pvItemToQueue,
                                      BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
                                   );

/* 
 * 往隊列頭部寫入數(shù)據(jù)，如果沒有空間，阻塞時間為xTicksToWait
 */
BaseType_t xQueueSendToFront(
                                QueueHandle_t    xQueue,
                                const void       *pvItemToQueue,
                                TickType_t       xTicksToWait
                            );

/* 
 * 往隊列頭部寫入數(shù)據(jù)，此函數(shù)可以在中斷函數(shù)中使用，不可阻塞
 */
BaseType_t xQueueSendToFrontFromISR(
                                      QueueHandle_t xQueue,
                                      const void *pvItemToQueue,
                                      BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
                                   );

這些函數(shù)用到的參數(shù)是類似的，統(tǒng)一說明如下：

5.2.5 讀隊列

使用xQueueReceive()函數(shù)讀隊列，讀到一個數(shù)據(jù)后，隊列中該數(shù)據(jù)會被移除。這個函數(shù)有兩個版本：在任務中使用、在ISR中使用。函數(shù)原型如下：

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

BaseType_t xQueueReceiveFromISR(
                                    QueueHandle_t    xQueue,
                                    void             *pvBuffer,
                                    BaseType_t       *pxTaskWoken
                                );

參數(shù)說明如下：

5.2.6 查詢

可以查詢隊列中有多少個數(shù)據(jù)、有多少空余空間。函數(shù)原型如下：

/*
 * 返回隊列中可用數(shù)據(jù)的個數(shù)
 */
UBaseType_t uxQueueMessagesWaiting( const QueueHandle_t xQueue );

/*
 * 返回隊列中可用空間的個數(shù)
 */
UBaseType_t uxQueueSpacesAvailable( const QueueHandle_t xQueue );

5.2.7 覆蓋/偷看

當隊列長度為1時，可以使用xQueueOverwrite()或xQueueOverwriteFromISR()來覆蓋數(shù)據(jù)。
注意，隊列長度必須為1。當隊列滿時，這些函數(shù)會覆蓋里面的數(shù)據(jù)，這也以為著這些函數(shù)不會被阻塞。
函數(shù)原型如下：

/* 覆蓋隊列
 * xQueue: 寫哪個隊列
 * pvItemToQueue: 數(shù)據(jù)地址
 * 返回值: pdTRUE表示成功, pdFALSE表示失敗
 */
BaseType_t xQueueOverwrite(
                           QueueHandle_t xQueue,
                           const void * pvItemToQueue
                      );

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

如果想讓隊列中的數(shù)據(jù)供多方讀取，也就是說讀取時不要移除數(shù)據(jù)，要留給后來人。那么可以使用"窺視"，也就是xQueuePeek()或xQueuePeekFromISR()。這些函數(shù)會從隊列中復制出數(shù)據(jù)，但是不移除數(shù)據(jù)。這也意味著，如果隊列中沒有數(shù)據(jù)，那么"偷看"時會導致阻塞；一旦隊列中有數(shù)據(jù)，以后每次"偷看"都會成功。
函數(shù)原型如下：

/* 偷看隊列
 * xQueue: 偷看哪個隊列
 * pvItemToQueue: 數(shù)據(jù)地址, 用來保存復制出來的數(shù)據(jù)
 * xTicksToWait: 沒有數(shù)據(jù)的話阻塞一會
 * 返回值: pdTRUE表示成功, pdFALSE表示失敗
 */
BaseType_t xQueuePeek(
                          QueueHandle_t xQueue,
                          void * const pvBuffer,
                          TickType_t xTicksToWait
                      );

BaseType_t xQueuePeekFromISR(
                                 QueueHandle_t xQueue,
                                 void *pvBuffer,
                             );

5.3 示例8: 隊列的基本使用

本節(jié)代碼為：FreeRTOS_08_queue。

本程序會創(chuàng)建一個隊列，然后創(chuàng)建2個發(fā)送任務、1個接收任務：

• 發(fā)送任務優(yōu)先級為1，分別往隊列中寫入100、200
• 接收任務優(yōu)先級為2，讀隊列、打印數(shù)值

main函數(shù)中創(chuàng)建的隊列、創(chuàng)建了發(fā)送任務、接收任務，代碼如下：

/* 隊列句柄, 創(chuàng)建隊列時會設置這個變量 */
QueueHandle_t xQueue;

int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
    /* 創(chuàng)建隊列: 長度為5，數(shù)據(jù)大小為4字節(jié)(存放一個整數(shù)) */
    xQueue = xQueueCreate( 5, sizeof( int32_t ) );

	if( xQueue != NULL )
	{
		/* 創(chuàng)建2個任務用于寫隊列, 傳入的參數(shù)分別是100、200
		 * 任務函數(shù)會連續(xù)執(zhí)行，向隊列發(fā)送數(shù)值100、200
		 * 優(yōu)先級為1
		 */
		xTaskCreate( vSenderTask, "Sender1", 1000, ( void * ) 100, 1, NULL );
		xTaskCreate( vSenderTask, "Sender2", 1000, ( void * ) 200, 1, NULL );

		/* 創(chuàng)建1個任務用于讀隊列
		 * 優(yōu)先級為2, 高于上面的兩個任務
		 * 這意味著隊列一有數(shù)據(jù)就會被讀走
		 */
		xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 2, NULL );

		/* 啟動調(diào)度器 */
		vTaskStartScheduler();
	}
	else
	{
		/* 無法創(chuàng)建隊列 */
	}

	/* 如果程序運行到了這里就表示出錯了, 一般是內(nèi)存不足 */
	return 0;
}

發(fā)送任務的函數(shù)中，不斷往隊列中寫入數(shù)值，代碼如下：

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

	/* 我們會使用這個函數(shù)創(chuàng)建2個任務
	 * 這些任務的pvParameters不一樣
 	 */
	lValueToSend = ( int32_t ) pvParameters;

	/* 無限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		/* 寫隊列
		 * xQueue: 寫哪個隊列
		 * &lValueToSend: 寫什么數(shù)據(jù)? 傳入數(shù)據(jù)的地址, 會從這個地址把數(shù)據(jù)復制進隊列
		 * 0: 不阻塞, 如果隊列滿的話, 寫入失敗, 立刻返回
		 */
		xStatus = xQueueSendToBack( xQueue, &lValueToSend, 0 );

		if( xStatus != pdPASS )
		{
			printf( "Could not send to the queue.\r\n" );
		}
	}
}

接收任務的函數(shù)中，讀取隊列、判斷返回值、打印，代碼如下：

static void vReceiverTask( void *pvParameters )
{
	/* 讀取隊列時, 用這個變量來存放數(shù)據(jù) */
	int32_t lReceivedValue;
	BaseType_t xStatus;
	const TickType_t xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS( 100UL );

	/* 無限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		/* 讀隊列
		 * xQueue: 讀哪個隊列
		 * &lReceivedValue: 讀到的數(shù)據(jù)復制到這個地址
		 * xTicksToWait: 如果隊列為空, 阻塞一會
		 */
		xStatus = xQueueReceive( xQueue, &lReceivedValue, xTicksToWait );

		if( xStatus == pdPASS )
		{
			/* 讀到了數(shù)據(jù) */
			printf( "Received = %d\r\n", lReceivedValue );
		}
		else
		{
			/* 沒讀到數(shù)據(jù) */
			printf( "Could not receive from the queue.\r\n" );
		}
	}
}

程序運行結果如下：

任務調(diào)度情況如下圖所示：

5.4 示例9: 分辨數(shù)據(jù)源

本節(jié)代碼為：FreeRTOS_09_queue_datasource。

當有多個發(fā)送任務，通過同一個隊列發(fā)出數(shù)據(jù)，接收任務如何分辨數(shù)據(jù)來源？數(shù)據(jù)本身帶有"來源"信息，比如寫入隊列的數(shù)據(jù)是一個結構體，結構體中的lDataSouceID用來表示數(shù)據(jù)來源：

typedef struct {
    ID_t eDataID;
    int32_t lDataValue;
}Data_t;

不同的發(fā)送任務，先構造好結構體，填入自己的eDataID，再寫隊列；接收任務讀出數(shù)據(jù)后，根據(jù)eDataID就可以知道數(shù)據(jù)來源了，如下圖所示：

• CAN任務發(fā)送的數(shù)據(jù)：eDataID=eMotorSpeed
• HMI任務發(fā)送的數(shù)據(jù)：eDataID=eSpeedSetPoint
  

FreeRTOS_09_queue_datasource程序會創(chuàng)建一個隊列，然后創(chuàng)建2個發(fā)送任務、1個接收任務：

• 創(chuàng)建的隊列，用來發(fā)送結構體：數(shù)據(jù)大小是結構體的大小
• 發(fā)送任務優(yōu)先級為2，分別往隊列中寫入自己的結構體，結構體中會標明數(shù)據(jù)來源
• 接收任務優(yōu)先級為1，讀隊列、根據(jù)數(shù)據(jù)來源打印信息

main函數(shù)中創(chuàng)建了隊列、創(chuàng)建了發(fā)送任務、接收任務，代碼如下：

/* 定義2種數(shù)據(jù)來源(ID) */
typedef enum
{
	eMotorSpeed,
	eSpeedSetPoint
} ID_t;

/* 定義在隊列中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的格式 */
typedef struct {
    ID_t eDataID;
    int32_t lDataValue;
}Data_t;

/* 定義2個結構體 */
static const Data_t xStructsToSend[ 2 ] =
{
	{ eMotorSpeed,    10 }, /* CAN任務發(fā)送的數(shù)據(jù) */
	{ eSpeedSetPoint, 5 }   /* HMI任務發(fā)送的數(shù)據(jù) */
};

/* vSenderTask被用來創(chuàng)建2個任務，用于寫隊列
 * vReceiverTask被用來創(chuàng)建1個任務，用于讀隊列
 */
static void vSenderTask( void *pvParameters );
static void vReceiverTask( void *pvParameters );

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

/* 隊列句柄, 創(chuàng)建隊列時會設置這個變量 */
QueueHandle_t xQueue;

int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
    /* 創(chuàng)建隊列: 長度為5，數(shù)據(jù)大小為4字節(jié)(存放一個整數(shù)) */
    xQueue = xQueueCreate( 5, sizeof( Data_t ) );

	if( xQueue != NULL )
	{
		/* 創(chuàng)建2個任務用于寫隊列, 傳入的參數(shù)是不同的結構體地址
		 * 任務函數(shù)會連續(xù)執(zhí)行，向隊列發(fā)送結構體
		 * 優(yōu)先級為2
		 */
		xTaskCreate(vSenderTask, "CAN Task", 1000, (void *) &(xStructsToSend[0]), 2, NULL);
		xTaskCreate(vSenderTask, "HMI Task", 1000, (void *) &( xStructsToSend[1]), 2, NULL);

		/* 創(chuàng)建1個任務用于讀隊列
		 * 優(yōu)先級為1, 低于上面的兩個任務
		 * 這意味著發(fā)送任務優(yōu)先寫隊列，隊列常常是滿的狀態(tài)
		 */
		xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 1, NULL );

		/* 啟動調(diào)度器 */
		vTaskStartScheduler();
	}
	else
	{
		/* 無法創(chuàng)建隊列 */
	}

	/* 如果程序運行到了這里就表示出錯了, 一般是內(nèi)存不足 */
	return 0;
}

發(fā)送任務的函數(shù)中，不斷往隊列中寫入數(shù)值，代碼如下：

static void vSenderTask( void *pvParameters )
{
	BaseType_t xStatus;
	const TickType_t xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS( 100UL );

	/* 無限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		/* 寫隊列
		 * xQueue: 寫哪個隊列
		 * pvParameters: 寫什么數(shù)據(jù)? 傳入數(shù)據(jù)的地址, 會從這個地址把數(shù)據(jù)復制進隊列
		 * xTicksToWait: 如果隊列滿的話, 阻塞一會
		 */
		xStatus = xQueueSendToBack( xQueue, pvParameters, xTicksToWait );

		if( xStatus != pdPASS )
		{
			printf( "Could not send to the queue.\r\n" );
		}
	}
}

接收任務的函數(shù)中，讀取隊列、判斷返回值、打印，代碼如下：

static void vReceiverTask( void *pvParameters )
{
	/* 讀取隊列時, 用這個變量來存放數(shù)據(jù) */
	Data_t xReceivedStructure;
	BaseType_t xStatus;

	/* 無限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		/* 讀隊列
		 * xQueue: 讀哪個隊列
		 * &xReceivedStructure: 讀到的數(shù)據(jù)復制到這個地址
		 * 0: 沒有數(shù)據(jù)就即刻返回，不阻塞
		 */
		xStatus = xQueueReceive( xQueue, &xReceivedStructure, 0 );

		if( xStatus == pdPASS )
		{
			/* 讀到了數(shù)據(jù) */
			if( xReceivedStructure.eDataID == eMotorSpeed )
			{
				printf( "From CAN, MotorSpeed = %d\r\n", xReceivedStructure.lDataValue );
			}
			else if( xReceivedStructure.eDataID == eSpeedSetPoint )
			{
				printf( "From HMI, SpeedSetPoint = %d\r\n", xReceivedStructure.lDataValue );
			}
		}
		else
		{
			/* 沒讀到數(shù)據(jù) */
			printf( "Could not receive from the queue.\r\n" );
		}
	}
}

運行結果如下：

任務調(diào)度情況如下圖所示：

• t1：HMI是最后創(chuàng)建的最高優(yōu)先級任務，它先執(zhí)行，一下子向隊列寫入5個數(shù)據(jù)，把隊列都寫滿了
• t2：隊列已經(jīng)滿了，HMI任務再發(fā)起第6次寫操作時，進入阻塞狀態(tài)。這時CAN任務是最高優(yōu)先級的就緒態(tài)任務，它開始執(zhí)行
• t3：CAN任務發(fā)現(xiàn)隊列已經(jīng)滿了，進入阻塞狀態(tài)；接收任務變?yōu)樽罡邇?yōu)先級的就緒態(tài)任務，它開始運行
• t4：現(xiàn)在，HMI任務、CAN任務的優(yōu)先級都比接收任務高，它們都在等待隊列有空閑的空間；一旦接收任務讀出1個數(shù)據(jù)，會馬上被搶占。被誰搶占？誰等待最久？HMI任務！所以在t4時刻，切換到HMI任務。
• t5：HMI任務向隊列寫入第6個數(shù)據(jù)，然后再次阻塞，這是CAN任務已經(jīng)阻塞很久了。接收任務變?yōu)樽罡邇?yōu)先級的就緒態(tài)任務，開始執(zhí)行。
• t6：現(xiàn)在，HMI任務、CAN任務的優(yōu)先級都比接收任務高，它們都在等待隊列有空閑的空間；一旦接收任務讀出1個數(shù)據(jù)，會馬上被搶占。被誰搶占？誰等待最久？CAN任務！所以在t6時刻，切換到CAN任務。
• t7：CAN任務向隊列寫入數(shù)據(jù)，因為僅僅有一個空間供寫入，所以它馬上再次進入阻塞狀態(tài)。這時HMI任務、CAN任務都在等待空閑空間，只有接收任務可以繼續(xù)執(zhí)行。

5.5 示例10: 傳輸大塊數(shù)據(jù)

本節(jié)代碼為：FreeRTOS_10_queue_bigtransfer。

FreeRTOS的隊列使用拷貝傳輸，也就是要傳輸uint32_t時，把4字節(jié)的數(shù)據(jù)拷貝進隊列；要傳輸一個8字節(jié)的結構體時，把8字節(jié)的數(shù)據(jù)拷貝進隊列。

如果要傳輸1000字節(jié)的結構體呢？寫隊列時拷貝1000字節(jié)，讀隊列時再拷貝1000字節(jié)？不建議這么做，影響效率！

這時候，我們要傳輸?shù)氖沁@個巨大結構體的地址：把它的地址寫入隊列，對方從隊列得到這個地址，使用地址去訪問那1000字節(jié)的數(shù)據(jù)。

使用地址來間接傳輸數(shù)據(jù)時，這些數(shù)據(jù)放在RAM里，對于這塊RAM，要保證這幾點：

• RAM的所有者、操作者，必須清晰明了
  這塊內(nèi)存，就被稱為"共享內(nèi)存"。要確保不能同時修改RAM。比如，在寫隊列之前只有由發(fā)送者修改這塊RAM，在讀隊列之后只能由接收者訪問這塊RAM。
• RAM要保持可用
  這塊RAM應該是全局變量，或者是動態(tài)分配的內(nèi)存。對于動然分配的內(nèi)存，要確保它不能提前釋放：要等到接收者用完后再釋放。另外，不能是局部變量。

FreeRTOS_10_queue_bigtransfer程序會創(chuàng)建一個隊列，然后創(chuàng)建1個發(fā)送任務、1個接收任務：

• 創(chuàng)建的隊列：長度為1，用來傳輸"char *"指針
• 發(fā)送任務優(yōu)先級為1，在字符數(shù)組中寫好數(shù)據(jù)后，把它的地址寫入隊列
• 接收任務優(yōu)先級為2，讀隊列得到"char *"值，把它打印出來

這個程序故意設置接收任務的優(yōu)先級更高，在它訪問數(shù)組的過程中，接收任務無法執(zhí)行、無法寫這個數(shù)組。

main函數(shù)中創(chuàng)建了隊列、創(chuàng)建了發(fā)送任務、接收任務，代碼如下：

/* 定義一個字符數(shù)組 */
static char pcBuffer[100];


/* vSenderTask被用來創(chuàng)建2個任務，用于寫隊列
 * vReceiverTask被用來創(chuàng)建1個任務，用于讀隊列
 */
static void vSenderTask( void *pvParameters );
static void vReceiverTask( void *pvParameters );

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

/* 隊列句柄, 創(chuàng)建隊列時會設置這個變量 */
QueueHandle_t xQueue;

int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
    /* 創(chuàng)建隊列: 長度為1，數(shù)據(jù)大小為4字節(jié)(存放一個char指針) */
    xQueue = xQueueCreate( 1, sizeof(char *) );

	if( xQueue != NULL )
	{
		/* 創(chuàng)建1個任務用于寫隊列
		 * 任務函數(shù)會連續(xù)執(zhí)行，構造buffer數(shù)據(jù)，把buffer地址寫入隊列
		 * 優(yōu)先級為1
		 */
		xTaskCreate( vSenderTask, "Sender", 1000, NULL, 1, NULL );

		/* 創(chuàng)建1個任務用于讀隊列
		 * 優(yōu)先級為2, 高于上面的兩個任務
		 * 這意味著讀隊列得到buffer地址后，本任務使用buffer時不會被打斷
		 */
		xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 2, NULL );

		/* 啟動調(diào)度器 */
		vTaskStartScheduler();
	}
	else
	{
		/* 無法創(chuàng)建隊列 */
	}

	/* 如果程序運行到了這里就表示出錯了, 一般是內(nèi)存不足 */
	return 0;
}

發(fā)送任務的函數(shù)中，現(xiàn)在全局大數(shù)組pcBuffer中構造數(shù)據(jù)，然后把它的地址寫入隊列，代碼如下：

static void vSenderTask( void *pvParameters )
{
	BaseType_t xStatus;
	static int cnt = 0;
	
	char *buffer;

	/* 無限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		sprintf(pcBuffer, "www.100ask.net Msg %d\r\n", cnt++);
		buffer = pcBuffer; // buffer變量等于數(shù)組的地址, 下面要把這個地址寫入隊列
		
		/* 寫隊列
		 * xQueue: 寫哪個隊列
		 * pvParameters: 寫什么數(shù)據(jù)? 傳入數(shù)據(jù)的地址, 會從這個地址把數(shù)據(jù)復制進隊列
		 * 0: 如果隊列滿的話, 即刻返回
		 */
		xStatus = xQueueSendToBack( xQueue, &buffer, 0 ); /* 只需要寫入4字節(jié), 無需寫入整個buffer */

		if( xStatus != pdPASS )
		{
			printf( "Could not send to the queue.\r\n" );
		}
	}
}

接收任務的函數(shù)中，讀取隊列、得到buffer的地址、打印，代碼如下：

static void vReceiverTask( void *pvParameters )
{
	/* 讀取隊列時, 用這個變量來存放數(shù)據(jù) */
	char *buffer;
	const TickType_t xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS( 100UL );	
	BaseType_t xStatus;

	/* 無限循環(huán) */
	for( ;; )
	{
		/* 讀隊列
		 * xQueue: 讀哪個隊列
		 * &xReceivedStructure: 讀到的數(shù)據(jù)復制到這個地址
		 * xTicksToWait: 沒有數(shù)據(jù)就阻塞一會
		 */
		xStatus = xQueueReceive( xQueue, &buffer, xTicksToWait); /* 得到buffer地址，只是4字節(jié) */

		if( xStatus == pdPASS )
		{
			/* 讀到了數(shù)據(jù) */
			printf("Get: %s", buffer);
		}
		else
		{
			/* 沒讀到數(shù)據(jù) */
			printf( "Could not receive from the queue.\r\n" );
		}
	}
}

運行結果如下圖所示：

5.6 示例11: 郵箱(Mailbox)

本節(jié)代碼為：FreeRTOS_11_queue_mailbox。

FreeRTOS的郵箱概念跟別的RTOS不一樣，這里的郵箱稱為"櫥窗"也許更恰當：

• 它是一個隊列，隊列長度只有1
• 寫郵箱：新數(shù)據(jù)覆蓋舊數(shù)據(jù)，在任務中使用xQueueOverwrite()，在中斷中使用xQueueOverwriteFromISR()。
  既然是覆蓋，那么無論郵箱中是否有數(shù)據(jù)，這些函數(shù)總能成功寫入數(shù)據(jù)。
• 讀郵箱：讀數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)不會被移除；在任務中使用xQueuePeek()，在中斷中使用xQueuePeekFromISR()。
  這意味著，第一次調(diào)用時會因為無數(shù)據(jù)而阻塞，一旦曾經(jīng)寫入數(shù)據(jù)，以后讀郵箱時總能成功。

main函數(shù)中創(chuàng)建了隊列(隊列長度為1)、創(chuàng)建了發(fā)送任務、接收任務：

• 發(fā)送任務的優(yōu)先級為2，它先執(zhí)行
• 接收任務的優(yōu)先級為1

代碼如下：

/* 隊列句柄, 創(chuàng)建隊列時會設置這個變量 */
QueueHandle_t xQueue;

int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
    /* 創(chuàng)建隊列: 長度為1，數(shù)據(jù)大小為4字節(jié)(存放一個char指針) */
    xQueue = xQueueCreate( 1, sizeof(uint32_t) );

	if( xQueue != NULL )
	{
		/* 創(chuàng)建1個任務用于寫隊列
		 * 任務函數(shù)會連續(xù)執(zhí)行，構造buffer數(shù)據(jù)，把buffer地址寫入隊列
		 * 優(yōu)先級為2
		 */
		xTaskCreate( vSenderTask, "Sender", 1000, NULL, 2, NULL );

		/* 創(chuàng)建1個任務用于讀隊列
		 * 優(yōu)先級為1
		 */
		xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 1, NULL );

		/* 啟動調(diào)度器 */
		vTaskStartScheduler();
	}
	else
	{
		/* 無法創(chuàng)建隊列 */
	}

	/* 如果程序運行到了這里就表示出錯了, 一般是內(nèi)存不足 */
	return 0;
}

發(fā)送任務、接收任務的代碼和執(zhí)行流程如下：

• A：發(fā)送任務先執(zhí)行，馬上阻塞
• BC：接收任務執(zhí)行，這是郵箱無數(shù)據(jù)，打印"Could not …"。在發(fā)送任務阻塞過程中，接收任務多次執(zhí)行、多次打印。
• D：發(fā)送任務從阻塞狀態(tài)退出，立刻執(zhí)行、寫隊列
• E：發(fā)送任務再次阻塞
• FG、HI、……：接收任務不斷"偷看"郵箱，得到同一個數(shù)據(jù)，打印出多個"Get: 0"
• J：發(fā)送任務從阻塞狀態(tài)退出，立刻執(zhí)行、覆蓋隊列，寫入1
• K：發(fā)送任務再次阻塞
• LM、……：接收任務不斷"偷看"郵箱，得到同一個數(shù)據(jù)，打印出多個"Get: 1"

運行結果如下圖所示：