RTOS中Queue的工作原理

Queue概述

Queue即消息隊列是通過RTOS內(nèi)核提供的一種服務(wù)。它是一種線程間同步數(shù)據(jù)的安全方法。

隊列(Queue)是與棧對應(yīng)的概念；棧是FILO結(jié)構(gòu)，而隊列是FIFO結(jié)構(gòu)。FreeRTOS原生的隊列支持從高位添加新數(shù)據(jù)，但CMSIS簡化刪去了這一功能，即只能從隊列底部推入數(shù)據(jù)并且對數(shù)據(jù)類型有限制，這一簡化一般不影響使用。

• RTOS中Queue的工作原理：

• API Description:
  1.使用**osMessageQueueNew() 創(chuàng)建隊列
  該函數(shù)會涉及osMessageQueueAttr_t **配置結(jié)構(gòu)體；主要用于配置Control Block和名稱；一旦使用該結(jié)構(gòu)體將導(dǎo)致只能使用靜態(tài)方式創(chuàng)建隊列；一般傳入NULL即可

osMessageQueueId_t osMessageQueueNew (uint32_t msg_count, uint32_t msg_size, const osMessageQueueAttr_t *attr);/*
創(chuàng)建新的Queue隊列
@retval    -隊列地址(Queue Identifier)
@param     msg_count -隊列可容納的消息(變量)數(shù)量
@param     msg_size  -消息(變量)占用的空間[通常用sizeof()填入]
@param     *attr     -配置結(jié)構(gòu)體對象,一般為NULL。 當(dāng)傳入NULL時，僅使用xQueueCreate()動態(tài)創(chuàng)建對應(yīng)大小、數(shù)量的隊列;
*/

2.使用**osMessageQueueDelete() **刪除隊列

該函數(shù)能釋放隊列占用的空間并清除其中內(nèi)容和任務(wù)規(guī)劃。隊列刪除后可通過**osMessageQueueNew() **重新創(chuàng)建。

osStatus_t osMessageQueueDelete (osMessageQueueId_t mq_id);/*刪除隊列
@retval     -osOK: the message queue object has been deleted.
            -osErrorParameter: parameter mq_id is NULL or invalid.
            -osErrorResource: the message queue is in an invalid state.
            -osErrorISR: osMessageQueueDelete cannot be called from interrupt service routines.
*/

3.獲取隊列配置信息

uint32_t osMessageQueueGetCapacity (osMessageQueueId_t  mq_id );
/*獲取隊列可容納的消息(變量)數(shù)量; []
*/
uint32_t osMessageQueueGetMsgSize (osMessageQueueId_t  mq_id );
/* 獲取消息(變量)占用的空間 [單位byte]
*/

uint32_t osMessageQueueGetSpace (osMessageQueueId_t  mq_id );/*
  查詢隊列中空位(未填入變量)的數(shù)量
*/
uint32_t osMessageQueueGetCount (osMessageQueueId_t  mq_id );/*
  查詢隊列中已寫入的消息(變量)數(shù)量
*/

4.※ 讀取(取出)/寫入隊列

關(guān)于阻塞超時時間：

①讀取(取出)阻塞超時：當(dāng)任務(wù)讀一個消息隊列時，可通過osMessageQueueGet()設(shè)置阻塞超時時間。在這段時間中，如果隊列為空(無變量)，該任務(wù)將保持BLOCK狀態(tài)以等待隊列數(shù)據(jù)有效。在此期間當(dāng)任務(wù)檢測到其等待的隊列中寫入了數(shù)據(jù)時，將自動由BLOCK態(tài)轉(zhuǎn)移為READY態(tài)。當(dāng)?shù)却臅r間超過了指定的阻塞時間，即使隊列中尚無數(shù)據(jù)，任務(wù)也會自動從阻塞態(tài)轉(zhuǎn)移為READY態(tài)。此時程序會返回osErrorTimeout錯誤。若沒有設(shè)置阻塞超時且參數(shù)正確，返回osErrorResource錯誤**。**

由于隊列可以被多個任務(wù)讀取，所以對單個隊列而言，也可能有多個任務(wù)處于BLOCK
狀態(tài)以等待隊列數(shù)據(jù)有效。這種情況下，一旦隊列數(shù)據(jù)有效，所有等待任務(wù)中優(yōu)先級最高的任務(wù)被執(zhí)行。而如果所有等待任務(wù)的優(yōu)先級相同，那么被解除阻塞的任務(wù)將是等待最久的任務(wù)。

②寫入阻塞超時: 同讀隊列一樣，任務(wù)也可以在寫隊列時指定一個阻塞超時時間。這個時間是當(dāng)被寫隊列已滿時，任務(wù)進(jìn)入BLOCK態(tài)以等待隊列空間有效的最長時間。當(dāng)?shù)却臅r間超過了指定的阻塞時間，即使隊列中尚無數(shù)據(jù)，任務(wù)也會自動從BLOCK態(tài)轉(zhuǎn)移為READY態(tài)。此時程序會返回osErrorTimeout錯誤。若沒有設(shè)置阻塞超時且參數(shù)正確，返回osErrorResource錯誤。由于隊列可以被多個任務(wù)寫入，所以對單個隊列而言，也可能有多個任務(wù)處于BLOCK
狀態(tài)以等待隊列空間有效。這種情況下，一旦隊列空間有效，所有等待任務(wù)中優(yōu)先級最高的任務(wù)被執(zhí)行。而如果所有等待任務(wù)的優(yōu)先級相同，那么被解除阻塞的任務(wù)將是等待最久的任務(wù)。

阻塞超時時間（timeout 變量）有三種配置：

==  0U     //不設(shè)置阻塞超時時間，若出現(xiàn)上述隊列異常函數(shù)將直接報錯返回
 ==  osWaitForever  //任務(wù)將一直阻塞直到空隊列被寫入/滿隊列被取出數(shù)據(jù)
 ==  Ticks   //設(shè)置具體等待時間，單位為RTOS心跳數(shù)(Ticks)

①用 osMessageQueueGet() 取出數(shù)據(jù)**【※可在中斷中使用】**

osStatus_t osMessageQueueGet ( osMessageQueueId_t  mq_id,
void *  msg_ptr,       //儲存讀取結(jié)果的變量地址
uint8_t *  msg_prio,  // ==NULL
uint32_t  timeout    //阻塞超時時間
);

①用 osMessageQueuePut() 寫入**【※可在中斷中使用】**

osStatus_t osMessageQueuePut ( osMessageQueueId_t  mq_id,
const void *  msg_ptr,     //儲存寫入內(nèi)容的變量地址
uint8_t  msg_prio,        //==0U
uint32_t  timeout         //阻塞超時時間
);

讀出/寫入的返回狀態(tài)值:

-osOK: 取出/寫入成功
-osErrorTimeout: the message could not be retrieved from/put into the queue in the given time (timed-wait semantics).
-osErrorResource: nothing to get from the queue or no space to push.
-osErrorParameter: parameter mq_id is NULL or invalid, non-zero timeout specified in an ISR.

5.清空隊列

osStatus_t osMessageQueueReset (osMessageQueueId_t mq_id);/*
@retval:      -osOK: the message queue has been rest.
              -osErrorParameter: parameter mq_id is NULL or invalid.
              -osErrorResource: the message queue is in an invalid state.
              -osErrorISR: osMessageQueueReset cannot be called from interrupt service routines.
*/