RTOS消息隊(duì)列的應(yīng)用

基于RTOS的應(yīng)用中，通常使用隊(duì)列機(jī)制實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的數(shù)據(jù)交互，一個(gè)應(yīng)用程序可以有任意數(shù)量的消息隊(duì)列，每個(gè)消息隊(duì)列都有自己的用途。

什么是消息隊(duì)列?

消息隊(duì)列是一個(gè)內(nèi)核對(duì)象(即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))，通過(guò)它可以將消息從中斷或任務(wù)發(fā)送給另一個(gè)任務(wù)。一個(gè)應(yīng)用可以創(chuàng)建多個(gè)消息隊(duì)列。

例如，一個(gè)隊(duì)列可用于將從通信接口ISR中接收到的數(shù)據(jù)包傳遞給任務(wù)，由任務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的后續(xù)處理。另一個(gè)隊(duì)列負(fù)責(zé)將顯示內(nèi)容傳遞給顯示任務(wù)。



消息通常是指向?qū)嶋H消息存儲(chǔ)區(qū)域的指針。指針還可以指向接收任務(wù)要執(zhí)行的函數(shù)。消息的具體含義依賴于應(yīng)用。每個(gè)隊(duì)列存儲(chǔ)的消息數(shù)是可配置的。

隊(duì)列的長(zhǎng)度取決于應(yīng)用程序以及接收任務(wù)處理消息的速度，可以配置為保存一個(gè)消息(稱為郵箱)或多個(gè)消息。

隊(duì)列為空時(shí)，等待消息的任務(wù)將阻塞，直到消息發(fā)布。阻塞狀態(tài)的任務(wù)在等待消息時(shí)不會(huì)占用CPU時(shí)間。掛起任務(wù)還可以指定超時(shí)時(shí)間。如果在指定的時(shí)間內(nèi)未收到消息，任務(wù)將重新就緒。

隊(duì)列通常以先進(jìn)先出(FIFO)的方式實(shí)現(xiàn)，先收到的消息將先被處理。有些內(nèi)核也支持后進(jìn)先出(LIFO)的順序，后發(fā)送的消息先被任務(wù)提取。

使用消息隊(duì)列的一個(gè)重要方面，從消息發(fā)送到被處理前，存儲(chǔ)消息的區(qū)域內(nèi)容保持不變。這意味著隊(duì)列不能傳遞指向堆棧變量的指針、可能被其它代碼更改的全局變量等等。

為了保存消息，可以定義一個(gè)從內(nèi)存池獲取的特定結(jié)構(gòu)。發(fā)送消息的ISR或任務(wù)將從內(nèi)存池中獲取一個(gè)結(jié)構(gòu)，填充該結(jié)構(gòu)，并將指向該結(jié)構(gòu)的指針發(fā)送到隊(duì)列。接收任務(wù)將從隊(duì)列中獲取指針，處理結(jié)構(gòu)，完成后將結(jié)構(gòu)返回到內(nèi)存池中。

當(dāng)然，發(fā)送方和接收方需要使用同一內(nèi)存池，否則需在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的字段指示使用的內(nèi)存池。

在許多RTOS的隊(duì)列實(shí)現(xiàn)中，如果隊(duì)列已滿，則發(fā)送到隊(duì)列的消息將被丟棄。應(yīng)用程序可以通過(guò)相應(yīng)的機(jī)制解決該問(wèn)題。如在隊(duì)列滿時(shí)，發(fā)送任務(wù)將阻塞，直到接收方提取其中一條消息，如下圖所示：

1、根據(jù)隊(duì)列可接受的消息數(shù)初始化計(jì)數(shù)信號(hào)量。

2、在發(fā)消息之前，檢查信號(hào)量的值，如果為零，則發(fā)送任務(wù)阻塞等待。

3、如果信號(hào)量值不為零，則信號(hào)量計(jì)數(shù)減一，發(fā)送任務(wù)將消息發(fā)送到隊(duì)列。

4、接收任務(wù)掛起在消息隊(duì)列中。

5、當(dāng)接收到消息時(shí)，接收任務(wù)從隊(duì)列中提取指向該消息的指針，并發(fā)信號(hào)給信號(hào)量，表明隊(duì)列中的一條消息已被釋放。



由于中斷不允許阻塞，這種機(jī)制只適用于兩個(gè)任務(wù)之間。

隊(duì)列使用場(chǎng)景

使用隊(duì)列將消息從ISR或任務(wù)發(fā)送到另一個(gè)任務(wù)。

如果消息長(zhǎng)度為指針的大小，可以不必為消息并分配存儲(chǔ)區(qū)域并發(fā)送實(shí)際的消息。例如，如果一個(gè)指針是32位寬度，那么你可以將一個(gè)從12位ADC讀取的結(jié)果轉(zhuǎn)換為一個(gè)指針，并通過(guò)消息隊(duì)列發(fā)送。只要接收方將值轉(zhuǎn)換為整數(shù)即可。 如果任務(wù)知道一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有消息被發(fā)送，它可以使用超時(shí)機(jī)制將自己延遲相應(yīng)的時(shí)間。

在這種情況下，長(zhǎng)度為1的隊(duì)列即可滿足應(yīng)用需求。如果另一個(gè)任務(wù)或ISR發(fā)送消息，延遲將被終止，這可能是應(yīng)用想要實(shí)現(xiàn)的行為。

消息隊(duì)列可以用作信號(hào)量，通知任務(wù)事件發(fā)生。在這種情況下，消息可以是任何內(nèi)容。隊(duì)列的大小取決于應(yīng)用程序需要緩存多少個(gè)信號(hào)。 消息隊(duì)列還可以用作二進(jìn)制信號(hào)量或計(jì)數(shù)信號(hào)量，實(shí)現(xiàn)資源共享。

消息還可以用來(lái)模擬事件標(biāo)志，其中32位指針變量的每個(gè)位(轉(zhuǎn)換為整數(shù))表示一個(gè)事件。

消息隊(duì)列可用于實(shí)現(xiàn)堆棧結(jié)構(gòu)，使用后進(jìn)先出機(jī)制。

總結(jié)

消息隊(duì)列可以以多種不同的方式使用。實(shí)際上，由于隊(duì)列可以模擬許多系統(tǒng)服務(wù)，如信號(hào)量、時(shí)間延遲和事件標(biāo)志，用戶可能只使用消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的應(yīng)用程序。僅使用隊(duì)列服務(wù)，可以減少代碼的空間占用。

審核編輯：劉清