FreeRTOS系列第23篇---FreeRTOS队列分析

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ID：技术让梦想更伟大

整理：李肖遥

FreeRTOS提供了多种任务间通讯方式，包括：

• 任务通知（版本V8.2以及以上版本）
• 队列
• 二进制信号量
• 计数信号量
• 互斥量
• 递归互斥量

其中，二进制信号量、计数信号量、互斥量和递归互斥量都是使用队列来实现的，因此掌握队列的运行机制，是很有必要的。

队列是FreeRTOS主要的任务间通讯方式。可以在任务与任务间、中断和任务间传送信息。

发送到队列的消息是通过拷贝实现的，这意味着队列存储的数据是原数据，而不是原数据的引用。

「先看一下队列的数据结构：」

typedef struct QueueDefinition
{
  int8_t *pcHead;             /* 指向队列存储区起始位置,即第一个队列项 */
  int8_t *pcTail;             /* 指向队列存储区结束后的下一个字节 */
  int8_t *pcWriteTo;          /* 指向下队列存储区的下一个空闲位置 */


  union                       /* 使用联合体用来确保两个互斥的结构体成员不会同时出现 */
  {
      int8_t *pcReadFrom;     /* 当结构体用于队列时,这个字段指向出队项目中的最后一个. */
      UBaseType_t uxRecursiveCallCount;/* 当结构体用于互斥量时,用作计数器,保存递归互斥量被"获取"的次数. */
  } u;


  List_t xTasksWaitingToSend;      /* 因为等待入队而阻塞的任务列表,按照优先级顺序存储 */
  List_t xTasksWaitingToReceive;   /* 因为等待队列项而阻塞的任务列表,按照优先级顺序存储 */


  volatile UBaseType_t uxMessagesWaiting;/*< 当前队列的队列项数目 */
  UBaseType_t uxLength;            /* 队列项的数目 */
  UBaseType_t uxItemSize;          /* 每个队列项的大小 */


  volatile BaseType_t xRxLock;   /* 队列上锁后,存储从队列收到的列表项数目，如果队列没有上锁，设置为queueUNLOCKED */
  volatile BaseType_t xTxLock;   /* 队列上锁后,存储发送到队列的列表项数目，如果队列没有上锁，设置为queueUNLOCKED */


  #if ( configUSE_QUEUE_SETS == 1 )
      struct QueueDefinition *pxQueueSetContainer;
  #endif


  #if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
      UBaseType_t uxQueueNumber;
      uint8_t ucQueueType;
  #endif


  #if ( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )
      uint8_t ucStaticAllocationFlags;
  #endif


} xQUEUE;

typedef xQUEUE Queue_t;
下面的所有API函数都是围绕这个数据结构展开，因此数据结构的每个成员都需要了解。

如果你是第一次看这篇文章，即使有注释，可能你对结构体的某些成员还是不理解，不要着急，这是正常的。

后面介绍API函数的时候，会一一使用这些成员，结合着具体实例，会很容理解的，你需要做的，是要反复翻到这里查看。

1.队列创建函数

在《FreeRTOS系列第18篇---FreeRTOS队列API函数》一文中，我们介绍了创建队列API函数xQueueCreate()，但其实这是一个宏，只是定义的像函数而已。

真正被执行的函数是xQueueGenericCreate()，我们称这个函数为通用队列创建函数。

我们来分析一下xQueueGenericCreate()函数，函数原型为：

QueueHandle_t xQueueGenericCreate
( 
        const UBaseType_t uxQueueLength, 
        const UBaseType_t uxItemSize, 
        uint8_t *pucQueueStorage, 
        StaticQueue_t *pxStaticQueue, 
        const uint8_t ucQueueType 
)


• 「uxQueueLength」：队列项数目
• 「uxItemSize」：每个队列项的大小
• 「pucQueueStorage」：使用静态分配队列时才使用，指向定义队列存储空间，如果使用动态分配队列空间（默认），向这个参数传递NULL。
• 「pxStaticQueue」：使用静态分配队列时才使用，指向队列控制结构体，如果使用动态分配队列空间（默认），向这个参数传递NULL。
• 「ucQueueType」：类型。可能的值为：
• queueQUEUE_TYPE_BASE：表示队列
• queueQUEUE_TYPE_SET：表示队列集合
• queueQUEUE_TYPE_MUTEX：表示互斥量
• queueQUEUE_TYPE_COUNTING_SEMAPHORE：表示计数信号量
• queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE：表示二进制信号量
• queueQUEUE_TYPE_RECURSIVE_MUTEX ：表示递归互斥量

然而，等下我们看源码，就会看到，在xQueueGenericCreate()函数中，参数ucQueueType只是用来可视化跟踪调试用。

xQueueGenericCreate()函数的源码如下所示：

QueueHandle_t xQueueGenericCreate( 
            const UBaseType_t uxQueueLength, 
            const UBaseType_t uxItemSize, 
           uint8_t *pucQueueStorage, 
           StaticQueue_t *pxStaticQueue, 
           const uint8_t ucQueueType )
{
Queue_t *pxNewQueue;


  /* 如果使能可视化跟踪调试,这里用来消除编译器警告. */
  ( void ) ucQueueType;


  /*分配队列结构体和队列项存储空间.可以静态也可以动态分配,取决于参数值,FreeRTOS默认采取动态分配 */
  pxNewQueue = prvAllocateQueueMemory( uxQueueLength, uxItemSize,