RTOS中Queue的工作原理

Queue概述

Queue即消息隊(duì)列是通過(guò)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(duì)列(Queue)是與棧對(duì)應(yīng)的概念；棧是FILO結(jié)構(gòu)，而隊(duì)列是FIFO結(jié)構(gòu)。FreeRTOS原生的隊(duì)列支持從高位添加新數(shù)據(jù)，但CMSIS簡(jiǎn)化刪去了這一功能，即只能從隊(duì)列底部推入數(shù)據(jù)并且對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型有限制，這一簡(jiǎn)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(duì)列
  該函數(shù)會(huì)涉及osMessageQueueAttr_t **配置結(jié)構(gòu)體；主要用于配置Control Block和名稱(chēng)；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(duì)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(duì)列
@retval    -隊(duì)列地址(Queue Identifier)
@param     msg_count -隊(duì)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(duì)象,一般為NULL。 當(dāng)傳入NULL時(shí)，僅使用xQueueCreate()動(dòng)態(tài)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)大小、數(shù)量的隊(duì)列;
*/

2.使用**osMessageQueueDelete() **刪除隊(duì)列

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

osStatus_t osMessageQueueDelete (osMessageQueueId_t mq_id);/*刪除隊(duì)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(duì)列配置信息

uint32_t osMessageQueueGetCapacity (osMessageQueueId_t  mq_id );
/*獲取隊(duì)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(xún)隊(duì)列中空位(未填入變量)的數(shù)量
*/
uint32_t osMessageQueueGetCount (osMessageQueueId_t  mq_id );/*
  查詢(xún)隊(duì)列中已寫(xiě)入的消息(變量)數(shù)量
*/

4.※ 讀取(取出)/寫(xiě)入隊(duì)列

關(guān)于阻塞超時(shí)時(shí)間：

①讀取(取出)阻塞超時(shí)：當(dāng)任務(wù)讀一個(gè)消息隊(duì)列時(shí)，可通過(guò)osMessageQueueGet()設(shè)置阻塞超時(shí)時(shí)間。在這段時(shí)間中，如果隊(duì)列為空(無(wú)變量)，該任務(wù)將保持BLOCK狀態(tài)以等待隊(duì)列數(shù)據(jù)有效。在此期間當(dāng)任務(wù)檢測(cè)到其等待的隊(duì)列中寫(xiě)入了數(shù)據(jù)時(shí)，將自動(dòng)由BLOCK態(tài)轉(zhuǎn)移為READY態(tài)。當(dāng)?shù)却臅r(shí)間超過(guò)了指定的阻塞時(shí)間，即使隊(duì)列中尚無(wú)數(shù)據(jù)，任務(wù)也會(huì)自動(dòng)從阻塞態(tài)轉(zhuǎn)移為READY態(tài)。此時(shí)程序會(huì)返回osErrorTimeout錯(cuò)誤。若沒(méi)有設(shè)置阻塞超時(shí)且參數(shù)正確，返回osErrorResource錯(cuò)誤**。**

由于隊(duì)列可以被多個(gè)任務(wù)讀取，所以對(duì)單個(gè)隊(duì)列而言，也可能有多個(gè)任務(wù)處于BLOCK
狀態(tài)以等待隊(duì)列數(shù)據(jù)有效。這種情況下，一旦隊(duì)列數(shù)據(jù)有效，所有等待任務(wù)中優(yōu)先級(jí)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(jí)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(xiě)入阻塞超時(shí): 同讀隊(duì)列一樣，任務(wù)也可以在寫(xiě)隊(duì)列時(shí)指定一個(gè)阻塞超時(shí)時(shí)間。這個(gè)時(shí)間是當(dāng)被寫(xiě)隊(duì)列已滿(mǎn)時(shí)，任務(wù)進(jìn)入BLOCK態(tài)以等待隊(duì)列空間有效的最長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)?shù)却臅r(shí)間超過(guò)了指定的阻塞時(shí)間，即使隊(duì)列中尚無(wú)數(shù)據(jù)，任務(wù)也會(huì)自動(dòng)從BLOCK態(tài)轉(zhuǎn)移為READY態(tài)。此時(shí)程序會(huì)返回osErrorTimeout錯(cuò)誤。若沒(méi)有設(shè)置阻塞超時(shí)且參數(shù)正確，返回osErrorResource錯(cuò)誤。由于隊(duì)列可以被多個(gè)任務(wù)寫(xiě)入，所以對(duì)單個(gè)隊(duì)列而言，也可能有多個(gè)任務(wù)處于BLOCK
狀態(tài)以等待隊(duì)列空間有效。這種情況下，一旦隊(duì)列空間有效，所有等待任務(wù)中優(yōu)先級(jí)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(jí)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(shí)時(shí)間（timeout 變量）有三種配置：

==  0U     //不設(shè)置阻塞超時(shí)時(shí)間，若出現(xiàn)上述隊(duì)列異常函數(shù)將直接報(bào)錯(cuò)返回
 ==  osWaitForever  //任務(wù)將一直阻塞直到空隊(duì)列被寫(xiě)入/滿(mǎn)隊(duì)列被取出數(shù)據(jù)
 ==  Ticks   //設(shè)置具體等待時(shí)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(chǔ)存讀取結(jié)果的變量地址
uint8_t *  msg_prio,  // ==NULL
uint32_t  timeout    //阻塞超時(shí)時(shí)間
);

①用 osMessageQueuePut() 寫(xiě)入**【※可在中斷中使用】**

osStatus_t osMessageQueuePut ( osMessageQueueId_t  mq_id,
const void *  msg_ptr,     //儲(chǔ)存寫(xiě)入內(nèi)容的變量地址
uint8_t  msg_prio,        //==0U
uint32_t  timeout         //阻塞超時(shí)時(shí)間
);

讀出/寫(xiě)入的返回狀態(tài)值:

-osOK: 取出/寫(xiě)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(duì)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.
*/