基于FreeRTOS的STM32F103系統(tǒng)—隊列

在FreeRTOS中，隊列是實現(xiàn)任務之間同步、互斥和通信的一種重要方法（其他的實現(xiàn)方法有：任務通知、事件組、信號量、互斥量）。

任何任務都可以向隊列里存放任何數(shù)據，任何任務也可以從隊列里讀取數(shù)據，實現(xiàn)不同任務之間的通信。

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隊列特性

隊列的數(shù)據的操作采用先進先出的方法(FIFO，F(xiàn)irst In First Out)：寫數(shù)據時放到尾部，讀數(shù)據時從頭部讀，邏輯順序如下圖所示。

使用隊列傳輸數(shù)據時有兩種方法：

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

FreeRTOS中的隊列一般都使用拷貝的方式傳輸數(shù)據，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，發(fā)送任務、接收任務解耦時，接收任務不需要知道這數(shù)據是誰的、也不需要發(fā)送任務來釋放數(shù)據。

如果數(shù)據實在太大，還是可以使用隊列傳輸它的地址。

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隊列函數(shù)

1.創(chuàng)建

隊列的創(chuàng)建有兩種方法：動態(tài)分配內存、靜態(tài)分配內存。

一般都用動態(tài)分配內存的方法，使用函數(shù)：xQueueCreate()

QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize );

參數(shù)解釋：

• uxQueueLength ：隊列長度
• uxItemSize：每個數(shù)據的大小，以字節(jié)為單位
• 返回值：非0：成功，返回句柄，以后使用句柄來操作隊列；NULL：失敗，因為內存不足

2.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，它會釋放內存。

void vQueueDelete( QueueHandle_t xQueue );

參數(shù)解釋：

• xQueue：隊列句柄

3.寫隊列

可以把數(shù)據寫到隊列頭部，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。

在任務中使用：

BaseType_t xQueueSend( QueueHandle_t xQueue,const void *pvItemToQueue,TickType_t xTicksToWait );

在ISR中使用：

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

參數(shù)解釋：

• xQueue ：隊列句柄，要寫哪個隊列
• pvItemToQueue ： 數(shù)據指針，這個數(shù)據的值會被復制進隊列
• xTicksToWait ：如果隊列滿則無法寫入新數(shù)據，可以讓任務進入阻塞狀態(tài)，xTicksToWait表示阻塞的最大時間(Tick Count)。如果被設為0，無法寫入數(shù)據時函數(shù)會立刻返回；如果被設為portMAX_DELAY，則會一直阻塞直到有空間可寫
• 返回值：pdPASS：數(shù)據成功寫入了隊列；errQUEUE_FULL：寫入失敗，因為隊列滿了。

4.讀隊列

使用 xQueueReceive() 函數(shù)讀隊列，讀到一個數(shù)據后，隊列中該數(shù)據會被移除。這個函數(shù)有兩個版 本：在任務中使用、在ISR 中使用。

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)解釋：

• xQueue ：隊列句柄，要寫哪個隊列
• pvBuffffer： bufer 指針，隊列的數(shù)據會被復制到這個 buffer
• xTicksToWait ：如果隊列空則無法讀出數(shù)據，可以讓任務進入阻塞狀態(tài)，xTicksToWait表示阻塞的最大時間(Tick Count)。如果被設為0，無法讀出數(shù)據時函數(shù)會立刻返回；如果被設為portMAX_DELAY，則會一直阻塞直到有數(shù)據可寫
• 返回值：pdPASS：從隊列讀出數(shù)據入；errQUEUE_EMPTY：讀取失敗，因為隊列空了。

5.其他

復位：隊列剛被創(chuàng)建時，里面沒有數(shù)據；使用過程中可以調用 xQueueReset() 把隊列恢復為初始狀態(tài)。

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

查詢：可以查詢隊列中有多少個數(shù)據、有多少空余空間。

/** 返回隊列中可用數(shù)據的個數(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 );

覆蓋：當隊列長度為 1 時，可以使用 xQueueOverwrite() 或 xQueueOverwriteFromISR() 來覆蓋數(shù)據。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，這也以為著這些函數(shù)不會被阻塞。

/* 覆蓋隊列
 * xQueue: 寫哪個隊列
 * pvItemToQueue: 數(shù)據地址
 * 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 );

偷看：如果想讓隊列中的數(shù)據供多方讀取，也就是說讀取時不要移除數(shù)據，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，但是不移除數(shù)據。這也意味著，如果隊列中沒有數(shù)據，那么" 偷看 " 時會導致阻塞；一旦隊列中有數(shù)據，以后每次 " 偷看" 都會成功。

/* 偷看隊列
 * xQueue: 偷看哪個隊列
 * pvItemToQueue: 數(shù)據地址, 用來保存復制出來的數(shù)據
 * xTicksToWait: 沒有數(shù)據的話阻塞一會
 * 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, );

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隊列實驗

代碼：

/* 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)據就會被讀走
     */
    xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 2, NULL );

    /* 啟動調度器 */
    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, 一般是內存不足 */
  return 0;
}
/*-----------------------------------------------------------*/



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

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? 傳入數(shù)據的地址, 會從這個地址把數(shù)據復制進隊列
     * 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.rn" );
    }
  }
}
/*-----------------------------------------------------------*/

static void vReceiverTask( void *pvParameters )
{
  /* 讀取隊列時, 用這個變量來存放數(shù)據 */
  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 */
      printf( "Received = %drn", lReceivedValue );
    }
    else
    {
      /* 沒讀到數(shù)據 */
      printf( "Could not receive from the queue.rn" );
    }
  }
}

在這個程序中，有一個接收隊列數(shù)據的任務，兩個發(fā)送隊列數(shù)據的任務，接收隊列數(shù)據的任務優(yōu)先級高，先執(zhí)行，但是這時隊列為空，觸發(fā)該任務阻塞，這時低優(yōu)先級的任務交替執(zhí)行，向隊列中發(fā)送數(shù)據，接收任務發(fā)現(xiàn)隊列不為空后（解除觸發(fā)的事件），立刻被喚醒從隊列中讀取數(shù)據并打印出來，實驗結果和邏輯圖如下：