FreeRTOS操作系统队列及队列API函数（五）

FreeRTOS学习总结

前言

队列是为了任务与任务、任务与中断之间的通信而准备的，可以在任务与任务、任务与中
断之间传递消息，队列中可以存储有限的、大小固定的数据项目。任务与任务、任务与中断之
间要交流的数据保存在队列中，叫做队列项目。队列所能保存的最大数据项目数量叫做队列的
长度，创建队列的时候会指定数据项目的大小和队列的长度。由于队列用来传递消息的，所以
也称为消息队列。FreeRTOS 中的信号量的也是依据队列实现的！所以有必要深入的了解
FreeRTOS 的队列。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、队列功能

1、数据存储

通常队列采用先进先出(FIFO)的存储缓冲机制，也就是往队列发送数据的时候(也叫入队)永
远都是发送到队列的尾部，而从队列提取数据的时候(也叫出队)是从队列的头部提取的。但是
也可以使用 LIFO 的存储缓冲，也就是后进先出，FreeRTOS 中的队列也提供了 LIFO 的存储缓
冲机制。
数据发送到队列中会导致数据拷贝，也就是将要发送的数据拷贝到队列中，这就意味着在
队列中存储的是数据的原始值，而不是原数据的引用(即只传递数据的指针)，这个也叫做值传
递。

2、多任务访问

队列不是属于某个特别指定的任务的，任何任务都可以向队列中发送消息，或者从队列中
提取消息。

3、出队阻塞

当任务尝试从一个队列中读取消息的时候可以指定一个阻塞时间，这个阻塞时间就是当任
务从队列中读取消息无效的时候任务阻塞的时间。出队就是就从队列中读取消息，出队阻塞是
针对从队列中读取消息的任务而言的。

eg、任务 A 用于处理串口接收到的数据，串口接收到数
据以后就会放到队列 Q 中，任务 A 从队列 Q 中读取数据。但是如果此时队列 Q 是空的，说明
还没有数据，任务 A 这时候来读取的话肯定是获取不到任何东西，那该怎么办呢？任务 A 现在
有三种选择，一：二话不说扭头就走，二：要不我在等等吧，等一会看看，说不定一会就有数
据了，三：死等，死也要等到你有数据！

*1.*如果阻塞时间为0就是不阻塞，没有数据的话会马上返回任务继续执行接下来的代码。
2、如果阻塞时间为 0~ portMAX_DELAY，当任务没有从队列中获
取到消息的话就进入阻塞态，阻塞时间指定了任务进入阻塞态的时间，当阻塞时间到了以后还没有接收到数据的话就退出阻塞态，返回任务接着运行下面的代码，如果在阻塞时间内接收到了数据就立即返回，执行任务中下面的代码
3、当阻塞时间设置为portMAX_DELAY 的话，任务就会一直进入阻塞态等待，直到接收到数据为止！

4、入队阻塞

入队说的是向队列中发送消息，将消息加入到队列中。和出队阻塞一样，当一个任务向队
列发送消息的话也可以设置阻塞时间。

二、队列操作过程图示

1.创建队列

图 13.1.1 中任务 A 要向任务 B 发送消息，这个消息是 x 变量的值。首先创建一个队列，并
且指定队列的长度和每条消息的长度。这里我们创建了一个长度为 4 的队列，因为要传递的是
x 值，而 x 是个 int 类型的变量，所以每条消息的长度就是 int 类型的长度，在 STM32 中就是 4
字节，即每条消息是 4 个字节的。

2、向队列发送第一个消息

任务 A 的变量 x 值为 10，将这个值发送到消息队列中。此时队列剩余长度就是3 了。前面说了向队列中发送消息是采用拷贝的方式，所以一旦消息发送完成变量 x 就可以再次被使用，赋其他的值。

3、向队列发送第二个消息

图 13.1.3 中任务 A 又向队列发送了一个消息，即新的 x 的值，这里是 20。此时队列剩余长
度为 2。

4、从队列中读取消息

中任务 B 从队列中读取消息，并将读取到的消息值赋值给 y，这样 y 就等于 10了。任务 B 从队列中读取消息完成以后可以选择清除掉这个消息或者不清除。当选择清除这个消息的话其他任务或中断就不能获取这个消息了，而且队列剩余大小就会加一，变成 3。如果
不清除的话其他任务或中断也可以获取这个消息，而队列剩余大小依旧是 2。

先发送的先读取，后发送的后读取

二、API函数

1、队列创建函数

函数 xQueueCreate()

QueueHandle_t xQueueCreate(UBaseType_t uxQueueLength,
UBaseType_t uxItemSize)

参数：
uxQueueLength：要创建的队列的队列长度，这里是队列的数量
uxItemSize： 队列中每个项目(消息)的长度，单位为字节 队列创捷成功以后返回的队列句柄！
NULL: 队列创建失败

2、入队函数

中断级一般不使用

1、函数 xQueueSend()、xQueueSendToBack()和 xQueueSendToFront()

这三个函数都是用于向队列中发送消息的，这三个函数本质都是宏，其中函数 xQueueSend()
和 xQueueSendToBack()是一样的，都是后向入队，即将新的消息插入到队列的后面。函数
xQueueSendToToFront()是前向入队，即将新消息插入到队列的前面。然而！这三个函数最后都
是调用的同一个函数：xQueueGenericSend()。这三个函数只能用于任务函数中，不能用于中断
服务函数，中断服务函数有专用的函数，它们以“FromISR”结尾，这三个函数的原型如下：

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

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

xQueue： 队列句柄，指明要向哪个队列发送数据，创建队列成功以后会返回此队列的
队列句柄。
pvItemToQueue：指向要发送的消息，发送时候会将这个消息拷贝到队列中。
xTicksToWait： 阻塞时间，此参数指示当队列满的时候任务进入阻塞态等待队列空闲的最大
时间。如果为 0 的话当队列满的时候就立即返回；当为 portMAX_DELAY 的
话就会一直等待，直到队列有空闲的队列 项，也就是死等，但是宏
INCLUDE_vTaskSuspend 必须为 1。
返回值：
pdPASS： 向队列发送消息成功！
errQUEUE_FULL: 队列已经满了，消息发送失败。

2、队列操作实践

主要代码：

任务与任务之间：


发送：

接收：
阻塞时间采用死等的方式

（串口）中断发送：


定时器接收：

总结

今天学习了队列的具体操作以及API函数的应用，要注意的是参数的使用方法。
继续加油！