FreeRTOS支持多任务操作，那么任务之间以及任务与中断之间肯定需要通讯与同步，因此，继任务相关内容学习之后，下一个重要的概念就是队列。
队列能够存储一定数目、大小固定的数据项目。因此创建队列时，需要指明数据的长度length和数据元素的大小 size。这里将队列类比成火车，长度length对应火车的节数，元素大小size对应每节车厢容纳人数。
队列特性主要有：
入队，从队列中读取数据叫出队 队列也有动态创建xQueueCreate()和静态创建xQueueCreateStatic()两种方式。
| API | 功能 |
|---|---|
| xQueueCreate() | 动态创建，内存由编辑器负责分配 |
| xQueueCreateStatic() | 静态创建，需要程序员提供结构体和实际储存区的地址 |
以动态创建为例，其归根结底还是调用了一个通用 API xQueueGenericCreate()，这个API不仅可以创建队列，也是创建信号量的底层函数。
QueueHandle_t xQueueGenericCreate( const UBaseType_t uxQueueLength, //队列长度
const UBaseType_t uxItemSize,//队列中每个消息的长度，单位为字节
const uint8_t ucQueueType ) //队列类型
重点在于ucQueueType队列类型这个参数，它一共有6种类型：
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
实际上，信号量就是在队列的基础上延伸出来的，是对队列的约束。关于信号量，后面内容会讲。
与任务创建类似，队列的创建也需要两块内存，分别是队列结构体和队列项存储区，这两块内存是连续的。
队列结构体成员参数解释如下：
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;
QueueHandle_t xQueueGenericCreate( const UBaseType_t uxQueueLength,
const UBaseType_t uxItemSize,
const uint8_t ucQueueType )
{
Queue_t * pxNewQueue;
size_t xQueueSizeInBytes;
uint8_t * pucQueueStorage;
configASSERT( uxQueueLength > ( UBaseType_t ) 0 );
// 计算队列存储区大小
xQueueSizeInBytes = ( size_t ) ( uxQueueLength * uxItemSize );
/* Check for multiplication overflow. */
configASSERT( ( uxItemSize == 0 ) || ( uxQueueLength == ( xQueueSizeInBytes / uxItemSize ) ) );
/* Check for addition overflow. */
configASSERT( ( sizeof( Queue_t ) + xQueueSizeInBytes ) > xQueueSizeInBytes );
// 为队列结构体和队列项存储区申请内存
pxNewQueue = ( Queue_t * ) pvPortMalloc( sizeof( Queue_t ) + xQueueSizeInBytes ); /*lint !e9087 !e9079 see comment above. */
// 内存申请成功
if( pxNewQueue != NULL )
{
// 计算队列项存储区的首地址
pucQueueStorage = ( uint8_t * ) pxNewQueue;
pucQueueStorage += sizeof( Queue_t );
#if ( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )
{
// 动态申请内存的话，那么这个成员参数设置为 pdFALSE
pxNewQueue->ucStaticallyAllocated = pdFALSE;
}
#endif /* configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION */
// 初始化队列结构体成员参数
prvInitialiseNewQueue( uxQueueLength, uxItemSize, pucQueueStorage, ucQueueType, pxNewQueue );
}
else
{
traceQUEUE_CREATE_FAILED( ucQueueType );
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
return pxNewQueue;
}
简要的流程图如下：主要就是分配内存，然后对队列结构体进行初始化。
入队函数分为任务级与中断级，但这些 API 都是宏定义。
任务级入队函数都是调用的同一个函数xQueueGenericSend，其参数如下
BaseType_t xQueueGenericSend( QueueHandle_t xQueue, //队列句柄
const void * const pvItemToQueue, //指向要发送的消息
TickType_t xTicksToWait, //阻塞时间
const BaseType_t xCopyPosition ) //入队方式
//入队方式主要有以下三种，分别对应后向入队、前向入队和覆写入队
#define queueSEND_TO_BACK ( ( BaseType_t ) 0 )
#define queueSEND_TO_FRONT ( ( BaseType_t ) 1 )
#define queueOVERWRITE ( ( BaseType_t ) 2 )
中断级入队函数都是调用的同一个函数xQueueGenericSendFromISR，其参数如下
BaseType_t xQueueGenericSendFromISR( QueueHandle_t xQueue,
const void * const pvItemToQueue,
BaseType_t * const pxHigherPriorityTaskWoken, //标记退出此函数后是否进行任务切换
const BaseType_t xCopyPosition ) //入队方式，同上
关于队列项入队的详细过程先挖个坑，后续再填。
信号量一般用来进行资源管理和任务间、任务与中断间的同步，FreeRTOS 中的信号量分为二值信号量、计数型信号量、互斥信号量和递归互斥信号量。
API跟队列创建是同一个，只是传入参数不同SemaphoreHandle_t，本质上是队列句柄QueueHandle_ttypedef QueueHandle_t SemaphoreHandle_t;
（1）主要特点
1，队列项长度为 0 的队列uxMessageWaiting来判断队列是否为空（2）创建函数
| API | 功能 |
|---|---|
| xSemaphoreCreateBinary() | 动态创建二值信号量 |
| xSemaphoreCreateBinaryStatic() | 静态创建二值信号量 |
创建成功后会返回信号量的句柄，创建函数其实是一个宏定义，如下
#if ( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 )
#define xSemaphoreCreateBinary() xQueueGenericCreate( ( UBaseType_t ) 1,
semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH, // 宏定义 0
queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE )
#endif
//example
SemaphoreHandle_t BinSemaphore;
BinSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
API释放，才能使用。（3）释放、获取与删除
| API | 功能 |
|---|---|
| xSemaphoreGive() | 任务级释放二值信号量 |
| xSemaphoreGiveFromISR() | 中断级释放信号量 |
| xSemaphoreTake() | 任务级获取信号量 |
| xSemaphoreTakeFromISR() | 中断级获取信号量 |
| vSemaphoreDelete() | 删除信号量 |
二值信号量的释放就是向队列中发送消息，但消息为NULL，阻塞时间为0，后向入队。关键在于入队的时候，队列结构体成员 uxMessageWaiting 会加一，从而判断队列时满1还是空0。
#define xSemaphoreGive( xSemaphore ) xQueueGenericSend( ( QueueHandle_t ) ( xSemaphore ),
NULL,
semGIVE_BLOCK_TIME, // 阻塞时间宏，为 0
queueSEND_TO_BACK ) // 后向入队
获取二值信号量可以设置阻塞时间，读取成功后 uxMessageWaiting 会减一。
#define xSemaphoreTake( xSemaphore, xBlockTime ) xQueueSemaphoreTake( ( xSemaphore ), ( xBlockTime ) )
（1）主要特点
1，队列项长度为0uxMessageWaiting来判断数量（2）创建函数
| API | 功能 |
|---|---|
| xSemaphoreCreateCounting() | 动态创建计数型信号量 |
| xSemaphoreCreateCountingStatic() | 静态创建计数型信号量 |
#define xSemaphoreCreateCounting( uxMaxCount, uxInitialCount ) xQueueCreateCountingSemaphore( ( uxMaxCount ), ( uxInitialCount ) )
（1）主要特点
1，队列项长度为0（2）创建函数
| API | 功能 |
|---|---|
| xSemaphoreCreateMutex() | 动态创建互斥信号量 |
| xSemaphoreCreateMutexStatic() | 静态创建互斥信号量 |
互斥信号量获取和释放的过程与二值信号量有些区别，主要涉及到优先级继承。
（3）优先级翻转
优先级翻转主要发生在当两个任务H和L共用一个信号量时，
| 通讯方式 | 长度 | 约束 | 作用 |
|---|---|---|---|
| 队列-值传递 | >0 | 阻塞读写 | 用于任务之间传递数据 |
| 队列-引用传递 | >0 | 阻塞读写 | 用于大块数据的高效传输 |
| 二值信号量 | 1 | 一方只需要申请，另一方只需要释放 | 用于锁存1个中断代表资源的到达 / 用于任务的异步通知 |
| 计数型信号量 | >1 | 一方只需要申请，另一方只需要释放 | 用于锁存若干个中断以免中断丢失 / 用于同步代表资源的数量 |
| 互斥信号量 | 1 | 申请的一方必须自己进行释放 | 用于互斥访问机制 |