FreeRTOS系列第23篇---FreeRTOS隊列分析

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ID：技術(shù)讓夢想更偉大

整理：李肖遙

FreeRTOS提供了多種任務(wù)間通訊方式，包括：

• 任務(wù)通知（版本V8.2以及以上版本）
• 隊列
• 二進制信號量
• 計數(shù)信號量
• 互斥量
• 遞歸互斥量

其中，二進制信號量、計數(shù)信號量、互斥量和遞歸互斥量都是使用隊列來實現(xiàn)的，因此掌握隊列的運行機制，是很有必要的。

隊列是FreeRTOS主要的任務(wù)間通訊方式。可以在任務(wù)與任務(wù)間、中斷和任務(wù)間傳送信息。

發(fā)送到隊列的消息是通過拷貝實現(xiàn)的，這意味著隊列存儲的數(shù)據(jù)是原數(shù)據(jù)，而不是原數(shù)據(jù)的引用。

「先看一下隊列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：」

typedef?struct?QueueDefinition
{
??int8_t?*pcHead;?????????????/*?指向隊列存儲區(qū)起始位置,即第一個隊列項?*/
??int8_t?*pcTail;?????????????/*?指向隊列存儲區(qū)結(jié)束后的下一個字節(jié)?*/
??int8_t?*pcWriteTo;??????????/*?指向下隊列存儲區(qū)的下一個空閑位置?*/


??union???????????????????????/*?使用聯(lián)合體用來確保兩個互斥的結(jié)構(gòu)體成員不會同時出現(xiàn)?*/
??{
??????int8_t?*pcReadFrom;?????/*?當(dāng)結(jié)構(gòu)體用于隊列時,這個字段指向出隊項目中的最后一個.?*/
??????UBaseType_t?uxRecursiveCallCount;/*?當(dāng)結(jié)構(gòu)體用于互斥量時,用作計數(shù)器,保存遞歸互斥量被"獲取"的次數(shù).?*/
??}?u;


??List_t?xTasksWaitingToSend;??????/*?因為等待入隊而阻塞的任務(wù)列表,按照優(yōu)先級順序存儲?*/
??List_t?xTasksWaitingToReceive;???/*?因為等待隊列項而阻塞的任務(wù)列表,按照優(yōu)先級順序存儲?*/


??volatile?UBaseType_t?uxMessagesWaiting;/*??UBaseType_t?uxLength;????????????/*?隊列項的數(shù)目?*/
??UBaseType_t?uxItemSize;??????????/*?每個隊列項的大小?*/


??volatile?BaseType_t?xRxLock;???/*?隊列上鎖后,存儲從隊列收到的列表項數(shù)目，如果隊列沒有上鎖，設(shè)置為queueUNLOCKED?*/
??volatile?BaseType_t?xTxLock;???/*?隊列上鎖后,存儲發(fā)送到隊列的列表項數(shù)目，如果隊列沒有上鎖，設(shè)置為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函數(shù)都是圍繞這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)展開，因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的每個成員都需要了解。

如果你是第一次看這篇文章，即使有注釋，可能你對結(jié)構(gòu)體的某些成員還是不理解，不要著急，這是正常的。

后面介紹API函數(shù)的時候，會一一使用這些成員，結(jié)合著具體實例，會很容理解的，你需要做的，是要反復(fù)翻到這里查看。

1.隊列創(chuàng)建函數(shù)

在《FreeRTOS系列第18篇---FreeRTOS隊列API函數(shù)》一文中，我們介紹了創(chuàng)建隊列API函數(shù)xQueueCreate()，但其實這是一個宏，只是定義的像函數(shù)而已。

真正被執(zhí)行的函數(shù)是xQueueGenericCreate()，我們稱這個函數(shù)為通用隊列創(chuàng)建函數(shù)。

我們來分析一下xQueueGenericCreate()函數(shù)，函數(shù)原型為：

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


• 「uxQueueLength」：隊列項數(shù)目
• 「uxItemSize」：每個隊列項的大小
• 「pucQueueStorage」：使用靜態(tài)分配隊列時才使用，指向定義隊列存儲空間，如果使用動態(tài)分配隊列空間（默認），向這個參數(shù)傳遞NULL。
• 「pxStaticQueue」：使用靜態(tài)分配隊列時才使用，指向隊列控制結(jié)構(gòu)體，如果使用動態(tài)分配隊列空間（默認），向這個參數(shù)傳遞NULL。
• 「ucQueueType」：類型。可能的值為：
• queueQUEUE_TYPE_BASE：表示隊列
• queueQUEUE_TYPE_SET：表示隊列集合
• queueQUEUE_TYPE_MUTEX：表示互斥量
• queueQUEUE_TYPE_COUNTING_SEMAPHORE：表示計數(shù)信號量
• queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE：表示二進制信號量
• queueQUEUE_TYPE_RECURSIVE_MUTEX ：表示遞歸互斥量

然而，等下我們看源碼，就會看到，在xQueueGenericCreate()函數(shù)中，參數(shù)ucQueueType只是用來可視化跟蹤調(diào)試用。

xQueueGenericCreate()函數(shù)的源碼如下所示：

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


??/*?如果使能可視化跟蹤調(diào)試,這里用來消除編譯器警告.?*/
??(?void?)?ucQueueType;


??/*分配隊列結(jié)構(gòu)體和隊列項存儲空間.可以靜態(tài)也可以動態(tài)分配,取決于參數(shù)值,FreeRTOS默認采取動態(tài)分配?*/
??pxNewQueue?=?prvAllocateQueueMemory(?uxQueueLength,?uxItemSize,?