「FreeRTOS原始碼解析（六）」訊息佇列

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一、前言

甜妻來襲：總裁乖乖就範

期許

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本期文章講解FreeRTOS實時作業系統原始碼，主要是原始碼分析，實操很少。上節講了FreeRTOS中斷管理功能，詳細講述了異常和中斷的關係，以及FreeRTOS中的中斷相關約定。本節講解FreeRTOS的訊息佇列。

訊息佇列

是

用於任務間通訊的資料結構，佇列可以在任務與任務間、中斷和任務間傳遞資訊，實現了任務接收來自其他任務或中斷的不固定長度的訊息，任務能夠從佇列裡面讀取訊息。

建立訊息佇列時 FreeRTOS 會先給訊息佇列分配一塊記憶體空間，這塊記憶體的大小等於

訊息佇列控制塊

大小加上（

單個訊息空間大小與訊息佇列長度的乘積

），接著再初始化訊息佇列，此時訊息佇列為空。每個訊息佇列都與訊息空間在同一段連續的記憶體空間中，在建立成功的時候，這些記憶體就被佔用了，只有刪除了訊息佇列的時候，這段記憶體才會被釋放掉，建立成功的時候就已經分配好每個訊息空間與訊息佇列的容量，無法更改。

訊息佇列有幾大特性如下圖所示：

二、訊息佇列的應用

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訊息佇列可以應用於傳送不定長訊息的場合，包括任務與任務間的訊息交換，佇列是FreeRTOS 主要的任務間通訊方式，可以在任務與任務間、中斷和任務間傳送資訊，送到佇列的訊息是透過複製方式實現的，佇列儲存的資料是原資料，不是原資料的引用。

三、原始碼分析

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1、建立訊息佇列函式

xQueueCreate()函式：

原型：

QueueHandle_t xQueueCreate（ UBaseType_t uxQueueLength，UBaseType_t uxItemSize ）；

功能：用於建立一個新的佇列（動態）。

引數：

uxQueueLength ：佇列能夠儲存的最大訊息單元數目，即佇列長度。

uxItemSize： 佇列中訊息單元的大小，以位元組為單位。

返回值：如果建立成功則返回一個佇列控制代碼，用於訪問建立的佇列。如果建立不成功則返回NULL，可能原因是建立佇列需要的 RAM 無法分配成功。

xQueueCreateStatic()函式：

原型：QueueHandle_t xQueueCreateStatic（UBaseType_t uxQueueLength，

UBaseType_t uxItemSize，

uint8_t *pucQueueStorageBuffer，

StaticQueue_t *pxQueueBuffer ）；

功能：用於建立一個新的佇列。

引數：

uxQueueLength： 佇列能夠儲存的最大單元數目，即佇列深度。

uxItemSize： 佇列中資料單元的長度，以位元組為單位。

pucQueueStorageBuffer ：指標，指向一個 uint8_t 型別的陣列，陣列的大小至少有uxQueueLength* uxItemSize 個位元組。當 uxItemSize 為 0 時，pucQueueStorageBuffer 可以為 NULL。

pxQueueBuffer： 指標，指向 StaticQueue_t 型別的變數，該變數用於儲存佇列的資料結構。

返回值：如果建立成功則返回一個佇列控制代碼，用於訪問建立的佇列。如果建立不成功則返回NULL，可能原因是建立佇列需要的 RAM 無法分配成功。

2、寫佇列操作

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任務或者中斷服務程式可以給訊息佇列傳送訊息。

如果佇列未滿或者允許覆蓋入隊

，FreeRTOS 會將訊息複製到訊息佇列隊尾，

否則

，會根據使用者指定的阻塞超時時間進行阻塞。

阻塞時間中，如果佇列一直不允許入隊，該任務將保持阻塞狀態以等待佇列允許入隊。

當其它任務從其等待的佇列中讀取了資料（佇列變成未滿狀態）

，該任務將自動由阻塞態轉為就緒態。

當任務等待的時間超過了指定的阻塞時間

，即使佇列中還不允許入隊，任務也會自動從阻塞態轉移為就緒態，此時傳送訊息的任務或者中斷程式會收到一個錯誤碼 errQUEUE_FULL。

傳送緊急訊息時，傳送的位置是訊息佇列隊頭而非隊尾，接收者就能夠優先接收到緊急訊息，從而及時進行訊息處理。

xQueueSend()函式：

原型：

BaseType_t xQueueSend（QueueHandle_t xQueue，

const void * pvItemToQueue，

TickType_t xTicksToWait）；

功能：

用於向佇列尾部發送一個佇列訊息。

引數：

xQueue： 佇列控制代碼。

pvItemToQueue ：指標，指向要傳送到佇列尾部的佇列訊息。

xTicksToWait ：佇列滿時，等待佇列空閒的最大超時時間。如果佇列滿並 且xTicksToWait 被設定成 0，函式立刻返回。超時時間的單位為系統節拍週期，常量 portTICK_PERIOD_MS 用於輔助計算真實的時間，單位為 ms。如果 INCLUDE_vTaskSuspend 設定成 1，並且指定延時為 portMAX_DELAY 將導致任務掛起（沒有超時）。

返回值：訊息傳送成功成功返回 pdTRUE，否則返回 errQUEUE_FULL。

xQueueSendFromISR()函式:

原型：

BaseType_t xQueueSendFromISR（QueueHandle_t xQueue，

const void *pvItemToQueue，

BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken）；

功能：在中斷服務程式中用於向佇列尾部發送一個訊息。

引數：

xQueue： 佇列控制代碼。

pvItemToQueue ：指標，指向要傳送到佇列尾部的訊息。

pxHigherPriorityTaskWoken： 如果入隊導致一個任務解鎖，並且解鎖的任務優先順序高於當前被中斷的任務，則將*pxHigherPriorityTaskWoken設定成 pdTRUE，然後在中斷退出前需要進行一次上下文切換， 去 執 行 被 喚醒 的 優 先 級 更高 的 任 務 。

返回值：訊息傳送成功返回 pdTRUE，否則返回 errQUEUE_FULL。

xQueueSendToFront()函式：

原型：

BaseType_t xQueueSendToFront（ QueueHandle_t xQueue，

const void * pvItemToQueue，

TickType_t xTicksToWait ）；

功能：於向佇列隊首發送一個訊息。

引數：

xQueue： 佇列控制代碼。

pvItemToQueue： 指標，指向要傳送到佇列首部的訊息。

xTicksToWait ：佇列滿時，等待佇列空閒的最大超時時間。如果佇列滿並 且xTicksToWait 被設定成 0，函式立刻返回。超時時間的單位為系統節拍週期，常量 portTICK_PERIOD_MS 用於輔助計算真實的時間，單位為 ms。如果 INCLUDE_vTaskSuspend 設定成 1，並且指定延時為 portMAX_DELAY 將導致任務無限阻塞（沒有超時）。

返回值：傳送訊息成功返回 pdTRUE，否則返回 errQUEUE_FULL。

xQueueSendToFrontFromISR()函式：

原型：

BaseType_t xQueueSendToFrontFromISR（QueueHandle_t xQueue，

const void *pvItemToQueue，

BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken）；

功能：在中斷服務程式中向訊息佇列隊首發送一個訊息。

引數：

xQueue ：佇列控制代碼。

pvItemToQueue ：指標，指向要傳送到隊首的訊息。

pxHigherPriorityTaskWoken ：如果入隊導致一個任務解鎖，並且解鎖的任務優先順序高於當前被中斷的任務，則將*pxHigherPriorityTaskWoken設定成 pdTRUE，然後在中斷退出前需要進行一次上下文切換， 去 執 行 被 喚醒 的 優 先 級 更高 的 任 務 。

返回值：佇列項投遞成功返回 pdTRUE，否則返回 errQUEUE_FULL。

3、讀訊息佇列

任務讀佇列中的訊息時，可以指定一個阻塞超時時間，僅當訊息佇列中有訊息的時候，任務才能讀取到訊息。阻塞期間，如果佇列為空，任務將保持阻塞狀態以等待佇列資料有效。當其它任務或中斷服務程式往其等待的佇列中寫入了資料，任務將自動由阻塞態轉為就緒態。當任務等待的時間超過了指定的阻塞時間，即使佇列中尚無有效資料，任務也會自動從阻塞態轉移為就緒態。

xQueueReceive()函式：

原型：

BaseType_t xQueueReceive（QueueHandle_t xQueue，

void *pvBuffer，

TickType_t xTicksToWait）；

功能：用於從一個佇列中接收訊息，並把接收的訊息從佇列中刪除。

引數：

xQueue ：佇列控制代碼。

pvBuffer ：指標，指向接收到要儲存的資料。

xTicksToWait ：佇列空時，阻塞超時的最大時間。如果該引數設定為 0，函式立刻返回。超時時間的單位為系統節拍週期，常量 portTICK_PERIOD_MS 用於輔助計算真實的時間，單位為 ms。如果 INCLUDE_vTaskSuspend 設定成 1，並且指定延時為 portMAX_DELAY 將導致任務無限阻塞（沒有超時）。

返回值：佇列項接收成功返回 pdTRUE，否則返回 pdFALSE。

xQueueReceiveFromISR()函式：

原型：

BaseType_t xQueueReceiveFromISR（QueueHandle_t xQueue，

void *pvBuffer，

BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken）；

功能：在中斷中從一個佇列中接收訊息，並從佇列中刪除該訊息。

引數：

xQueue： 佇列控制代碼。

pvBuffer ：指標，指向接收到要儲存的資料。

pxHigherPriorityTaskWoken： 任務在往佇列投遞資訊時，如果佇列滿，則任務將阻塞在該佇列上。如果 xQueueReceiveFromISR（）到賬了一個任 務 解 鎖 了 則將 *pxHigherPriorityTaskWoken設定為pdTRUE，否 則*pxHigherPriorityTaskWoken 的 值將不變。

返回值：佇列項接收成功返回 pdTRUE，否則返回 pdFALSE。

xQueuePeekFromISR()函式：

原型：

BaseType_t xQueuePeekFromISR（QueueHandle_t xQueue，

void *pvBuffer）；

功能：在中斷中從一個佇列中接收訊息，但並不會把訊息從該佇列中移除。

引數：

xQueue： 佇列控制代碼。

pvBuffer ：指標，指向接收到要儲存的資料。

返回值：佇列項接收（peek）成功返回 pdTRUE，否則返回 pdFALSE。

4、刪除訊息佇列

極品花都神醫

莊小賢

都市

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訊息佇列刪除函式是根據訊息佇列控制代碼直接刪除的，刪除之後這個訊息佇列的所有資訊都會被系統回收清空，而且不能再次使用這個訊息隊列了。

對傳入的訊息佇列控制代碼進行檢查，如果訊息佇列是有效的允許進行刪除操作。將訊息佇列從登錄檔中刪除。用的訊息佇列是動態分配記憶體的，所以需要呼叫 vPortFree（）函式來釋放訊息佇列的記憶體。

想了解更多精彩內容，快來關注嵌入式的那點事兒

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「FreeRTOS原始碼解析（二）」任務

「FreeRTOS原始碼解析（三）」就緒列表和排程

「FreeRTOS原始碼解析（四）」臨界段的保護