FreeRTOS学习——FreeRTOS队列（上）

本篇文章记录我学习FreeRTOS队列的相关知识，主要包括队列简介、队列的结构体、队列创建等知识。

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。FrecRTOS 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。

希望我的分享对你有所帮助。

一、什么是FreeRTOS的队列

1、数据存储

2、多任务访问

3、出队阻塞

4、入队阻塞

5、队列操作详解图

Step1 创建队列

Step2 向队列发送第一个消息

二、队列结构体

三、结语

一、什么是FreeRTOS的队列

FreeRTOS队列是用于在FreeRTOS实时操作系统中进行任务间通信的一种机制。队列允许任务以先进先出（FIFO）的顺序共享数据，这样任务就可以安全地传递消息、数据或事件。队列的使用可以帮助在多任务环境中实现任务之间的协作和数据传输。

当在FreeRTOS中创建一个队列时，可以指定队列的长度以及每个队列项的大小。任务可以使用队列的API函数来向队列发送数据（入队）或接收数据（出队）。以下是一些常用的队列API函数：

xQueueCreate(): 创建一个队列，并指定队列的长度和每个队列项的大小。
xQueueSend(): 向队列发送数据，将数据放入队列中。
xQueueReceive(): 从队列接收数据，将队列中的数据取出并返回给任务。
uxQueueMessagesWaiting(): 获取当前在队列中等待的消息数量。
uxQueueSpacesAvailable(): 获取队列中剩余的空闲空间数量。

使用队列的好处包括：

任务间解耦：任务之间通过队列通信，可以减少任务之间的耦合度，提高代码的模块化程度。
数据传输：任务可以通过队列传输数据，实现数据共享和同步。
事件通知：一个任务可以向队列发送事件或信号，另一个任务可以通过接收队列中的消息来得知事件发生。
避免竞态条件：使用队列可以避免多任务环境下的竞态条件，提高系统的稳定性和可靠性。

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。

学过UCOS的同学应该知道，UCOS的消息队列采用的是引用传递，传递的是消息指针。采用引用传递的话消息内容就必须一直保持可见性，也就是消息内容必须有效，那么局部变量这种可能会随时被删掉的东西就不能用来传递消息，但是采用引用传递会节省时间啊!因为不用进行数据拷贝。

采用值传递的话虽然会导致数据拷贝，会浪费一点时间，但是一旦将消息发送到队列中原始的数据缓冲区就可以删除掉或者覆写，这样的话这些缓冲区就可以被重复的使用。

FreeRTOS中使用队列传递消息的话虽然使用的是数据拷贝，但是也可以使用引用来传递消息啊，我直接往队列中发送指向这个消息的地址指针不就可以了!这样当我要发送的消息数据太大的时候就可以直接发送消息缓冲区的地址指针，比如在网络应用环境中，网络的数据量往往都很大的，采用数据拷贝的话就不现实。

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。

比如任务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!

选哪一个就是由这个阻塞时间决定的，这个阻塞时间单位是时钟节拍数。阻塞时间为0的话就是不阻塞，没有数据的话就马上返回任务继续执行接下来的代码，对应第一种选择。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，这种情况对应第二种选择。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!这个就是第三种选择。

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。比如任务B向消息队列Q发送消息，但是此时队列Q是满的，那肯定是发送失败的。此时任务B就会遇到和上面任务A一样的问题，这两种情况的处理过程是类似的，只不过一个是向队列Q发送消息，一个是从队列Q读取消息而已。

5、队列操作详解图

Step1 创建队列

图中任务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。

Step2 向队列发送第一个消息

图中任务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。

Step3 向队列发送第二个消息

图中任务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。

Step4 从队列中读取消息

图中任务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。