FreeRTOS【7】队列使用

1.开发背景

操作系统提供了多线程并行的操作，为了方便代码的维护，各个线程都分配了专用的内存并处理对应的内容。但是线程间也是需要协助操作的，例如一个主线程接收信息，会把接收的信息并发到其他线程，即主线程不阻塞，子线程做实际的处理。

如果是在裸机编程的方式，常用的操作方式是主线程设置 Flag，子线程循环查询 Flag 是否达到预期再执行对应的操作。问题就来了，为了提高子线程的响应实时性，需要频繁判断，导致CPU占用率极高，显然这样的设计是不合理的，所以队列的存在就变得合理了。

FreeRTOS 的队列传递信息采用的是内存拷贝，队列在接收信息的时候会阻塞线程，释放CPU，降低 CPU 的使用率，相当于线程间信息的交互交给内核去统筹。

下面是队列的常用接口，不包含中断操作，需要注意的是 xQueueOverwrite只在单成员队列中使用。

鉴于有些人是不知道队列的特性的，队列就是先进先出，当然 FreeRTOS 提供了队头插队的操作，总体如下图：

2.开发需求

设计实验实现线程到线程，中断到线程的信息传递。

3.开发环境

window10 + MDK + STM32F429 + FreeRTOS10.3.1

4.实现步骤

1）创建接收线程，持续等待队列信息

2）创建发送线程，发送队列信息

3）重写按键中断，中断中发送队列信息

核心代码如下：

#include "appTest.h"

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#include "mspDwt.h"
#include "mspGpio.h"
#include "mspExti.h"

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"

#include "appLog.h"

typedef struct
{
    /* 队列相关 */
    QueueHandle_t queue;            // 队列句柄
    
    /* 创建任务 */
    TaskHandle_t taskCtrl;          // 控制线程
    TaskHandle_t taskQueueRx;       // 接收线程
    TaskHandle_t taskQueueTx;       // 发送线程
    
}Ctrl_t;

/* 文件指针 */
static Ctrl_t s_ctrl = {0};
static Ctrl_t *p = &s_ctrl;
static void TaskCtrl(void *pvParameters);
static void TaskQueueRx(void *pvParameters);
static void TaskQueueTx(void *pvParameters);

/* 控制线程 */
static void TaskCtrl(void *pvParameters)
{
    vTaskDelay(1000);
    for ( ; ; )
    {
        vTaskDelay(1000);
    }
}

/* 队列接收线程 */
static void TaskQueueRx(void *pvParameters)
{
    unsigned int item = 0;
    vTaskDelay(100);
    
    for ( ; ; )
    {
        xQueueReceive(p->queue, &item, portMAX_DELAY);
        Log_Debug("%s 线程接收 Rx = 0x%.8X\r\n", __func__, item);
    }
}

/* 队列发送线程 */
static void TaskQueueTx(void *pvParameters)
{
    vTaskDelay(1000);
    
    unsigned int threadData = 0x12345678;
    xQueueSend(p->queue, &threadData, 1000);
    Log_Debug("%s 线程发送 Tx = 0x%.8X\r\n", __func__, threadData);
    
    for ( ; ; )
    {
        vTaskDelay(1000);
    }
}


/* 测试初始化 */
void aTest_Init(void)
{
    /* 创建队列 */
    UBaseType_t uxQueueLength = 10;
    UBaseType_t uxItemSize = sizeof(unsigned int);
    p->queue = xQueueCreate(uxQueueLength, uxItemSize);
    
    /* 创建动态任务 */
    xTaskCreate(TaskCtrl,       "TaskCtrl",     500, NULL, 5, &p->taskCtrl);
    xTaskCreate(TaskQueueRx,    "TaskQueueRx",  500, NULL, 5, &p->taskQueueRx);
    xTaskCreate(TaskQueueTx,    "TaskQueueTx",  500, NULL, 5, &p->taskQueueTx);
}

/* Key2 PC13   Key0 PH3 Key1 PH2 */
void Exti13_TriggerInterrupt(void)
{
    mspExti_Close(13);
    
    if (mspGpio_GetInput("PC13") == 0)
    {
        /* 队列发送数据 */
        unsigned int irqData = 0xABCDEF;
        BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
        xQueueSendFromISR(p->queue, &irqData, &xHigherPriorityTaskWoken);
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
        Log_Debug("%s 中断发送 Tx = 0x%.8X\r\n", __func__, irqData);
    }
}

4）查看运行结果