RT-Thread学习笔记(8)：消息队列

最新推荐文章于 2025-03-14 21:26:58 发布

并行不是并发

最新推荐文章于 2025-03-14 21:26:58 发布

阅读量2.9k

点赞数 2

分类专栏： RTThread笔记文章标签：学习单片机 stm32

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/BLBQ962464/article/details/123760880

版权

RTThread笔记专栏收录该内容

16 篇文章

订阅专栏

基本概念

消息队列，是一种常用于线程间通信的数据结构，队列可以在线程与线程间、中断和线程间传送信息，实现了线程接收来自其他线程或中断的不固定长度的消息，并根据不同的接口选择传递消息是否存放在线程自己的空间。线程能够从队列里面读取消息，当队列中的消息是空时，挂起读取线程，用户还可以指定挂起的线程时间timeout；当队列中有新消息时，挂起的读取线程被唤醒并处理新消息，消息队列是一种异步的通信方式。

通过消息队列服务，线程或中断服务例程可以将一条或多条消息放入消息队列中。同样，一个或多个线程可以从消息队列中获得消息。当有多个消息发送到消息队列时，通常是将先进入消息队列的消息先传给线程，也就是说，线程先得到的是最先进入消息队列的消息，即先进先出原则(FIFO)。同时RT-Thread中的消息队列支持优先级，也就是说在所有等待消息的线程中优先级最高的会先获得消息。

用户在处理业务时，消息队列提供了异步处理机制，允许将一个消息放入队列，但并不立即处理它，同时队列还能起到缓冲消息作用。

RT-Thread中使用队列数据结构实现线程异步通信工作，具有如下特性：

消息支持先进先出方式排队与优先级排队方式，支持异步读写工作方式。
读队列支持超时机制。
支持发送紧急消息，这里的紧急消息是往队列头发送消息。
可以允许不同长度（不超过队列节点最大值）的任意类型消息。
一个线程能够从任意一个消息队列接收和发送消息。
多个线程能够从同一个消息队列接收和发送消息。
当队列使用结束后，需要通过删除队列操作释放内存函数回收。

消息队列的运作机制

创建消息队列时先创建一个消息队列对象控制块，然后给消息队列分配一块内存空间，组织成空闲消息链表，这块内存的大小等于[消息大小+消息头（用于链表连接）]与消息队列容量的乘积，接着再初始化消息队列，此时消息队列为空。

struct rt_messagequeue
{
    struct rt_ipc_object parent;

    void* msg_pool;                     /* 指向存放消息的缓冲区的指针 */

    rt_uint16_t msg_size;               /* 每个消息的长度 */
    rt_uint16_t max_msgs;               /* 最大能够容纳的消息数 */

    rt_uint16_t entry;                  /* 队列中已有的消息数 */

    void* msg_queue_head;               /* 消息链表头 */
    void* msg_queue_tail;               /* 消息链表尾 */
    void* msg_queue_free;               /* 空闲消息链表 */

    rt_list_t suspend_sender_thread;    /* 发送线程的挂起等待队列 */
};
typedef struct rt_messagequeue* rt_mq_t;

在这里插入图片描述
线程或者中断服务程序都可以给消息队列发送消息。当发送消息时，消息队列对象先从空闲消息链表上取下一个空闲消息块，把线程或者中断服务程序发送的消息内容复制到消息块上，然后把该消息块挂到消息队列的尾部。当且仅当空闲消息链表上有可用的空闲消息块时，发送者才能成功发送消息；当空闲消息链表上无可用消息块，说明消息队列已满，此时，发送消息的的线程或者中断程序会收到一个错误码（-RT_EFULL）。

发送紧急消息的过程与发送消息几乎一样，唯一的不同是，当发送紧急消息时，从空闲消息链表上取下来的消息块不是挂到消息队列的队尾，而是挂到队首，这样，接收者就能够优先接收到紧急消息，从而及时进行消息处理。

读取消息时，根据msg_queue_head找到最先入队列中的消息节点进行读取。根据消息队列控制块中的entry判断队列是否有消息读取，对全部空闲（entry为0）队列进行读消息操作会引起线程挂起。

消息队列的阻塞机制

我们使用的消息队列一般不是属于某个线程的队列，在很多时候，我们创建的队列，是每个线程都可以去对他进行读写操作的，但是为了保护每个线程对它进行读写操作的过程，我们必须要有阻塞机制，在某个线程对它读写操作的时候，必须保证该线程能正常完成读写操作，而不受后来的线程干扰，凡事都有先来后到嘛！

那么，如何实现这个先来后到的机制呢，很简单，因为RT-Thread已经为我们做好了，我们直接使用就好了，每个对消息队列读写的函数，都有这种机制，我称之为阻塞机制。假设有一个线程A对某个队列进行读操作的时候（也就是我们所说的出队），发现它没有消息，那么此时线程A有3个选择：第一个选择，线程A扭头就走，既然队列没有消息，那我也不等了，干其它事情去，这样子线程A不会进入阻塞态；第二个选择，线程A还是在这里等等吧，可能过一会队列就有消息，此时线程A会进入阻塞状态，在等待着消息的道来，而线程A的等待时间就由我们自己定义，比如设置1000个tick的等待，在这1000个tick到来之前线程A都是处于阻塞态，当阻塞的这段时间线程A等到了队列的消息，那么线程A就会从阻塞态变成就绪态，如果此时线程A比当前运行的线程优先级还高，那么，线程A就会得到消息并且运行；假如1000个tick都过去了，队列还没消息，那线程A就不等了，从阻塞态中唤醒，返回一个没等到消息的错误代码，然后继续执行线程A的其他代码；第三个选择，线程A死等，不等到消息就不走了，这样子线程A就会进入阻塞态，直到完成读取队列的消息。

而在发送消息操作的时候，为了保护数据，当且仅当空闲消息链表上有可用的空闲消息块时，发送者才能成功发送消息；当空闲消息链表上无可用消息块，说明消息队列已满，此时，发送消息的的线程或者中断程序会收到一个错误码（-RT_EFULL），发送消息并不带有阻塞机制的，因为发送消息的环境可能是在中断中，不允许有阻塞的情况。

消息队列的应用场景

消息队列可以应用于发送不定长消息的场合，包括线程与线程间的消息交换，以及在中断服务函数中给线程发送消息（中断服务例程不可能接收消息）。

消息队列图示

创建新队列

在这里插入图片描述

A线程写入一个变量

在这里插入图片描述

A线程修改变量

在这里插入图片描述

B线程读取队列

在这里插入图片描述

消息队列控制块

在这里插入图片描述

发送消息

rt_err_t rt_mq_send(rt_mq_t mq, const void *buffer, rt_size_t size)
{
    return rt_mq_send_wait(mq, buffer, size, 0);
}

rt_mq_send_wait
	/* 如果不成功：当前线程挂起, 并放入链表: mq->suspend_sender_thread */
	rt_ipc_list_suspend(&(mq->suspend_sender_thread),thread,mq->parent.parent.flag);
	/* 如果指定了超时时间: 最多等多久
	* 设置、启动线程定时器
	*/
	rt_timer_start(&(thread->thread_timer));