FreeRTOS学习笔记(6)-队列

最新推荐文章于 2025-06-07 11:59:33 发布

DaTe-_-

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本文基于韦东山FreeRTOS和STM32cubeMX记录

队列通常可以作用与"任务到任务"，"任务到中断"， "中断到任务"直接直接传输信息。

一、队列的特性

1.常规操作

队列可以有若干项，这被称为队列的长度
每个数据大小固定
在创建队列的时候就要指定队列长度和数据大小
数据保持FIFO的原则，即first in first out，也就是我们常说的先入先出，后入后出
也可以强制写队列头部，覆盖头部数据；

2.传输数据的两种方法

使用队列传输数据时，我们通常使用拷贝或者引用两种方法

拷贝：把数据，变量的值复制进入队列；
引用：把数据，变量的地址复制进队列；

在FreeRTOS中采用的拷贝这种方法，因为他相对于引用来说更加简单：

局部变量的值可以发送到队列中，后续即使函数退出、局部变量被回收，也
不会影响队列中的数据
无需分配 buffer 来保存数据，队列中有 buffer
局部变量可以马上再次使用
发送任务、接收任务解耦：接收任务不需要知道这数据是谁的、也不需要发送任务来释放数据
如果数据实在太大，你还是可以使用队列传输它的地址
队列的空间有 FreeRTOS 内核分配，无需任务操心
对于有内存保护功能的系统，如果队列使用引用方法，也就是使用地址，必须确保双方任务对这个地址都有访问权限。使用拷贝方法时，则无此限制：内核有足够的权限，把数据复制进队列、再把数据复制出队列。

3.队列的阻塞访问

只要知道队列句柄，那么谁都可以读队列，写队列。任务、ISR都可以。且可以多个任务读写队列。

任务读写队列时，若干读写不成功，则阻塞；也可以指定超时时间。某个任务读队列时，如果队列没有数据，则该任务可以进入阻塞状态：还可以指定阻塞的时间。如果队列有数据了，则该阻塞的任务会变为就绪态。如果一直都没有数据，则时间到之后它也会进入就绪态。

既然读取队列的任务个数没有限制，那么当多个任务读取空队列时，这些任务都会进入

阻塞状态：有多个任务在等待同一个队列的数据。当队列中有数据时，哪个任务会进入就绪

态？

优先级最高的任务
如果大家的优先级相同，那等待时间最久的任务会进入就绪态

跟读队列类似，一个任务要写队列时，如果队列满了，该任务也可以进入阻塞状态：还

可以指定阻塞的时间。如果队列有空间了，则该阻塞的任务会变为就绪态。如果一直都没有

空间，则时间到之后它也会进入就绪态。

既然写队列的任务个数没有限制，那么当多个任务写 " 满队列 " 时，这些任务都会进入阻

塞状态：有多个任务在等待同一个队列的空间。当队列中有空间时，哪个任务会进入就绪态？

优先级最高的任务
如果大家的优先级相同，那等待时间最久的任务会进入就绪态

二、队列函数

使用队列的流程：创建队列，写队列，读队列，删除队列

1.创建队列

队列的创建也分为动态分配内存和静态分配内存两种方法。

动态分配内存：xQueueCreate，队列的内存在函数内部动态分配

函数原型如下：

QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize );

参数说明：

uxQueueLength：队列长度，最多能存放多少个数据
uxItemSize：每个数据的大小：以字节为单位
返回值：非0：成功，返回句柄；NULL：失败，因为内存不足

静态分配内存：xQueueCreateStatic，队列的内存要事先分配好

函数原型如下：

QueueHandle_t xQueueCreateStatic(
    UBaseType_t uxQueueLength,
    UBaseType_t uxItemSize,
    uint8_t *pucQueueStorageBuffer,
    StaticQueue_t *pxQueueBuffer
);

参数说明：

uxQueueLength：队列长度，最多能存放多少个数据(item)
uxItemSize：每个数据(item)的大小：以字节为单位
pucQueueStorageBuffer：如果 uxItemSize 非 0，pucQueueStorageBuffer 必须指向一个 uint8_t 数组，此数组大小至少为"uxQueueLength * uxItemSize"
pxQueueBuffer：必须执行一个 StaticQueue_t 结构体，用来保存队列的数据结构
返回值：非 0：成功，返回句柄，以后使用句柄来操作队列；NULL：失败，因为 pxQueueBuffer 为 NULL

2.复位队列

队列刚被创建时，里面没有数据；使用过程中可以调用xQueueReset()把队列恢复为初始状态

函数原型为：


/* pxQueue : 复位哪个队列;
* 返回值: pdPASS(必定成功)
*/
BaseType_t xQueueReset( QueueHandle_t pxQueue);

3.删除队列

删除队列的函数为vQueueDelete()，只能删除使用动态方式创建的队列，他会释放内存。

函数原型如下：

void vQueueDelete( QueueHandle_t xQueue );

4.写队列

可以把数据写到队列头部，也可以写到队列尾部，此函数有两个版本：在任务中调用，在ISR中使用。

函数原型如下：

/* 等同于xQueueSendToBack
* 往队列尾部写入数据，如果没有空间，阻塞时间为xTicksToWait
*/
BaseType_t xQueueSend(
    QueueHandle_t xQueue,
    const void *pvItemToQueue,
    TickType_t xTicksToWait
 );
/* 
* 往队列尾部写入数据，如果没有空间，阻塞时间为xTicksToWait
*/
BaseType_t xQueueSendToBack(
    QueueHandle_t xQueue,
    const void *pvItemToQueue,
    TickType_t xTicksToWait
 );
/* 
* 往队列尾部写入数据，此函数可以在中断函数中使用，不可阻塞
*/
BaseType_t xQueueSendToBackFromISR(
    QueueHandle_t xQueue,
    const void *pvItemToQueue,
    BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
 );
/* 
* 往队列头部写入数据，如果没有空间，阻塞时间为xTicksToWait
*/
BaseType_t xQueueSendToFront(
    QueueHandle_t xQueue,
    const void *pvItemToQueue,
 =  TickType_t xTicksToWait
 );
/* 
* 往队列头部写入数据，此函数可以在中断函数中使用，不可阻塞
*/
BaseType_t xQueueSendToFrontFromISR(
    QueueHandle_t xQueue,
    const void *pvItemToQueue,
    BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
);

参数说明：

xQueue：队列句柄
pvItemToQueue：数据指针，这个数据会被复制进队列，复制多大的数据则是在创建队列时指定的
xTicksToWait：如果队列满则无法写入新数据，可以让任务进入阻塞状态， xTicksToWait 表示阻塞的最大时间(Tick Count)。如果被设为 0，无法写入数据时函数会立刻返回；如果被设为 portMAX_DELAY，则会一直阻塞直到有空间可写
返回值：pdPASS：数据成功写入了队列；errQUEUE_FULL：写入失败，队列满

5.读队列

读到最后一个数据后，队列中的该数据会被移除。这个函数也分为在任务中使用和在ISR中使用。

函数原型如下：

BaseType_t xQueueReceive( QueueHandle_t xQueue,
     void * const pvBuffer,
     TickType_t xTicksToWait );
BaseType_t xQueueReceiveFromISR(
     QueueHandle_t xQueue,
     void *pvBuffer,
     BaseType_t *pxTaskWoken
);

参数说明如下：

xQueue：队列句柄
pvBuffer：buffer的指针，队列数据会复制到这个buffer；复制多大的数据则是在创建队列时指定的
xTicksToWait：如果队列空则无法读出新数据，可以让任务进入阻塞状态， xTicksToWait 表示阻塞的最大时间(Tick Count)。如果被设为 0，无法读出数据时函数会立刻返回；如果被设为 portMAX_DELAY，则会一直阻塞直到有数据可读
返回值：pdPASS：数据成功读出了队列；errQUEUE_EMPTY：读出失败，队列空

6.查询

可以查询队列中有多少数据，有多少空闲空间。函数原型如下：

/*
* 返回队列中可用数据的个数
*/
UBaseType_t uxQueueMessagesWaiting( const QueueHandle_t xQueue );
/*
* 返回队列中可用空间的个数
*/
UBaseType_t uxQueueSpacesAvailable( const QueueHandle_t xQueue );

7.覆盖/偷看

当队列长度为 1 时，可以使用 xQueueOverwrite() 或 xQueueOverwriteFromISR()

来覆盖数据。

注意，队列长度必须为 1。当队列满时，这些函数会覆盖里面的数据，这也以为着这

些函数不会被阻塞。

函数原型如下：

/* 覆盖队列
* xQueue: 写哪个队列
* pvItemToQueue: 数据地址
* 返回值: pdTRUE表示成功, pdFALSE表示失败
*/
BaseType_t xQueueOverwrite(
     QueueHandle_t xQueue,
     const void * pvItemToQueue
);
BaseType_t xQueueOverwriteFromISR(
     QueueHandle_t xQueue,
     const void * pvItemToQueue,
     BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
);

如果想让队列中的数据供多方读取，也就是说读取时不要移除数据，要留给后来人。那

么可以使用 " 窥视 " ，也就是 xQueuePeek() 或 xQueuePeekFromISR() 。这些函数会从队列中

复制出数据，但是不移除数据。这也意味着，如果队列中没有数据，那么 " 偷看 " 时会导致阻

塞；一旦队列中有数据，以后每次 " 偷看 " 都会成功。

函数原型如下：

/* 偷看队列
* xQueue: 偷看哪个队列
* pvItemToQueue: 数据地址, 用来保存复制出来的数据
* xTicksToWait: 没有数据的话阻塞一会
* 返回值: pdTRUE表示成功, pdFALSE表示失败
*/
BaseType_t xQueuePeek(
     QueueHandle_t xQueue,
     void * const pvBuffer,
     TickType_t xTicksToWait
);
BaseType_t xQueuePeekFromISR(
     QueueHandle_t xQueue,
     void *pvBuffer,
);

三、队列集

要支持多个输入设备时，我们需要实现一个“InputTask”，它读取各个设备的队列，得

到数据后再分别转换为游戏的控制键。 InputTask 如何及时读取到多个队列的数据？要使用队列集。队列集的本质也是队列，只不过里面存放的是“队列句柄”。使用过程如下：

a. 创建队列 A，它的长度是 n1

b. 创建队列 B，它的长度是 n2

c. 创建队列集 S，它的长度是“n1+n2”

d. 把队列 A、B 加入队列集 S

e. 这样，写队列 A 的时候，会顺便把队列 A 的句柄写入队列集 S

f. 这样，写队列 B 的时候，会顺便把队列 B 的句柄写入队列集 S

g. InputTask 先读取队列集 S，它的返回值是一个队列句柄，这样就可以知道哪个队列有数据了；然后 InputTask 再读取这个队列句柄得到数据。

1.创建队列集

函数原型如下：

QueueSetHandle_t xQueueCreateSet( const UBaseType_t uxEventQueueLength )

参数说明：

uxQueueLength：队列集长度，最多能存放多少个数据(队列句柄)
返回值：非 0：成功，返回句柄，以后使用句柄来操作队列；NULL：失败，因为内存不足

2.将队列传入队列集

函数原型如下：

BaseType_t xQueueAddToSet( QueueSetMemberHandle_t xQueueOrSemaphore, QueueSetHandle_t xQueueSet );

参数说明：

xQueueOrSemaphore：队列句柄，这个队列要加入队列集
xQueueSet：队列集句柄
返回值：pdTRUE：成功；pdFALSE：失败

3.读取队列集

QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSet( QueueSetHandle_t xQueueSet, TickType_t const xTicksToWait );

参数说明：

xQueue：队列集句柄
xTicksToWait：如果队列集空则无法读出数据，可以让任务进入阻塞状态， xTicksToWait 表示阻塞的最大时间(Tick Count)。如果被设为 0，无法读出数据时函数会立刻返回；如果被设为 portMAX_DELAY，则会一直阻塞直到有数据可写
返回值：NULL：失败；队列句柄：成功