跟着野火视频学习FreeRTOS——消息队列

1、消息队列的基本概念

是一种常用于任务间通信的数据结构，队列可以在任务与任务间、中断和任务间传递信息，实现了任务接收来自其他任务或中断的不固定长度消息。

任务能够从队列里面读取消息，当队列中消息是空时，读取消息的任务将被阻塞，用户还可以指定阻塞的任务时间xTaskToWait,在这段时间中，如果队列为空，该任务将保持阻塞状态以等待队列数据有效。当队列中有新消息时，被阻塞的任务会被唤醒并处理新消息。当等待的时间超过了指定的阻塞时间，即使队列中尚无有效数据，任务也会自动从阻塞态转为就绪态。

消息队列是一种异步的通信方式。

通过消息队列服务，任务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，一个或多个任务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任务，也就是说，任务先得到的是最先进入消息队列的消息，即先进先出原则，但是也支持后进先出原则。

FreeRTOS中使用队列数据结构实现任务异步通信工作，具有如下特性：

消息支持先进先出方式排队，支持异步读写工作方式。

读写队列均支持超时机制。

消息支持后进先出方式排队，往队首发送消息。

可以允许不同长度的任意类型消息。

一个任务能够从任意一个消息队列接受和发送消息。

多个任务能够从同一个消息队列接受和发送消息。

当队列使用结束后，可以通过删除队列函数进行删除。

2、消息队列的运作机制

创建消息队列时FreeRTOS会先给消息队列分配一块内存空间，这块内存的大小等于消息队列控制块大小加上单个消息空间大小与消息队列长度的乘积，接着在初始化消息队列，此时消息队列为空。FreeRTOS的消息队列有多个元素组成，当消息队列被创建时，系统会为控制块分配对应的内存空间，用于保存消息队列的一些信息如消息的存储位置，头指针pcHead\尾指针pcTail、消息大小uxItemSize以及队列长度uxLength等。同时每个消息队列都与消息空间在同一段连续的内存空间中，在创建成功的时候，这些内存就被占用了，只有删除了消息队列的时候，这段内存才会被释放掉，创建成功的时候就已经分配好了每个消息队列与消息空间的容量，无法更改，每个消息空间可以存放不大于消息大小uxItemSize的任意类型数据，所有消息队列中的消息空间总数即是消息队列的长度，这个长度可在消息队列创建时指定。

3、消息队列的阻塞机制

4、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，包含任务与任务间的消息交换，队列是FreeRTOS主要的任务间通讯方式，可以在任务与任务、中断和任务间传送信息，发送到队列的消息是通过拷贝方式实现的，这意味着队列存储的数据是原数据而不是原数据的引用。

5、消息队列控制块

消息队列控制块由多个元素组成，当消息队列被创建时，系统会为控制块分配对应的内存空间，用于保存消息队列的一些信息如消息的存储位置，头指针pcHead、尾指针pcTail、消息大小uxItemSize以及队列长度uxLength,以及当前队列消息个数uxMessagesWaiting等。

6、消息队列常用函数讲解

使用队列模块的典型流程如下：

创建消息队列。

写队列操作。

读队列操作.

删除队列。

6.1、消息队列创建函数xQueueCreate()

xQueueCreate()用于创建一个新的队列并返回可用于访问这个队列的队列句柄。队列句柄其实就是一个指向队列数据结构类型的指针。

队列就是一个数据结构，用于任务间的数据的传递。没创建一个新的队列都需要为其分配RAM，一部分用于存储队列的状态，剩下的作为队列消息的存储区域。使用xQueueCreate()创建队列时使用的是动态内存分配，通常情况下凡是创建任务，队列，信号量和互斥量等内核对象都需要使用动态内存分配，所以宏configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION默认在FreeRTOS.h头文件中已经使能。

6.2、消息队列静态创建函数xQueueCreateStatic()
6.3、消息队列删除函数vQueueDelete()

队列删除函数是根据消息队列句柄直接删除的，删除之后这个消息队列的所有信息都会被系统回收清空，而且不能再次使用这个消息队列了。xQuene时vQueueDelete()函数的形参，是消息队列句柄，表示的是要删除哪个队列。

6.4、向消息队列发送消息函数

任务或中断服务程序都可以给消息队列发送消息，当发送消息时，如果队列未满或允许覆盖入队，系统会将消息拷贝到消息队列队尾，否则会根据用户指定的阻塞超时时间进行阻塞，在这段时间中如果队列一直不允许入队，该任务将保持阻塞状态以等待队列允许入队。当其他任务从其等待的队列中读入了数据，该任务将自动由阻塞态转为就绪态。当任务等待的时间超过了指定的阻塞时间，即使队列中还不允许入队，任务也会自动从阻塞态转移为就绪态，此时发送消息的任务或者中断程序会收到一个错误码errQUEUE_FULL.

发送紧急消息的过程与发送消息几乎一样，唯一不同的是，当发送紧急消息的时候，发送的位置是消息队列队头而非队尾，这样，接收者就能够优先接受都紧急消息，从而及时进行消息处理。

消息队列发送函数有好几个，都是使用宏定义进行展开的，有些只能在任务调用，有些只能在中断中调用。

1、xQueueSend()与 xQueueSendToBack()

2. xQueueSendFromISR()与 xQueueSendToBackFromISR()
3. xQueueSendToFront()
xQueueSendToFront()用于向队列队首发送一个消息。消息以拷贝的形式入队，而不是以引用的形式。该函数绝不能在中断服务程序里面被调用， 而是必须使用带有中断保护功能的
xQueueSendToFrontFromISR ()来代替。

4. xQueueSendToFrontFromISR()
该宏是 xQueueSendToFront()的中断保护版本，用于在中断服务程序中向消息队列队首发送一个消息。

5. 通用消息队列发送函数 xQueueGenericSend()（任务）
上面看到的那些在任务中发送消息的函数都是 xQueueGenericSend()展开的宏定义，真正起作用的就是 xQueueGenericSend()函数，根据指定的参数不一样，发送消息的结果就不一样。
6. 消息队列发送函数 xQueueGenericSendFromISR()（中断）
既然有任务中发送消息的函数，当然也需要有在中断中发送消息函数， 其实这个函数跟 xQueueGenericSend() 函 数 很 像 ， 只 不 过 是 执 行 的 上 下 文 环 境 是 不 一 样 的 ，xQueueGenericSendFromISR()函数只能用于中断中执行，是不带阻塞机制的。
 

6.5、从消息队列读取消息函数

当任务试图读队列中的消息时，可以指定一个阻塞超时时间，当且仅当消息队列中有消息的时候，任务才能读取到消息。在这段时间中，如果队列为空，该任务将保持阻塞状态以等待队列数据有效。当其它任务或中断服务程序往其等待的队列中写入了数据，该任务将自动由阻塞态转为就绪态。当任务等待的时间超过了指定的阻塞时间，即使队列中尚无有效数据，任务也会自动从阻塞态转移为就绪态。

1. xQueueReceive()与 xQueuePeek()
xQueueReceive()用于从一个队列中接收消息并把消息从队列中删除。 接收的消息是以拷贝的形式进行的， 所以我们必须提供一个足够大空间的缓冲区。 具体能够拷贝多少数据到缓冲区，这个在队列创建的时候已经设定。该函数绝不能在中断服务程序里面被调用， 而是必须使用带有中断保护功能的 xQueueReceiveFromISR ()来代替。
如果不想删除消息的话，就调用 xQueuePeek()函数。

2. xQueueReceiveFromISR()与 xQueuePeekFromISR()
xQueueReceiveFromISR()是 xQueueReceive ()的中断版本，用于在中断服务程序中接收一个队列消息并把消息从队列中删除； xQueuePeekFromISR()是 xQueuePeek()的中断版本，用于在中断中从一个队列中接收消息， 但并不会把消息从队列中移除。

3. 从队列读取消息函数 xQueueGenericReceive()
 

7、消息队列使用注意事项

1. 使用 xQueueSend()、 xQueueSendFromISR()、 xQueueReceive()等这些函数之前应先创建需消息队列，并根据队列句柄进行操作。

2. 队列读取采用的是先进先出（FIFO）模式，会先读取先存储在队列中的数据。当然 FreeRTOS 也支持后进先出（LIFO）模式，那么读取的时候就会读取到后进队列的数据。

3. 在获取队列中的消息时候，我们必须要定义一个存储读取数据的地方，并且该数据区域大小不小于消息大小，否则，很可能引发地址非法的错误。

4. 无论是发送或者是接收消息都是以拷贝的方式进行， 如果消息过于庞大，可以将消息的地址作为消息进行发送、接收。

5. 队列是具有自己独立权限的内核对象，并不属于任何任务。所有任务都可以向同一队列写入和读出。一个队列由多任务或中断写入是经常的事，但由多个任务读出倒是用的比较少。