FreeRTOS（消息队列）

消息队列是一种异步的通信方式。任务能够从队列中读取消息，当队列中的消息为空时，读取消息的任务将被阻塞。用户可以指定阻塞的任务时间 xTicksToWait，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；当等待的时间超过指定的阻塞时间，即使队列中没有有效数据，任务也会自动从阻塞态转为就绪态。通过消息队列服务，任务或中断服务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(FIFO)，FreeRTOS的队列也支持后进先出原则(LIFO)。

3、FreeRTOS中消息队列特性

①消息支持先进先出方式排队，支持异步读写工作方式

②读写队列均支持超时机制

③消息支持后进先出方式排队，向队首发送消息(LIFO)

④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

⑤一个任务能够从任意一个消息队列接收和发送消息

⑥多个任务能够从同一个消息队列接收和发送消息

⑦当队列使用结束后，可以通过删除队列函数进行删除

4、消息队列应用场景

消息队列可用于发送不定长消息的场合。队列是FreeRTOS 主要的任务间通信方式，可以在任务与任务间、中断和任务间传送信息，发送到队列的消息是通过复制方式实现的，这意味着队列存储的数据是原始数据，而不是原始数据的引用。

二、消息队列常用API

1、使用消息队列的典型流程

①创建消息队列：xQueueCreate()

②发送消息队列：xQueueSend() 与 xQueueSendFromISR()

③读取消息队列：xQueueReceive()

④删除消息队列：vQueueDelete()

三、消息队列创建与删除

1、消息队列控制块(句柄)

2、队列创建

函数原型：

QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, //队列长度消息个数

UBaseType_t uxItemSize ); //类目大小，即消息大小，单位字节

函数描述：函数 xQueueCreate 用于创建消息队列

①第 1 个参数是消息队列支持的消息个数

②第 2 个参数是每个消息的大小，单位字节

③返回值，如果创建成功会返回消息队列的句柄，如果由于 FreeRTOSConfig.h 文件中 heap 大小不足，无法为此消息队列提供所需的空间会返回 NULL

应用：

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Variables */
osThreadId KEY1Handle;

//定义队列变量
static QueueHandle_t xQueue=NULL;
static QueueHandle_t xQueue1=NULL;

/* USER CODE END Variables */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_QUEUES */
  /* add queues, ... */
  xQueue=xQueueCreate(1,4);
  if(xQueue==NULL)
	  HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)"Create xQueue error... \r\n", 27, HAL_MAX_DELAY);
  else
	  HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)"Create xQueue success... \r\n", 29, HAL_MAX_DELAY);

  xQueue1=xQueueCreate(2,16);
  if(xQueue1==NULL)
	  HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)"Create xQueue1 error... \r\n", 28, HAL_MAX_DELAY);
  else
	  HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)"Create xQueue1 success... \r\n", 30, HAL_MAX_DELAY);
  /* USER CODE END RTOS_QUEUES */

3、队列删除

函数原型：void vQueueDelete( QueueHandle_t xQueue); //队列句柄

函数描述：

①函数 vQueueDelete 用于删除消息队列

②第 1 个参数是需要删除的消息队列句柄

注意：消息队列删除后，系统会清空此队列的全部消息，且不能再次使用此队列。

四、任务与中断中消息队列发送与接收

1、任务中消息队列发送

函数原型：BaseType_t xQueueSend( QueueHandle_t xQueue, /* 消息队列句柄 */

const void * pvItemToQueue, /* 要传递数据地址 */

TickType_t xTicksToWait /* 等待消息队列有空间的最大等待时间 */ );

函数描述：函数 xQueueSend 用于任务中消息发送。

① 第 1 个参数是消息队列句柄

② 第 2 个参数要传递数据地址，每次发送都是将消息队列创建函数 xQueueCreate 所指定的单个消息大小复制到消息队列空间中

③ 第 3 个参数是当消息队列已经满时，等待消息队列有空间时的最大等待时间，单位系统时钟节拍

④ 返回值，如果消息成功发送返回 pdTRUE，否则返回 errQUEUE_FULL

使用这个函数要注意以下问题：

1. FreeRTOS 的消息传递是数据的复制，而不是传递的数据地址。

2. 此函数是用于任务代码中调用的，故不可以在中断服务程序中调用此函数，中断服务程序中使用的是xQueueSendFromISR。

3. 如果消息队列已经满且第三个参数为 0，那么此函数会立即返回。

4. 如果用户将 FreeRTOSConfig.h 文件中的宏定义 INCLUDE_vTaskSuspend 配置为 1 且第三个参数配置为 portMAX_DELAY，那么此发送函数会永久等待直到消息队列有空间可以使用。

5. 消息队列还有两个函数 xQueueSendToBack 和 xQueueSendToFront，函数 xQueueSendToBack实现的是 FIFO 方式的存取，函数 xQueueSendToFront 实现的是 LIFO 方式的读写。我们这里说的函数 xQueueSend 等效于 xQueueSendToBack，即实现的是 FIFO 方式的存取。

2、中断中消息队列发送

函数原型：BaseType_t xQueueSendFromISR ( QueueHandle_t xQueue, /* 消息队列句柄 */

const void *pvItemToQueue, /* 要传递数据地址 */

BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken /* 高优先级任务是否被唤醒的状态保存 */ );

函数描述：函数 xQueueSendFromISR 用于中断服务程序中消息发送。

① 第 1 个参数是消息队列句柄。

② 第 2 个参数要传递数据地址，每次发送都是将消息队列创建函数 xQueueCreate 所指定的单个消息大小复制到消息队列空间中。

③ 第 3 个参数用于保存是否有高优先级任务准备就绪。如果函数执行完毕后，此参数的数值是 pdTRUE，说明有高优先级任务要执行，否则没有。

④ 返回值，如果消息成功发送返回 pdTRUE，否则返回 errQUEUE_FULL。

使用这个函数要注意以下问题：

1. FreeRTOS 的消息传递是数据的复制，而不是传递的数据地址。正因为这个原因，用户在创建消息队列时单个消息大小不可太大，因为一定程度上面会增加中断服务程序的执行时间。

2. 此函数是用于中断服务程序中调用的，故不可以在任务代码中调用此函数，任务代码中使用的是xQueueSend。

3. 消息队列还有两个函数 xQueueSendToBackFromISR 和 xQueueSendToFrontFromISR，函数xQueueSendToBackFromISR 实现的是 FIFO 方式的存取，函数 xQueueSendToFrontFromISR 实现的是 LIFO 方式的读写。我们这里说的函数 xQueueSendFromISR 等效于xQueueSendToBackFromISR，即实现的是 FIFO 方式的存取。

3、任务中消息队列接收

函数原型：BaseType_t xQueueReceive( QueueHandle_t xQueue, /* 消息队列句柄 */

void *pvBuffer, /* 接收消息队列数据的缓冲地址 */

TickType_t xTicksToWait /* 等待消息队列有数据的最大等待时间 */ );

函数描述：函数 xQueueReceive 用于接收消息队列中的数据。

① 第 1 个参数是消息队列句柄。

② 第 2 个参数是从消息队列中复制出数据后所储存的缓冲地址，缓冲区空间要大于等于消息队列创建函数 xQueueCreate 所指定的单个消息大小，否则取出的数据无法全部存储到缓冲区，从而造成内存溢出。

③ 第 3 个参数是消息队列为空时，等待消息队列有数据的最大等待时间，单位系统时钟节拍。

④ 返回值，如果接到到消息返回 pdTRUE，否则返回 pdFALSE。

使用这个函数要注意以下问题：

1. 此函数是用于任务代码中调用的，故不可以在中断服务程序中调用此函数，中断服务程序使用的是xQueueReceiveFromISR。

2. 如果消息队列为空且第三个参数为 0，那么此函数会立即返回。

3. 如果用户将 FreeRTOSConfig.h 文件中的宏定义 INCLUDE_vTaskSuspend 配置为 1 且第三个参数配置为 portMAX_DELAY，那么此函数会永久等待直到消息队列有数据。