前言

本文介紹隊列的基本知識，詳細源碼分析見FreeRTOS進階之隊列示例分析

1.FreeRTOS隊列

隊列是主要的任務間通訊方式。可以在任務與任務間、中斷和任務間傳送信息。大多數(shù)情況下，隊列用于具有線程保護的FIFO（先進先出）緩沖區(qū)：新數(shù)據(jù)放在隊列的后面。當然，數(shù)據(jù)也可以放在隊列的前面，在下一篇講隊列API函數(shù)時，會涉及到數(shù)據(jù)的存放位置。

圖1-1：讀寫隊列

圖1-1所示的隊列中，最多能保存5個項目，并且假設隊列永遠不會滿。任務A使用API函數(shù)xQueueSendToBack()向隊列發(fā)送數(shù)據(jù)，每次發(fā)送一個數(shù)據(jù)，新入隊的數(shù)據(jù)置于上一次入隊數(shù)據(jù)的后面。任務B使用API函數(shù)xQueueReceive()將數(shù)據(jù)從隊列取出，先入隊的數(shù)據(jù)先出隊。

2.使用模型：最簡單、最靈活

通常情況下，魚和熊掌是不可兼得的，但FreeRTOS的隊列用戶模型管理卻兼顧簡單和靈活。發(fā)送到隊列的消息是通過拷貝實現(xiàn)的，這意味著隊列存儲的數(shù)據(jù)是原數(shù)據(jù)，而不是原數(shù)據(jù)的引用。FreeRTOS隊列具有以下特性：

C變量（整形、簡單結(jié)構(gòu)體等等）中的簡單信息可以直接傳送到隊列。這樣就不需要為信息分配緩存也不需要再進行什么拷貝工作。同樣的，信息可以直接從隊列讀取到C變量中。用直接拷貝的方法入隊，可以允許任務立即覆寫已經(jīng)入隊的變量或者緩存，實際上隊列中已經(jīng)保存了這些變量或緩沖區(qū)攜帶的信息。因為變量中的數(shù)據(jù)內(nèi)容是以拷貝的方式入隊的，所以變量自身是允許重復使用的。發(fā)送信息的任務和接收信息的任務并不需要就哪個任務擁有信息、哪個任務釋放信息（當信息不再使用時）而達成一致。

隊列是通過拷貝傳遞數(shù)據(jù)的，但這并不妨礙隊列通過引用來傳遞數(shù)據(jù)。當信息的大小到達一個臨界點后，逐字節(jié)拷貝整個信息是不實際的，可以定義一個指針隊列，只拷貝指向消息的指針來代替整個信息拷貝。FreeRTOS+UDP IP棧例程正是使用這種方法向FreeRTOS協(xié)議棧傳遞大量網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的。

隊列內(nèi)存區(qū)域分配由內(nèi)核完成。

變長消息可以通過定義保存一個結(jié)構(gòu)體變量的隊列實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)體一個成員指向要入隊的緩存，另一個成員保存緩存數(shù)據(jù)的大小。

單個隊列可以接收不同類型信息，并且信息可以來自不同的位置。通過定義保存一個結(jié)構(gòu)體變量的隊列來實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)體的一個成員保存信息類型，另一個成員保存信息數(shù)據(jù)（或者指向信息數(shù)據(jù)的指針）。數(shù)據(jù)如何解讀取決于信息類型。管理FreeRTOS+UDP IP棧的任務正是使用單個隊列接收ARP定時器時間通知、以太網(wǎng)硬件傳送來的數(shù)據(jù)包、從應用層傳送來的數(shù)據(jù)包、網(wǎng)絡關閉事件等等。

天生適用于那些內(nèi)存保護（MPU）場合。一個具有內(nèi)存區(qū)域保護的任務可以向另一個具有內(nèi)存區(qū)域保護的任務傳遞數(shù)據(jù)，因為調(diào)用隊列發(fā)送函數(shù)會引起RTOS提升微控制器特權級別。只有RTOS（具有所有特權）才可以訪問隊列存儲區(qū)域。

在中斷函數(shù)中使用獨立的API。將RTOS任務API和中斷服務例程API分來實現(xiàn)意味著可以避免執(zhí)行時的上下文調(diào)用檢查開銷，還意味著在大多數(shù)情況下，與其它RTOS產(chǎn)品相比，用戶創(chuàng)建中斷服務例程會更簡單。

API函數(shù)很簡單。

3.隊列阻塞

API函數(shù)允許指定阻塞時間。

每當任務企圖從一個空的隊列讀取數(shù)據(jù)時，任務會進入阻塞狀態(tài)（這樣任務不會消耗任何CPU時間并且另一個任務可以運行）直到隊列中出現(xiàn)有效數(shù)據(jù)或者阻塞時間到期。

每當任務企圖向一個滿的隊列寫數(shù)據(jù)時，任務會進入阻塞狀態(tài)，直到隊列中出現(xiàn)有效空間或者阻塞時間到期。

如果多個任務阻塞在一個隊列上，那么最高優(yōu)先級別的任務會第一個解除阻塞。

注：中斷程序中必須使用“FromISR”結(jié)尾的API函數(shù)！

總結(jié)一下隊列的基本用法：

定義一個隊列句柄變量，用于保存創(chuàng)建的隊列：xQueueHandle xQueue1;

使用API函數(shù)xQueueCreate()創(chuàng)建一個隊列。

如果希望使用先進先出隊列，使用API函數(shù)xQueueSend()或xQueueSendToBack()向隊列投遞隊列項。如果希望使用后進先出隊列，使用API函數(shù)xQueueSendToFront()向隊列投遞隊列項。如果在中斷服務程序中，切記使用它們的帶中斷保護版本。

使用API函數(shù)xQueueReceive()從隊列讀取隊列項，如果在中斷服務程序中，切記使用它們的帶中斷保護版本。

以上使用的API函數(shù)將在下一篇文章中介紹，更多關于FreeRTOS隊列基礎的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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