FreeRTOS 隊列

FreeRTOS 隊列

Queue 簡介

數據存儲

FreeRTOS的Queue是個FIFO先入先出的緩衝區。隊列長度在隊列創建時被指定。

上圖展示了隊列的使用方法。

在FreeRTOS的Queue實現中，採用的是複製而不是引用。這樣的好處是：

• 數據可以直接發送到隊列中保存，而不用擔心原數據會被覆蓋或修改
• 不用事先開闢緩衝區存儲，直接複製到隊列即可
• 發送和接收是獨立的
• 也可以直接將指針作爲元素髮送，可以看做是引用
• FreeRTOS負責給數據分配存儲空間
• 某些內存保護系統中，RAM的訪問是被限制的。發送和接收任務不一定都可以訪問RAM

多任務訪問

隊列可以被任何任務或者中斷服務函數訪問。任一任務都可以寫入隊列和讀取隊列。

讀取等待

當任務企圖讀取隊列時，可以指定一個阻塞時間等待數據。在這段時間中，任務會被阻塞。當隊列中有新數據或者超時，被阻塞的任務會自動進入就緒態。一個隊列會有很多受衆，但是在這種情況下，只有一個任務會解除阻塞態，這個任務是所有等待任務中優先級最高的那個。如果任務優先級相同，則選取已經等待時間較長的那個任務解除阻塞。

寫入等待

當隊列已滿，可以指定一個阻塞時間等待寫入。同樣，有可能存在多個任務等待寫入隊列。這時，只有一個任務可以解除阻塞。這個任務通常是優先級最高的任務，如果優先極相同，則選取等待時間最長的任務解除阻塞。

多隊列阻塞

隊列可以組成集合，一個任務可以等待一個隊列集中所有的隊列數據同時就緒。

APl

xQueueCreate() 創建隊列

隊列可以用句柄表示，數據類型是QueueHandle_t

在FreeRTOS V9.0 中，xQueueCreateStatic()可以用來創建一個靜態隊列，他的大小在編譯就被指定。

xQueueSendToBack() and xQueueSendToFront() 插入元素

這兩個API指定數據位置，插入隊首還是隊尾
xQueueSend()等同於xQueueSendToBack()
注意，這兩個函數不能在中斷中調用！！，如需中斷中調用，須使用xQueueSendToFrontFromISR() 和 xQueueSendToBackFromISR()

xQueueReceive() 接收數據

注意，不能在中斷中使用！ 中斷中須使用，xQueueReceiveFromISR()

uxQueueMessagesWaiting() 查詢隊列元素數

不能在中斷使用！！，替代：uxQueueMessagesWaitingFromISR()

示例

圖解

• Receiver優先級最高首先搶佔CPU，由於隊列爲空，Receiver隨即進入阻塞態
• Sender2發送數據到隊列
• Receiver檢測到隊列中有數據，開始讀數。隊列隨即變空，Receiver又進入阻塞態
• Sender1發送數據到隊列
• Receiver檢測到隊列中有數據，開始讀數。隊列隨即變空，Receiver又進入阻塞態
• …

從多個數據源接收數據 Receiving Data From Multiple Sources

由於一個隊列可能接收來源不同的數據，如果我們想要知道每個數據的身份信息，一個較爲簡單的方式就是將結構體作爲隊列的元素，如下圖所示

• eDataID代表數據身份信息
• IDataValue則是數據值

示例

定義數據元素結構體：

創建發送任務：

創建接收任務：

只有隊列滿時，纔會處理

圖解

• t2時刻隊列已滿，此時Receiver從隊列中取出一個數據
• t4時刻隊列出現一個空位，由於Sender1/2優先級相同，調度器將控制權交給等待時間最長的任務Sender1
• t5時刻，Sender1將隊列填滿，Receiver開始取數據
• …

處理大量的或者不同長度的數據 Working with Large or Variable Sized Data

處理大量數據

Queuing Pointers 隊列指針

如果數據量很大，那麼我們一般選擇傳遞指針而不是複製數據。傳遞指針對於處理時間和內存消耗都是高效的。但是，需要確保兩點：

• 指針指向的存儲空間地址是有定義的
  指針指向的地址，一般來說，只要相應發送和接收任務纔可以寫入和讀取，而且需要是有效、連續的！
• 指針指向的地址仍然有效
  任何時候不要把任務堆棧的地址作爲指針傳遞，因爲任務堆棧會在任務修改時自動釋放

示例

處理類型或長度不同的數據 Using a Queue to Send Different Types and Lengths of Data

將結構體和指針相結合，隊列可以傳遞不同類型的數據

示例 FreeRTOS+TCP/IP

從多個隊列中接收 Receiving From Multiple Queues

隊列集 Queue Sets

隊列集允許任務從多個隊列中接收數據而不用知道哪個有數據。隊列集並不比使用單一隊列傳遞結構體更加高效，所以隊列集一般只在必要的時候使用。

xQueueCreateSet() 創建隊列集

xQueueAddToSet() 添加到隊列集

將一個隊列或者信號量添加到隊列集

xQueueSelectFromSet() 從一個隊列集中讀取隊列句柄

在讀取數據前，我們需要先調用這個函數獲取集合中某個隊列或信號量的句柄，然後才能繼續讀取數據！！

示例 1

示例 2

隊列集中包含了二值信號量，uint32_t變量，指針

利用隊列創建郵箱 Using a Queue to Create a Mailbox

本文中，郵箱指的是長度爲1的隊列，之所以叫郵箱，是因爲他們作用相似

• 發送-接收模式
• 郵件可以被任一個任務或ISR讀取
  

API

xQueueOverwrite() 隊列覆寫

用來發送數據到隊列，與xQueueSendToBack()的區別在於 可以覆寫
這個函數應該僅被用於隊列長度爲1的情況
注意！不能在中斷中使用！！


示例

xQueuePeek() 不取出元素查看

示例