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本系列基于stm32系列单片机来使用freerots
FreeRTOS是一个广泛使用的开源实时操作系统文章写完后目录可以自动生成如何生成可参考右边的帮助文档 文章目录 前言一、队列是什么二、队列的操作二、示例代码总结 前言
本系列基于stm32系列单片机来使用freerots
FreeRTOS是一个广泛使用的开源实时操作系统RTOS它提供了丰富的功能和特性使嵌入式系统的开发更加简单和高效。队列是FreeRTOS中常用的一种通信机制它用于在任务之间传递数据。 一、队列是什么
队列是一种先进先出FIFO的数据结构允许任务将数据项放入队列的末尾并从队列的前端取出数据项。队列提供了一种线程安全的方式来实现任务之间的数据传输尤其适用于生产者-消费者模式的应用。
二、队列的操作
1. xQueueCreate(): 函数原型: QueueHandle_t xQueueCreate(UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize); 作用: 创建一个队列并返回队列的句柄。 参数:
uxQueueLength: 队列中的最大项数即队列的深度。 uxItemSize: 单个队列项的大小以字节为单位。
2. xQueueCreate(): 函数原型: BaseType_t xQueueSend(QueueHandle_t xQueue, const void *pvItemToQueue, TickType_t xTicksToWait); 作用: 将一个数据项发送到队列中。 参数:
xQueue: 队列的句柄。 pvItemToQueue: 要发送的数据项的指针。 xTicksToWait: 阻塞等待的时间如果队列已满将会等待指定的时间直到队列有空间可用。
3. xQueueReceive(): 函数原型: BaseType_t xQueueReceive(QueueHandle_t xQueue, void *pvBuffer, TickType_t xTicksToWait); 作用: 从队列中接收一个数据项。 参数:
xQueue: 队列的句柄。 pvBuffer: 接收数据项的缓冲区指针。 xTicksToWait: 阻塞等待的时间如果队列为空将会等待指定的时间直到队列中有数据可用。
4. uxQueueMessagesWaiting(): 函数原型: UBaseType_t uxQueueMessagesWaiting(const QueueHandle_t xQueue); 作用: 获取队列中当前等待处理的数据项数量。 参数:
xQueue: 队列的句柄。
5. vQueueDelete(): vQueueDelete(): 函数原型: void vQueueDelete(QueueHandle_t xQueue); 作用: 删除一个已创建的队列及其相关资源。 参数:
xQueue: 队列的句柄。
6.xQueueCreateStatic() 作用静态分配queue内存 函数原型QueueHandle_t xQueueCreateStatic( UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize, uint8_t *pucQueueStorageBuffer, StaticQueue_t *pxQueueBuffer );
参数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0pucQueueStorageBuffer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
7.xQueueReset(); 作用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BaseType_t xQueueReset( QueueHandle_t pxQueue);参数为要复位的队列。
8.xQueueSendToBack() 函数原型BaseType_t xQueueSendToBack( QueueHandle_t xQueue, const void *pvItemToQueue, TickType_t xTicksToWait ); 作用往队列尾部写入数据如果没有空间阻塞时间为xTicksToWait。 参数为要写的队列数据等待的时间
8.xQueueSendToBackFromISR() 函数原型BaseType_t xQueueSendToBackFromISR( QueueHandle_t xQueue, const void *pvItemToQueue, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken ); 作用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
9.xQueueSendToFront() 作用往队列头部写入数据如果没有空间阻塞时间为xTicksToWait 函数原型BaseType_t xQueueSendToFront( QueueHandle_t xQueue, const void *pvItemToQueue, TickType_t xTicksToWait ); 10.xQueueSendToFrontFromISR() 作用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 函数原型BaseType_t xQueueSendToFrontFromISR( QueueHandle_t xQueue, const void *pvItemToQueue, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
11.xQueueReceiveFromISR() 作用读函数此函数可以在中断内使用不可阻塞 函数原型BaseType_t xQueueReceiveFromISR( QueueHandle_t xQueue, void *pvBuffer, BaseType_t *pxTaskWoken ); 参数为要读的队列存储的位置一个指向 BaseType_t 变量的指针在正常情况下被置为 pdFALSE。它用于通知内核是否有任务的优先级因为该操作而发生了改变。
12.uxQueueSpacesAvailable() 作用 返回队列中可用空间的个数 函数原型UBaseType_t uxQueueSpacesAvailable( const QueueHandle_t xQueue ); 参数为要查询的队列
13.xQueueOverwrite()与xQueueOverwriteFromISR() 作用当队列满时这些函数会覆盖里面的数据这也意为着这些函数不会被阻塞。 函数原型
/* 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
);14.xQueuePeek()与xQueuePeekFromISR()函数 作用偷看要取出队列的第二个元素 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
/* 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,
);
二、示例代码
下面是一个简单的示例代码演示了如何使用FreeRTOS队列实现一个生产者任务和一个消费者任务之间的数据传输
// 创建一个队列句柄
QueueHandle_t xQueue;void vProducerTask(void *pvParameters)
{int data 0;while (1) {// 生产数据data generateData();// 发送数据到队列if (xQueueSend(xQueue, data, portMAX_DELAY) ! pdPASS) {// 处理发送失败的情况}// 延时模拟生产速度vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));}
}void vConsumerTask(void *pvParameters)
{int receivedData;while (1) {// 从队列接收数据if (xQueueReceive(xQueue, receivedData, portMAX_DELAY) pdPASS) {// 处理接收到的数据processData(receivedData);}}
}int main()
{
// 创建队列队列长度为5每个数据项的大小为sizeof(int)
xQueue xQueueCreate(5, sizeof(int));// 创建生产者任务
xTaskCreate(vProducerTask, Producer, configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY 1, NULL);// 创建消费者任务
xTaskCreate(vConsumerTask, Consumer, configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY 1, NULL);// 启动调度器
vTaskStartScheduler();return 0;
}总结
队列是FreeRTOS中一种有用的通信机制可用于在任务之间传递数据。通过使用队列我们可以实现任务之间的数据共享和同步。在使用队列时需要注意队列的深度和每个数据项的大小并选择适当的阻塞等待时间以避免资源争用和任务饥饿等问题。 在后面我们还将介绍到信号量互斥锁任务通知等任务的通信机制他们都是为了解决任务的通信研究出来的技术和算法。
