FreeRTOS的学习（二）——队列的介绍和操作

目录

队列的简介

任务对队列的操作

读取队列中的消息

向队列中发送消息

队列结构体

队列创建

1、函数 xQueueCreate()：动态创建队列

函数原型

 参数

 返回值

2、函数 xQueueCreateStatic()：静态创建队列

函数原型

 参数

 返回值

 队列的操作

1、向队列写入数据：入队函数，就是向队列写入数据

1、函数 xQueueSend()、 xQueueSendToBack()和 xQueueSendToFront()

2、函数 xQueueGenericSend()：任务调用底层函数

3、 xQueueSendFromISR()、

xQueueSendToBackFromISR()、

xQueueSendToFrontFromISR()函数：在中断里面操作函数

4、函数 xQueueOverwriteFromISR()：中断底层调用函数

2、读取队列中的数据

 1、函数 xQueueReceive()

2、函数 xQueuePeek()

 3、 函数 xQueueGenericReceive()

4、函数 xQueueReceiveFromISR()

 5、函数 xQueuePeekFromISR()

 实验操作

主程序

效果演示

---

 

队列的简介

        队列是为了任务与任务、任务与中断之间的通信而准备的，可以在任务与任务、任务与中
断之间传递消息，队列中可以存储有限的、大小固定的数据项目。任务与任务、任务与中断之
间要交流的数据保存在队列中，叫做队列项目。队列所能保存的最大数据项目数量叫做队列的
长度，创建队列的时候会指定数据项目的大小和队列的长度。 由于队列用来传递消息的，所以
也称为消息队列。 FreeRTOS 中的信号量的也是依据队列实现的！ 所以有必要深入的了解
FreeRTOS 的队列。

        队列不是属于某个特别指定的任务的，任何任务都可以向队列中发送消息，或者从队列中
提取消息。

        因为FreeRTOS是多任务的，里面的会有一些局部变量，需要供给其他任务使用，使用引出这个队列的定义，就是为了实现它们之间的交流。

任务对队列的操作

读取队列中的消息

        当任务尝试从一个队列中读取消息的时候可以指定一个阻塞时间，这个阻塞时间就是当任
务从队列中读取消息无效的时候任务阻塞的时间。 出队就是就从队列中读取消息，出队阻塞是
针对从队列中读取消息的任务而言的。 比如任务 A 用于处理串口接收到的数据， 串口接收到数
据以后就会放到队列 Q 中， 任务 A 从队列 Q 中读取数据。但是如果此时队列 Q 是空的，说明
还没有数据，任务 A 这时候来读取的话肯定是获取不到任何东西，那该怎么办呢？任务 A 现在
有三种选择，一：二话不说扭头就走，二：要不我在等等吧，等一会看看，说不定一会就有数
据了，三：死等，死也要等到你有数据！选哪一个就是由这个阻塞时间决定的，这个阻塞时间
单位是时钟节拍数。 阻塞时间为 0 的话就是不阻塞，没有数据的话就马上返回任务继续执行接
下来的代码， 对应第一种选择。 如果阻塞时间为 0~ portMAX_DELAY， 当任务没有从队列中获
取到消息的话就进入阻塞态，阻塞时间指定了任务进入阻塞态的时间，当阻塞时间到了以后还
没有接收到数据的话就退出阻塞态，返回任务接着运行下面的代码，如果在阻塞时间内接收到
了数据就立即返回，执行任务中下面的代码，这种情况对应第二种选择。当阻塞时间设置为
portMAX_DELAY 的话，任务就会一直进入阻塞态等待，直到接收到数据为止！ 这个就是第三种选择。

向队列中发送消息

        将消息加入到队列中。和读取队列一样，当一个任务向队列发送消息的话也可以设置阻塞时间。比如任务 B 向消息队列 Q 发送消息，但是此时队列 Q 是满的，那肯定是发送失败的。此时任务B 就会遇到和上面任务 A 一样的问题，这两种情况的处理过程是类似的，只不过一个是向队列 Q 发送消息，一个是从队列 Q 读取消息而已。

队列结构体

        有一个结构体用于描述队列，叫做 Queue_t，这个结构体在文件 queue.c 中定义如下

队列创建

         在使用队列之前必须先创建队列， 有两种创建队列的方法，一种是静态的，使用函数
xQueueCreateStatic()；另一个是动态的，使用函数 xQueueCreate()

1、函数 xQueueCreate()：动态创建队列

函数原型

 参数

 返回值

2、函数 xQueueCreateStatic()：静态创建队列

函数原型

 参数

 返回值

 队列的操作

1、向队列写入数据：入队函数，就是向队列写入数据

         中断入队函数，就是在定时器中断、外部中断、串口中断服务函数里面所调用的API函数。

1、函数 xQueueSend()、 xQueueSendToBack()和 xQueueSendToFront()

        这三个函数都是用于向队列中发送消息的，这三个函数本质都是宏， 其中函数 xQueueSend()和 xQueueSendToBack()是一样的，都是后向入队，即将新的消息插入到队列的后面。函数xQueueSendToToFront()是前向入队，即将新消息插入到队列的前面。然而！这三个函数最后都是调用的同一个函数： xQueueGenericSend()。这三个函数只能用于任务函数中，不能用于中断服务函数，中断服务函数有专用的函数，它们以“FromISR”结尾

函数原型

参数

 返回值

2、函数 xQueueGenericSend()：任务调用底层函数

        此函数才是真正干活的，上面讲的所有的任务级入队函数最终都是调用的此函数，此函数
也是我们后面重点要讲解的

函数原型：

 参数

 返回值

3、 xQueueSendFromISR()、

xQueueSendToBackFromISR()、

xQueueSendToFrontFromISR()函数：在中断里面操作函数

         这三个函数也是向队列中发送消息的，这三个函数用于中断服务函数中。这三个函数本质
也宏，其中函数 xQueueSendFromISR ()和 xQueueSendToBackFromISR ()是一样的，都是后向入队，即将新的消息插入到队列的后面。函数 xQueueSendToFrontFromISR ()是前向入队，即将新消息插入到队列的前面。这三个函数同样调用同一个函数 xQueueGenericSendFromISR ()

函数原型

参数 

 返回值

 注：我们注意观察，可以看出这些函数都没有设置阻塞时间值。原因很简单，这些函数都是在
中断服务函数中调用的， 并不是在任务中，所以也就没有阻塞这一说了！

4、函数 xQueueOverwriteFromISR()：中断底层调用函数

        此函数是 xQueueOverwrite()的中断级版本， 用在中断服务函数中，在队列满的时候自动覆
写掉旧的数据，此函数也是一个宏，实际调用的也是函数 xQueueGenericSendFromISR()，前面三个函数也都是调用这个函数来使用。

函数原型

 参数

 返回值

2、读取队列中的数据

 1、函数 xQueueReceive()

        此函数用于在任务中从队列中读取一条(请求)消息， 读取成功以后就会将队列中的这条数
据删除。

函数原型

 参数

返回值 

2、函数 xQueuePeek()

         此函数用于从队列读取一条(请求)消息， 只能用在任务中！ 此函数在读取成功以后不会将
消息删除。

函数原型

 参数

 返回值

 3、 函数 xQueueGenericReceive()

        不 管 是 函 数 xQueueReceive() 还 是 xQueuePeek() ， 最 终 都 是 调 用 的 函 数
xQueueGenericReceive()，此函数是真正干事的。

函数原型

 参数

 返回值

4、函数 xQueueReceiveFromISR()

         此函数是 xQueueReceive()的中断版本， 用于在中断服务函数中从队列中读取(请求)一条消息，读取成功以后就会将队列中的这条数据删除。

函数原型

 参数

 返回值

 5、函数 xQueuePeekFromISR()

        此函数是 xQueuePeek()的中断版本， 此函数在读取成功以后不会将消息删除。

函数原型

 参数

 返回值

 实验操作

         接下来我就介绍一下具体的实际操作，也就是调用上面那几个函数，来完成一些变量传递的功能。

实验内容：

        我找到一个光照传感器BH1750，建立四个任务，一个任务是开始任务，这个任务作用就是创建其他三个任务，创建三个任务完成，会删除这个任务。一个任务是LED闪烁，表示功能正常运行，一个读取BH1750的关照数值，另一个任务把关照数值传进来，然后判断是否达到阈值，然后利用蜂鸣器报警。

操作流程：

        先创建一个队列和三个任务；

        然后调用入队函数（向队列中传入参数）；

        然后调用读取函数（向队列中读取参数）；

主程序

#include "sys.h"   
#include "usart.h" 
#include "gpio.h"                
#include "delay.h"
#include "lcd.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "bh1750.h"
#include "queue.h"
 
//LCD刷屏时使用的颜色
 
 
QueueHandle_t LxQueue;
 
//任务优先级
#define START_TASK_PRIO		4
//任务堆栈大小	
#define START_STK_SIZE 		128
//任务句柄
TaskHandle_t StartTask_Handler;
//任务函数
void start_task(void *pvParameters);
 
//任务优先级
#define LED1_TASK_PRIO	  0
//任务堆栈大小	
#define LED1_STK_SIZE 		20
//任务句柄
TaskHandle_t LED1Task_Handler;
//任务函数
void led1_task(void *pvParameters);
 
 
//任务优先级
#define LxTask_TASK_PRIO		0
//任务堆栈大小	
#define LxTask_STK_SIZE 		128
//任务句柄
TaskHandle_t LxTaskTask_Handler;
//任务函数
void LxTask(void *pvParameters);
 
 
//任务优先级
#define Beep_TASK_PRIO		0
//任务堆栈大小	
#define Beep_STK_SIZE 		128
//任务句柄
TaskHandle_t BeepTask_Handler;
//任务函数
void BeepState(void *pvParameters);
 
int main(void)
{
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组4	 
	delay_init();	    				//延时函数初始化	  
	My_USART_Init();				//初始化串口
	MX_GPIO_Init();		  		//初始化GPIO
	LCD_Init();
	LCD_Clear(BLACK);
	BACK_COLOR=BLACK;
	POINT_COLOR=RED;
	bh1750_init();
	
	//创建开始任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task,            //任务函数
                (const char*    )"start_task",          //任务名称
                (uint16_t       )START_STK_SIZE,        //任务堆栈大小
                (void*          )NULL,                  //传递给任务函数的参数
                (UBaseType_t    )START_TASK_PRIO,       //任务优先级
                (TaskHandle_t*  )&StartTask_Handler);   //任务句柄              
    vTaskStartScheduler();          //开启任务调度
}
 
//开始任务任务函数
void start_task(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区
		
		LxQueue=xQueueCreate(1,sizeof(float)); //创建队列
    //创建LED1任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )led1_task,     
                (const char*    )"led1_task",   
                (uint16_t       )LED1_STK_SIZE, 
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )LED1_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&LED1Task_Handler); 
							
		//创建光照读取任务					
		xTaskCreate((TaskFunction_t) LxTask,
								(const char*   ) "LxTask", 
								(uint16_t      ) LxTask_STK_SIZE,
								(void*         ) NULL,
								(UBaseType_t   ) LxTask_TASK_PRIO,
								(TaskHandle_t* ) &LxTaskTask_Handler);
		//创建蜂鸣器任务					
		xTaskCreate((TaskFunction_t) BeepState,
								(const char*   ) "BeepState", 
								(uint16_t      ) Beep_STK_SIZE,
								(void*         ) NULL,
								(UBaseType_t   ) Beep_TASK_PRIO,
								(TaskHandle_t* ) &BeepTask_Handler);
								
    vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务
    taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
}
 
/* jwiw */
//LED1任务函数
void led1_task(void *pvParameters)
{
    while(1)
    {
			LED1=~LED1;
			vTaskDelay(800);
    }
}
 
void LxTask(void *pvParameters)
{
	float temp;
	while(1)
	{
		temp=BH1750_Measure();//读取光照强度
		
		if(LxQueue!=NULL)
			xQueueSend(LxQueue,&temp,10);//把数据发送到队列中
		
		LcdSprintf(20,240,200,30,24,"Temp_BUFF:%.2f",temp);	//在LCD上显示
		vTaskDelay(300);
	}
}
 
float Lx;
void BeepState(void *pvParameters)
{
	while(1)
	{
		if(LxQueue!=NULL)
			xQueueReceive(LxQueue,&Lx,10);//读取队列中的数据
		
		if(Lx>300)
		{
			LED0=1;
			GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);//蜂鸣器任务
		}
		else 
		{
			LED0=0;
			GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);
		}
		
		LcdSprintf(20,280,200,30,24,"Lx_Buff:%.2f",Lx);	//LCD显示是否和上面显示一致
		vTaskDelay(300);
	}
	
}
 
 

效果演示