freeRTOS中消息邮箱是什么？要怎么使用呢？

1、freeRTOS中的消息邮箱

前面已经分享了freeRTOS中的信号量的使用方式，信号量是系统中的一种任务的通知方式，如果有不明白的，可以参看 freeRTOS使用：信号量介绍和使用方法

本文分享的是任务通知的另外一种方式：消息邮箱。

freeRTOS中的消息邮箱的原理是基于任务通知方式而实现的。

采用这种方式有什么优势呢？

从官方给出的测试报告中有说明到，唤醒由于信号量和事件标志组而处于阻塞态的任务，消息邮箱的速度会提升大约 45%，而且这种方式需要的 RAM 空间更小。

freeRTOS中的消息邮箱使用是比较灵活的，它可以实现二值信号量、计数信号量、事件标志组、消息队列等通知方式。

但用这种 方式实现信号量和事件标志组也有它的局限性，主要表现在以下两个方面：

1）任务通知方式仅可以用在只有一个任务等待信号量，消息邮箱或者事件标志组的情况。

2）如果使用任务通知方式实现消息邮箱替代消息队列时，发送消息的任务是不支持超时等待的。

3）通过消息邮箱实现的消息队列中，当数据已经满时，是可以等待消息队列有空间才存新的数据的，但是任务通知方式实现的消息邮箱就不支持超时等待。（这个后面也会分享）

2、有关freeRTOS中的任务控制块

freeRTOS中的每一个任务都有一个任务控制块，而任务控制块本质就是一个结构体变量，用于记录任务的相关的消息。

在消息邮箱的任务控制块中有一个32位的变量成员 ulNotifiedValue 是可以专门用于任务通知的。这个变量可以实现计数信号量，二值信号量，事件标志组和消息邮箱（消息邮箱就是消息队 列长度为 1 的情况）。

这个控制块在文件 tasks.c 中，如下：（因为太长，这里只列出一部分）

ulNotifiedValue 的作用：

1）设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 可以实现消息邮箱。

2）如果接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 还没有被其接收到，也可以用新数据覆盖原有数据 ，这就是覆盖方式的消息邮箱。

3）设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 的 bit0-bit31 数值可以实现事件标志组。

4）设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 数值进行加一或者减一操作可以实现计数信号量和二 值信号量。

3、freeRTOS中消息邮箱的管理API函数

消息邮箱实现的相关API函数：

（1）消息邮箱的创建

freeRTOS中的消息邮箱是用于任务之间的一种通知方式，它的使用是不需要像信号量这样要专门创建的。是直接发送通知的。

注意：消息邮箱是不需要专门创建的，是任务间的通知的一种方式。

（2）消息邮箱的发送

1）在任务函数中发送

函数原型：

BaseType_t xTaskNotify( 
TaskHandle_t xTaskToNotify, /* 任务句柄 */ 
uint32_t ulValue, /* 更新任务控制块中的变量 ulNotifiedValue */ 
eNotifyAction eAction ); /* 任务通知模式设置 */

函数描述：

TaskToNotify：是任务句柄。

ulValue：是用来更新任务控制块中的 32 位变量 ulNotifiedValue。

eAction：是任务通知模式设置，支持以下 5 个参数：

返回值，根据上面第 3 个参数的说明，将其设置为 eSetValueWithoutOverwrite，有可能返回 pdFALSE，其余所有情况都返回值 pdPASS。

使用这个函数要注意以下问题：

1》任务创建后，任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 初始计数值是 0。

2》默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：

#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1

3》如果不需要使用任务通知功能相关的函数，可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定 义为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。

4》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 xTaskNotifyFromISR。

5》根据 FreeRTOS 的建议，实现二值信号量和计数信号量时使用函数 xTaskNotifyGive()替代此函数 xTaskNotify()。

​

2）在中断中发送

函数原型：

BaseType_t xTaskNotifyFromISR( 
TaskHandle_t xTaskToNotify, /* 任务句柄 */ 
uint32_t ulValue, /* 更新任务控制块中的变量 ulNotifiedValue */ 
eNotifyAction eAction, /* 任务通知模式设置 */ 
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 xTaskNotifyFromISR 通过设置任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 可以在中断服务程序中实现任 务事件标志组，任务计数信号量，任务消息邮箱和任务二值信号量四种方式的消息通知。

xTaskToNotify：是任务句柄。

ulValue：是用来更新任务控制块中的 32 位变量 ulNotifiedValue。

eAction：是任务通知模式设置，支持以下 5 个参数：

pxHigherPriorityTaskWoken：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。

返回值，根据上面第 3 个参数的说明，将其设置为 eSetValueWithoutOverwrite，有可能返回 pdFALSE，其余所有情况都返回值 pdPASS。

使用这个函数要注意以下问题：

1. 任务创建后，任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 初始计数值是 0。

2. 默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：

#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1

当然，如果用户不需要使用任务通知功能相关的函数，可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定 义为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。

3）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 xTaskNotify。

4）FreeRTOS 的建议，实现二值信号量和计数信号量时使用函数 vTaskNotifyGiveFromISR ()替代 此函数 xTaskNotifyFromISR ()。

​

（3）在任务中等待消息邮箱

函数原型：

BaseType_t xTaskNotifyWait( 
/* 设置函数执行前清零任务控制块中变量 ulNotifiedValue 那些位 */ 
uint32_t ulBitsToClearOnEntry, 

/*设置函数退出前清零任务控制块中变量 ulNotifiedValue 那些位 */ 
uint32_t ulBitsToClearOnExit, 

/* 保存任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 到指针变量 pulNotifiedValue 所指向的存储单元 */ 
uint32_t *pulNotificationValue, 

/* 等待消息通知的最大等待时间 */ 
TickType_t xTicksToWait );

函数描述：

函数 xTaskNotifyWait 可以在任务代码中实现任务事件标志组，任务计数信号量，任务消息邮箱和任务二 值信号量四种方式的消息获取。

ulBitsToClearOnEntry： 用于函数执行之前，将任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 进 行如下操作 ：

ulNotifiedValue &= ~ulBitsToClearOnEntry

简单的说就是参数 ulBitsToClearOnEntry 哪个位是 1，那么变量 ulNotifiedValue 的那个位就会被 清零。比如 ulBitsToClearOnEntry = 0x01 表示将变量 ulNotifiedValue 的 bit0 清零，又比如 ulBitsToClearOnEntry = 0xffffffff 表示将变量 ulNotifiedValue 的所有位清零。

ulBitsToClearOnExit：用于函数退出前，将任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 进行如 下操作 ：

ulNotifiedValue &= ~ ulBitsToClearOnExit

简单的说就是参数 ulBitsToClearOnExit 哪个位是 1，那么变量 ulNotifiedValue 的那个位就会被清 零。比如 ulBitsToClearOnExit= 0x01 表示将变量 ulNotifiedValue 的 bit0 清零，又比如 ulBitsToClearOnExit= 0xffffffff 表示将变量 ulNotifiedValue 的所有位清零。

pulNotificationValue：用于将任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 保存到此参数指针所指向的存储单元。如果 此参数没有用上，可以将其设置为 NULL。

xTicksToWait：是没有消息时，等待消息的最大等待时间，单位系统时钟节拍。

返回值：如果成功接收到消息返回 pdTRUE，否则返回 pdFALSE，比如在设置的超时时间内没有收 到消息。

使用这个函数要注意以下问题：

1）任务创建后，任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 初始计数值是 0。

2）默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：

#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1

当然，如果用户不需要使用任务通知功能相关的函数，可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定 义为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。

3）如果用户将 FreeRTOSConfig.h 文件中的宏定义 INCLUDE_vTaskSuspend 配置为 1 且第 2 个参数配 置为 portMAX_DELAY，那么此函数会永久等待直到消息可用。

4）根据 FreeRTOS 的建议，实现二值信号量和计数信号量时使用函数 ulTaskNotifyTake ()替代此函数 xTaskNotifyWait ()。

部分代码片段如下：

4、消息邮箱的应用示例

为了更好的说明freeRTOS中的消息邮箱的使用。下面给出了一个简单的示例。

代码思路如下：

1）创建3个任务 start_task,led0_task,led2_task。

2）start_task任务用于创建led0_task和led2_task任务，led0_task任务判断按键的情况。

3）然后根据按键按下，消息邮箱发送不同的消息到任务led2_task，在这个任务中改变LED2和LED3的状态。

代码示例如下：

（1）创建任务

void start_task(void *pvParameters)
{
pvParameters =  pvParameters;
taskENTER_CRITICAL();  //进入临界区

xTaskCreate((TaskFunction_t)  led0_task,
                 (const char*)    "led0_task",
                  (uint16_t)      TASK_STK_LED0_SIZE,
                  (void*)         NULL,
                  (UBaseType_t)   TASK_LED0_PRIO,
                  (TaskHandle_t*) &LED0_Handler );

xTaskCreate((TaskFunction_t)  led2_task,
                 (const char*)    "led2_task",
                  (uint16_t)      TASK_STK_LED2_SIZE,
                  (void*)         NULL,
                  (UBaseType_t)   TASK_LED2_PRIO,
                  (TaskHandle_t*) &LED2_Handler );
vTaskDelete(StartTask_Handler);   //删除开始任务
taskEXIT_CRITICAL();   //退出临界区
}

（2）任务函数

void led0_task(void *pvParameters)
{
//pvParameters =  pvParameters;
BaseType_t err = pdFALSE;
uint32_t MboxValue=0;
for(;;)
  { 
if(gd_eval_key_state_get(KEY_WAKEUP) == RESET)
     {
MboxValue = 10;
err = xTaskNotify((TaskHandle_t )  LED2_Handler, //任务句柄，指明往哪个任务发送消息，很重要
                         (uint32_t )      MboxValue,    //发送的消息
                         (eNotifyAction)  eSetValueWithOverwrite //消息发送方式
                        );
     }
else if(gd_eval_key_state_get(KEY_TAMPER) == RESET)
     {
MboxValue = 50;
err = xTaskNotify((TaskHandle_t )  LED2_Handler, //任务句柄
                         (uint32_t )     MboxValue,     //发送的消息
                         (eNotifyAction) eSetValueWithOverwrite //消息发送方式
                        );
     }
else{}
gd_eval_led_toggle(LED4);
vTaskDelay(200);
  }
} 

void led2_task(void *pvParameters)
{
//pvParameters = pvParameters; 
uint32_t notifyValue = 0;
BaseType_t err;
for(;;)
  {
err = xTaskNotifyWait((uint32_t )  0x00,         //进入函数时不清楚bit
                           (uint32_t)   0xffffffff,   //退出函数时清除所有的bit
                           (uint32_t*)  &notifyValue, //保存消息的内容
                           (TickType_t) portMAX_DELAY //阻塞时间
                          );
if(err == pdTRUE)
    {
switch(notifyValue)     
       {
case 10:
gd_eval_led_toggle(LED2);
break;
case 50:
gd_eval_led_toggle(LED3);
break;
default:
break;
       }
    }
vTaskDelay(100);
  }
}

（3）中断函数

/*中断中发送消息，操作方式和任务之间发送消息的做法一样*/
void EXTI10_15_IRQHandler(void)
{
BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
BaseType_t err = pdFALSE;
uint32_t MboxValue=0;
if(exti_interrupt_flag_get(EXTI_13) != RESET)
   {   
exti_interrupt_flag_clear(EXTI_13); //清除中断标志位
MboxValue = 10;
err = xTaskNotifyFromISR((TaskHandle_t )  LED2_Handler,       //任务句柄，指明往哪个任务发送消息，很重要
                         (uint32_t )      MboxValue,                  //发送的消息
                         (eNotifyAction)  eSetValueWithoutOverwrite,  //消息发送方式
                         (BaseType_t*)    &xHigherPriorityTaskWoken   //高优先任务的标记
                        );
portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
   }
if(exti_interrupt_flag_get(EXTI_14) != RESET)
   {
exti_interrupt_flag_clear(EXTI_14); //清除中断标志位
MboxValue = 50;
err = xTaskNotifyFromISR((TaskHandle_t )  LED2_Handler,        //任务句柄
                         (uint32_t )     MboxValue,                   //发送的消息
                         (eNotifyAction) eSetValueWithoutOverwrite,   //消息发送方式
                         (BaseType_t*)   &xHigherPriorityTaskWoken    //高优先任务的标记
                        );
portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
   }
}