FreeRTOS 队列
Queue 简介
数据存储
FreeRTOS的Queue是个FIFO先入先出的缓冲区。队列长度在队列创建时被指定。
上图展示了队列的使用方法。
在FreeRTOS的Queue实现中，采用的是复制而不是引用。这样的好处是：
- 数据可以直接发送到队列中保存，而不用担心原数据会被覆盖或修改
- 不用事先开辟缓冲区存储，直接复制到队列即可
- 发送和接收是独立的
- 也可以直接将指针作为元素发送，可以看做是引用
- FreeRTOS负责给数据分配存储空间
- 某些内存保护系统中，RAM的访问是被限制的。发送和接收任务不一定都可以访问RAM
多任务访问
队列可以被任何任务或者中断服务函数访问。任一任务都可以写入队列和读取队列。
读取等待
当任务企图读取队列时，可以指定一个阻塞时间等待数据。在这段时间中，任务会被阻塞。当队列中有新数据或者超时，被阻塞的任务会自动进入就绪态。一个队列会有很多受众，但是在这种情况下，只有一个任务会解除阻塞态，这个任务是所有等待任务中优先级最高的那个。如果任务优先级相同，则选取已经等待时间较长的那个任务解除阻塞。
写入等待
当队列已满，可以指定一个阻塞时间等待写入。同样，有可能存在多个任务等待写入队列。这时，只有一个任务可以解除阻塞。这个任务通常是优先级最高的任务，如果优先极相同，则选取等待时间最长的任务解除阻塞。
多队列阻塞
队列可以组成集合，一个任务可以等待一个队列集中所有的队列数据同时就绪。
APl
xQueueCreate() 创建队列
队列可以用句柄表示，数据类型是QueueHandle_t
在FreeRTOS V9.0 中，xQueueCreateStatic()可以用来创建一个静态队列，他的大小在编译就被指定。
xQueueSendToBack() and xQueueSendToFront() 插入元素
这两个API指定数据位置，插入队首还是队尾
xQueueSend()等同于xQueueSendToBack()
注意，这两个函数不能在中断中调用！！，如需中断中调用，须使用xQueueSendToFrontFromISR() 和 xQueueSendToBackFromISR()
xQueueReceive() 接收数据
注意，不能在中断中使用！ 中断中须使用，xQueueReceiveFromISR()
uxQueueMessagesWaiting() 查询队列元素数
不能在中断使用！！，替代：uxQueueMessagesWaitingFromISR()
示例
图解
- Receiver优先级最高首先抢占CPU，由于队列为空，Receiver随即进入阻塞态
- Sender2发送数据到队列
- Receiver检测到队列中有数据，开始读数。队列随即变空，Receiver又进入阻塞态
- Sender1发送数据到队列
- Receiver检测到队列中有数据，开始读数。队列随即变空，Receiver又进入阻塞态
- …
从多个数据源接收数据 Receiving Data From Multiple Sources
由于一个队列可能接收来源不同的数据，如果我们想要知道每个数据的身份信息，一个较为简单的方式就是将结构体作为队列的元素，如下图所示
- eDataID代表数据身份信息
- IDataValue则是数据值
示例
定义数据元素结构体：
创建发送任务：
创建接收任务：
只有队列满时，才会处理
图解
- t2时刻队列已满，此时Receiver从队列中取出一个数据
- t4时刻队列出现一个空位，由于Sender1/2优先级相同，调度器将控制权交给等待时间最长的任务Sender1
- t5时刻，Sender1将队列填满，Receiver开始取数据
- …
处理大量的或者不同长度的数据 Working with Large or Variable Sized Data
处理大量数据
Queuing Pointers 队列指针
如果数据量很大，那么我们一般选择传递指针而不是复制数据。传递指针对于处理时间和内存消耗都是高效的。但是，需要确保两点：
-
指针指向的存储空间地址是有定义的
指针指向的地址，一般来说，只要相应发送和接收任务才可以写入和读取，而且需要是有效、连续的！ -
指针指向的地址仍然有效
任何时候不要把任务堆栈的地址作为指针传递，因为任务堆栈会在任务修改时自动释放
示例
处理类型或长度不同的数据 Using a Queue to Send Different Types and Lengths of Data
将结构体和指针相结合，队列可以传递不同类型的数据
示例 FreeRTOS+TCP/IP
从多个队列中接收 Receiving From Multiple Queues
队列集 Queue Sets
队列集允许任务从多个队列中接收数据而不用知道哪个有数据。队列集并不比使用单一队列传递结构体更加高效，所以队列集一般只在必要的时候使用。
xQueueCreateSet() 创建队列集
xQueueAddToSet() 添加到队列集
将一个队列或者信号量添加到队列集
xQueueSelectFromSet() 从一个队列集中读取队列句柄
在读取数据前，我们需要先调用这个函数获取集合中某个队列或信号量的句柄，然后才能继续读取数据！！
示例 1
示例 2
队列集中包含了二值信号量，uint32_t变量，指针
利用队列创建邮箱 Using a Queue to Create a Mailbox
本文中，邮箱指的是长度为1的队列，之所以叫邮箱，是因为他们作用相似
- 发送-接收模式
-
邮件可以被任一个任务或ISR读取
API
xQueueOverwrite() 队列覆写
用来发送数据到队列，与xQueueSendToBack()的区别在于 可以覆写
这个函数应该仅被用于队列长度为1的情况
注意！不能在中断中使用！！
示例
xQueuePeek() 不取出元素查看
示例