第8章 FreeRTOS队列集
第八章 FreeRTOS队列集
1. 队列集简介
在使用队列进行任务之间的“沟通交流”时，一个队列只允许任务间传递的消息为同一种数据类型，如果需要在任务间传递不同数据类型的消息时，那么就可以使用队列集。 FreeRTOS提供的队列集功能可以对多个队列进行“监听”，只要被监听的队列中有一个队列有有效的消息，那么队列集的读取任务都可以读取到消息，如果读取任务因读取队列集而被阻塞，那么队列集将解除读取任务的阻塞。使用队列集的好处在于，队列集可以是的任务可以读取多个队列中的消息，而无需遍历所有待读取的队列，以确定具体读取哪一个队列。
使用队列集功能，需要在 FreeRTOSConfig.h 文件中将配置项 configUSE_QUEUE_SETS 配置为 1，来启用队列集功能。
2. FreeRTOS队列集相关函数
xQueueCreateSet() |
创建队列集 |
|---|---|
xQueueAddToSet() |
队列添加到队列集中 |
xQueueRemoveFromSet() |
从队列集中移除队列 |
xQueueSelectFromSet() |
获取队列集中有有效消息的队列 |
xQueueSelectFromSetFromISR() |
在中断中获取队列集中有有效消息的队列 |
2.1 创建队列集
xQueueCreateSet() 函数用于创建一个新的 FreeRTOS 队列集。队列集本身不存储数据，它是一个“容器”，可以包含多个队列和/或信号量。
函数原型：
QueueSetHandle_t xQueueCreateSet( const UBaseType_t uxEventQueueLength );
参数说明：
uxEventQueueLength: 队列集中可以同时处于“可用”状态（即有数据可读或可以被获取）的事件（队列或信号量）的最大数量。这个参数指定了队列集内部用于管理事件的列表长度。
返回值：
QueueSetHandle_t: 如果队列集成功创建，则返回一个队列集句柄（QueueSetHandle_t类型），该句柄用于后续的队列集操作。NULL: 如果由于内存不足而无法创建队列集，则返回NULL。
注意事项：
- 要使此函数可用，
configUSE_QUEUE_SETS必须在FreeRTOSConfig.h中定义为 1。 - 队列集是动态分配的，因此需要有可用的 FreeRTOS 堆内存。
- 创建队列集后，需要使用
xQueueAddToSet()将队列或信号量添加到其中。
2.2 队列添加到队列集中
xQueueAddToSet() 函数用于将一个队列或信号量添加到已创建的队列集中。一旦添加到队列集，该队列或信号量将成为队列集的一部分，其事件（消息或信号量可用）将可以通过队列集进行监测。
函数原型：
BaseType_t xQueueAddToSet( QueueSetMemberHandle_t xQueueOrSemaphore, QueueSetHandle_t xQueueSet );
参数说明：
xQueueOrSemaphore: 要添加到队列集中的队列句柄（QueueHandle_t）或信号量句柄（SemaphoreHandle_t）。由于QueueHandle_t和SemaphoreHandle_t都是QueueSetMemberHandle_t的别名，因此可以直接传入。xQueueSet: 目标队列集的句柄。
返回值：
pdPASS: 成功将队列或信号量添加到队列集。pdFAIL: 队列或信号量已在队列集中，或者队列集已满。
注意事项：
- 要使此函数可用，
configUSE_QUEUE_SETS必须在FreeRTOSConfig.h中定义为 1。 - 一个队列或信号量只能被添加到 一个 队列集中。
- 在将队列或信号量添加到队列集之后，对该队列或信号量的直接接收/获取函数（例如
xQueueReceive()、xSemaphoreTake()）将不再正常工作，而应该通过队列集的相关函数来获取数据。
2.3 从队列集中移除队列
xQueueRemoveFromSet() 函数用于将一个队列或信号量从队列集中移除。移除后，可以再次使用其直接的接收/获取函数。
函数原型：
BaseType_t xQueueRemoveFromSet( QueueSetMemberHandle_t xQueueOrSemaphore, QueueSetHandle_t xQueueSet );
参数说明：
xQueueOrSemaphore: 要从队列集中移除的队列句柄或信号量句柄。xQueueSet: 目标队列集的句柄。
返回值：
pdPASS: 成功从队列集中移除队列或信号量。pdFAIL: 队列或信号量不在队列集中。
注意事项：
- 要使此函数可用，
configUSE_QUEUE_SETS必须在FreeRTOSConfig.h中定义为 1。
2.4 获取队列集中有效消息的队列
xQueueSelectFromSet() 函数用于阻塞任务，直到队列集中有任何成员（队列或信号量）变为“可用”状态。当有成员可用时，该函数返回该可用成员的句柄。
函数原型：
QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSet( QueueSetHandle_t xQueueSet, TickType_t xTicksToWait );
参数说明：
xQueueSet: 要监测的队列集句柄。xTicksToWait: 如果队列集没有可用成员，任务愿意阻塞等待的节拍数。设置为portMAX_DELAY表示无限期等待，设置为0表示不等待。
返回值：
QueueSetMemberHandle_t: 如果有成员可用，则返回该成员（队列或信号量）的句柄。NULL: 如果等待时间已到且没有成员可用。
注意事项：
- 要使此函数可用，
configUSE_QUEUE_SETS必须在FreeRTOSConfig.h中定义为 1。 - 一旦
xQueueSelectFromSet()返回一个句柄，任务就可以对该句柄进行相应的读取操作（例如xQueueReceive()或xSemaphoreTake()）
2.5 在中断中获取队列集中有有效消息的队列
xQueueSelectFromSetFromISR() 函数是 xQueueSelectFromSet() 的中断安全版本，用于在 ISR 中查询队列集中是否有可用成员。
函数原型：
QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSetFromISR( QueueSetHandle_t xQueueSet );
参数说明：
xQueueSet: 要查询的队列集句柄。
返回值：
QueueSetMemberHandle_t: 如果有成员可用，则返回该成员的句柄。NULL: 如果没有成员可用。
注意事项：
- 要使此函数可用，
configUSE_QUEUE_SETS必须在FreeRTOSConfig.h中定义为 1。 - 此函数不会阻塞。如果返回非
NULL句柄，则表示对应的队列或信号量中有数据，但 不会 自动执行上下文切换。如果需要唤醒等待该队列集的任务，通常需要在 ISR 外部手动处理或通过其他中断安全机制。
3. 队列集操作测试
3.1 队列配置
/*----------------队列配置区-----------------*/
static QueueSetHandle_t xQueueSet; // 队列集
QueueHandle_t xQueuel; // 队列1
SemaphoreHandle_t xSemaphore; // 二值信号量
#define QUEUE_LENGTH 1 // 队列长度
#define QUEUE_ITEM_SIZE sizeof(uint32_t) // 每条信息大小
#define SEMAPHORE_BINARY_LENGTH 1 // 二值信号量有效长度
#define QUEUESET_LENGTH (QUEUE_LENGTH+SEMAPHORE_BINARY_LENGTH) // 队列集长度
/*---------------------------------------------*/
3.2 任务配置
/*----------------任务配置区-----------------*/
// START_TASK配置
#define START_TASK_PRIO 1 // 任务优先级
#define START_STK_SIZE 128 // 任务堆栈大小
TaskHandle_t StartTask_Handler; // 任务句柄
void start_task(void *pvParameters);// 任务函数
// TASK1配置
#define TASK1_PRIO 2
#define TASK1_STK_SIZE 128
TaskHandle_t Task1Task_Handler;
void task1(void *pvParameters);
// TASK2配置
#define TASK2_PRIO 3
#define TASK2_STK_SIZE 128
TaskHandle_t Task2Task_Handler;
void task2(void *pvParameters);
/*---------------------------------------------*/
3.3 任务实现
/*------------------任务实现区------------------*/
void freertos_demo(void)
{
lcd_show_string(10, 47, 220, 24, 24, "Queue Set", RED);
// 创建START_TASK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
// 开始任务调度
vTaskStartScheduler();
}
// start_task函数实现
void start_task(void *pvParameters)
{
taskENTER_CRITICAL(); // 进入临界区
// 创建队列集
xQueueSet = xQueueCreateSet(QUEUESET_LENGTH);
// 创建队列1
xQueuel = xQueueCreate(QUEUE_LENGTH, QUEUE_ITEM_SIZE);
// 创建二值信号量
xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
// 将队列1和二值信号量加入队列集
xQueueAddToSet(xQueuel, xQueueSet);
xQueueAddToSet(xSemaphore, xQueueSet);
// 创建TASK1任务
xTaskCreate((TaskFunction_t)task1,
(const char*)"task1",
(uint16_t)TASK1_STK_SIZE,
(void*)NULL,
(UBaseType_t)TASK1_PRIO,
(TaskHandle_t*)&Task1Task_Handler);
// 创建TASK2任务
xTaskCreate((TaskFunction_t)task2,
(const char*)"task2",
(uint16_t)TASK2_STK_SIZE,
(void*)NULL,
(UBaseType_t)TASK2_PRIO,
(TaskHandle_t*)&Task2Task_Handler);
vTaskDelete(StartTask_Handler); // 开始任务已经完成自己使命，删除自己
taskEXIT_CRITICAL(); // 退出临界区
}
// task1函数实现
void task1(void *pvParameters)
{
uint32_t key_value = 0; // 改成 uint32_t
while(1)
{
uint8_t temp = key_scan(0); // 临时用 uint8_t 接收
switch(temp)
{
case KEY0_PRES:
key_value = temp; // 赋值给 32 位变量
xQueueSend(xQueuel, &key_value, portMAX_DELAY);
break;
case KEY1_PRES:
xSemaphoreGive(xSemaphore);
break;
default:
break;
}
vTaskDelay(10);
}
}
// task2函数实现
void task2(void *pvParameters)
{
QueueSetMemberHandle_t activate_member = NULL;
uint32_t queue_recv = 0;
while(1)
{
activate_member = xQueueSelectFromSet(xQueueSet, portMAX_DELAY); // 等待队列集中的队列接受到消息
if(activate_member == xQueuel)
{
xQueueReceive(activate_member, &queue_recv, portMAX_DELAY);
printf("recv from queue1:%d\r\n", queue_recv);
}
else if(activate_member == xSemaphore)
{
xSemaphoreTake(activate_member, portMAX_DELAY); // 等待二值信号量释放
printf("recv from semaphore\r\n");
}
}
}
/*---------------------------------------------*/
3.4 主函数
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "mpu.h"
#include "lcd.h"
#include "key.h"
#include "malloc.h"
#include "freertos_demo.h"
int main(void)
{
sys_cache_enable(); /* 打开L1-Cache */
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(240, 2, 2, 4); /* 设置时钟, 480Mhz */
delay_init(480); /* 延时初始化 */
usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
led_init(); /* 初始化LED */
mpu_memory_protection(); /* 保护相关存储区域 */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
key_init(); /* 初始化按键 */
my_mem_init(SRAMIN); /* 初始化内部内存池(AXI) */
freertos_demo(); /* 运行FreeRTOS例程 */
}
4. 队列集模拟事件标志位
4.1 队列配置
/*----------------队列配置区-----------------*/
static QueueSetHandle_t xQueueSet; // 队列集
QueueHandle_t xQueue1; // 队列1
QueueHandle_t xQueue2; // 队列2
#define QUEUE_LENGTH 1 // 队列支持消息个数
#define QUEUE_ITEM_SIZE sizeof(uint32_t) // 队列消息大小
#define QUEUESET_LENGTH (2*QUEUE_LENGTH) // 队列集支持队列个数
#define EVENTBIT_0 (1<<0) // 事件位
#define EVENTBIT_1 (1<<1)
#define EVENTBIT_ALL (EVENTBIT_0 | EVENTBIT_1)
/*---------------------------------------------*/
4.2 任务配置
/*----------------任务配置区-----------------*/
// START_TASK配置
#define START_TASK_PRIO 1 // 任务优先级
#define START_STK_SIZE 128 // 任务堆栈大小
TaskHandle_t StartTask_Handler; // 任务句柄
void start_task(void *pvParameters);// 任务函数
// TASK1配置
#define TASK1_PRIO 2
#define TASK1_STK_SIZE 128
TaskHandle_t Task1Task_Handler;
void task1(void *pvParameters);
// TASK2配置
#define TASK2_PRIO 3
#define TASK2_STK_SIZE 128
TaskHandle_t Task2Task_Handler;
void task2(void *pvParameters);
/*---------------------------------------------*/
4.3 任务实现
// task1函数实现
void task1(void *pvParameters)
{
uint32_t key_value =0;
uint32_t eventbit_0 = EVENTBIT_0;
uint32_t eventbit_1 = EVENTBIT_1;
while(1)
{
key_value = key_scan(0);
switch(key_value)
{
case KEY0_PRES:
{
xQueueSend(xQueue1, &eventbit_0, portMAX_DELAY); // 发送事件到队列1
break;
}
case KEY1_PRES:
{
xQueueSend(xQueue2, &eventbit_1, portMAX_DELAY);
break;
}
default:break;
}
vTaskDelay(10);
}
}
// task2函数实现
void task2(void *pvParameters)
{
uint32_t event_val = 0;
uint32_t event_recv = 0;
QueueSetMemberHandle_t activate_member = NULL;
uint32_t task2_num = 0;
while(1)
{
activate_member = xQueueSelectFromSet(xQueueSet, portMAX_DELAY); // 选择队列集中的一个队列
xQueueReceive(activate_member, &event_recv, portMAX_DELAY);
event_val |= event_recv; // 合并事件值
lcd_show_xnum(182,110,event_val,1,16,0,BLUE);
if(event_val == EVENTBIT_ALL) // 事件集中包含所有事件
{
event_val = 0; // 清空事件集
lcd_fill(6, 131, 233, 313, lcd_discolor[++task2_num % 11]);
}
}
}
/*---------------------------------------------*/
lcd_fill(6, 131, 233, 313, lcd_discolor[++task2_num % 11]);
}
}
}
4.4 主函数
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "mpu.h"
#include "lcd.h"
#include "key.h"
#include "malloc.h"
#include "freertos_demo.h"
int main(void)
{
sys_cache_enable(); /* 打开L1-Cache */
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(240, 2, 2, 4); /* 设置时钟, 480Mhz */
delay_init(480); /* 延时初始化 */
usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
led_init(); /* 初始化LED */
mpu_memory_protection(); /* 保护相关存储区域 */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
key_init(); /* 初始化按键 */
my_mem_init(SRAMIN); /* 初始化内部内存池(AXI) */
freertos_demo(); /* 运行FreeRTOS例程 */
}
浙公网安备 33010602011771号