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STM32---FreeRTOS消息队列

article 2025/3/15 20:54:28

一、简介

1、队列简介：

队列：是任务到任务，任务到中断、中断到任务数据交流的一种机制（消息传递）。

 FreeRTOS基于队列，实现了多种功能，其中包括队列集、互斥信号量、计数型信号量、二值信号量、递归互斥信号量，因此很有必要深入了解FreeRTOS的队列。

（中断一关闭，就不会出现任务切换，以防多个任务同时操作队列） 

2、FreeRTOS队列特点：

                        1.数据入队出队方式：先进先出

                        2.数据传递方式：实际值

                        3.多任务访问

                        4. 出队、入队堵塞

问题：当多个任务写入消息给一个“满队列”时，这些任务都会进入阻塞状态，也就是说有多个任务      在等待同一 个队列的空间。那当队列中有空间时，哪个任务会进入就绪态？ 

答：     1、优先级最高的任务     2、如果大家的优先级相同，那等待时间最久的任务会进入就绪态 

注：我始终认为自己不是一个很聪明的人，所以这些理论知识，我都是浅尝辄止，量力而行。

3、往队列写入消息API函数 ：

4、从队列读取消息API函数： 

 二、实验

1、实验步骤

2、代码： 

main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "freertos_demo.h"
#include "Delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "LED.h"
#include "Key.h"

 
 int main(void)
 {	
	 
	 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组 4 
	 uart_init(115200);	 
	 delay_init();
	 Key_Init();
	 LED_Init();
	 
	    // 创建任务
   FrrrRTOS_Demo();
		 	  
}

freertos_demo.c 

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "LED.h"
#include "Key.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"

/******************************************************************任务配置****************************************************/
//任务优先级
#define START_TASK_PRIO					1
//任务堆栈大小	
#define START_TASK_STACK_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 TASK1_PRIO							2
//任务堆栈大小	
#define TASK1_STACK_SIZE 				128  
//任务句柄
TaskHandle_t Task1_Handler;
//任务函数
void task1(void *pvParameters);
 
//任务优先级
#define TASK2_PRIO							3
//任务堆栈大小	
#define TASK2_STACK_SIZE 				128  
//任务句柄
TaskHandle_t Task2_Handler;
//任务函数
void task2(void *pvParameters);

//任务优先级
#define TASK3_PRIO							4
//任务堆栈大小	
#define TASK3_STACK_SIZE 				128  
//任务句柄
TaskHandle_t Task3_Handler;
//任务函数
void task3(void *pvParameters);
 


char  task_buffer[500]; 							//用于存储系统中任务信息表格



/******************************************************************任务函数****************************************************/
QueueHandle_t		key_queue; 						//小数据句柄
QueueHandle_t		big_data_queue; 			//大数据	句柄
char buff[100] = {"苍天已死，黄天当立；岁在甲子，天下大吉"};
void FrrrRTOS_Demo(void)
{
		
		key_queue = xQueueCreate(2, sizeof(uint8_t));
		if(key_queue != NULL)
		{
			printf("\r\nkey_queue队列创建成功！！!\r\n");
		}else{ printf("key_queue队列创建失败！！!\r\n");	}
		
		big_data_queue = xQueueCreate(1, sizeof(char *));
		if(big_data_queue != NULL)
		{
			printf("big_data_queue队列创建成功！！!\r\n");
		}else{ printf("big_data_queue队列创建失败！！!\r\n");	}
			 //创建开始任务
		xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task,            			//任务函数
                ( char*         )"start_task",          			//任务名称
                (uint16_t       )START_TASK_STACK_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 
	  // 启动任务调度
		vTaskStartScheduler();
	 
}


 void start_task(void *pvParameters)
{
	 taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区
    //创建1任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )task1,     	
                (const char*    )"task1",   	
                (uint16_t       )TASK1_STACK_SIZE, 
                (void*          )NULL,				
                (UBaseType_t    )TASK1_PRIO,	
                (TaskHandle_t*  )&Task1_Handler); 
    //创建2任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )task2,     
                (const char*    )"task2",   
                (uint16_t       )TASK2_STACK_SIZE, 
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )TASK2_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&Task2_Handler);    
    //创建3任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )task3,     
                (const char*    )"task3",   
                (uint16_t       )TASK3_STACK_SIZE, 
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )TASK3_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&Task3_Handler);  								
  
		
    vTaskDelete(NULL); 							//删除开始任务
    taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
}


//1 任务函数
void task1(void *pvParameters)
{
	uint8_t 	 key = 0;
	BaseType_t err;
	char *buf;
	buf = &buff[0];
	while(1)
	{
		key = Key_GetNum();
		if(key == 1 || key == 2)
		{
			err = xQueueSend( key_queue, &key, portMAX_DELAY );
			if(err != pdTRUE)
			{
				printf("key_queue队列发送失败\r\n");
			}
		}else if(key == 3)
		{
			err = xQueueSend( big_data_queue, &buf, portMAX_DELAY );
			if(err != pdTRUE)
			{
				printf("key_queue队列发送失败\r\n");
			}
		}
		vTaskDelay(50);

	}
}


// 任务2 小数据出队函数
void task2(void *pvParameters)
{
	uint8_t    key = 0;
	BaseType_t err = 0;
		
    // 任务主循环
    while (1)
    {
			err = xQueueReceive( key_queue,&key,portMAX_DELAY );
			if(err != pdTRUE)
			{
				printf("key_queue队列读取失败\r\n");		
			}else{printf("key = %d\r\n",key);};
    }
}

//不调用系统延时函数，因为xQueueReceive（）函数如果读取完队列里面的数据，就会由就绪态转变为阻塞态；

// 任务3 大数据出队函数
void task3(void *pvParameters)
{	
	char *    buf;
	BaseType_t err = 0;
		
    // 任务主循环
    while (1)
    {
			err = xQueueReceive( big_data_queue, &buf, portMAX_DELAY);
			if(err != pdTRUE)
			{
				printf("big_data_queue队列读取失败\r\n");		
			}else{printf("key = %s\r\n",buf);};
    }
}

 key.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "usart.h"
#include "Delay.h"



/**
  * 函    数：按键初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
	* 按键：PB4/PB12/PB14
  */
void Key_Init(void)
{
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode 	= GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin 	= GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_14;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					
	
}


/**
  * 函    数：按键获取键码
  * 参    数：无
  * 返 回 值：按下按键的键码值，范围：0~3，返回0代表没有按键按下
  * 注意事项：此函数是阻塞式操作，当按键按住不放时，函数会卡住，直到按键松手
  */
uint8_t Key_GetNum(void)
{
	uint8_t KeyNum = 0;																				//定义变量，默认键码值为0
	
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_4) == 0)			  //读PB4输入寄存器的状态，如果为0，则代表按键1按下
	{
		KeyNum= GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_4);
		printf("KeyNum = %d\r\n",KeyNum);
		delay_xms(20);																					//延时消抖
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_4) == 0);	//等待按键松手
		delay_xms(20);																					//延时消抖
		KeyNum = 1;																							//置键码为1
	}
	
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_12) == 0)			
	{
		KeyNum= GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_12);
		printf("KeyNum = %d\r\n",KeyNum);
		delay_xms(20);											
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_12) == 0);	
		delay_xms(20);									
		KeyNum = 2;											
	}
	
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_14) == 0)			
	{
		KeyNum= GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_14);
		printf("KeyNum = %d\r\n",KeyNum);
		delay_xms(20);											
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_14) == 0);	
		delay_xms(20);									
		KeyNum = 3;											
	}
	
	
	return KeyNum;																						//返回键码值，如果没有按键按下，所有if都不成立，则键码为默认值0
}

 3、实验结果解析

开始运行：

按下按键1（PB4）：

按下按键1，就会往队列key_queue里面写入key值（1），然后任务切换到task2将队列key_queue里面的数据读取出来；；

按下按键2（PB12）：

按下按键2，就会往队列key_queue里面写入key值（2），然后任务切换到task2将队列key_queue里面的数据读取出来；

按下按键3（PB14） ：

按下按键2，就会往队列big_data_queue里面写入key值（3），然后任务切换到task3将队列big_data_queue里面的数据读取出来；

三、重点 

使用队列相关函数时需要将下面宏置1（默认是1）：

    #define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION    1

 队列创建函数：

xQueueCreate( uxQueueLength, uxItemSize ) ；               //uxQueueLength：队列长度；uxItemSize 队列参数的大小

队列写入消息函数：

xQueueSend( xQueue, pvItemToQueue, xTicksToWait )；        //xQueue：待写入的队列；pvItemToQueue：待写入的消息；xTicksToWait：阻塞超时时间

队列读取消息函数：

xQueueReceive( QueueHandle_t xQueue,void * const pvBuffer,TickType_t xTicksToWait ) ；          //xQueue：待读取的队列；pvBuffer：信息读取缓冲区；xTicksToWait：阻塞超时时间

问题：任务2（task2）和任务3（task3）没有系统延时函数（xTaskDelay（）），按优先级来说应该一直执行任务3（task3），复位后却先执行了任务1（task1）？

答：因为xQueueReceive（）和xQueueSend（）函数，如果读取完或写入完队列里面的数据，自动会使任务由就绪态转变为阻塞态，知道队列里面有数据可以写入或者读出；


http://www.kler.cn/a/586015.html

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