单片机消息队列的实现原理和机制2

出处

消息队列

在RTOS中基本都有消息队列这个组件，也是使用最常见的组件之一。
1.消息队列的基本概念

消息队列是一种常用于任务间通信的数据结构，队列可以在任务与任务间、中断和任务间传递信息，实现了任务接收来自其他任务或中断的不固定长度的消息。
通过消息队列服务，任务或中断服务程序可以将一条或多条消息放入消息队列中。同样，一个或多个任务可以从消息队列中获得消息。
使用消息队列数据结构可以实现任务异步通信工作。
2.消息队列的特性

RTOS消息队列，常见特性：

• 消息支持先进先出方式排队，支持异步读写工作方式。
• 读写队列均支持超时机制。
• 消息支持后进先出方式排队，往队首发送消息（LIFO）。
• 可以允许不同长度（不超过队列节点最大值）的任意类型消息。
• 一个任务能够从任意一个消息队列接收和发送消息。
• 多个任务能够从同一个消息队列接收和发送消息。
• 当队列使用结束后，可以通过删除队列函数进行删除。

3.消息队列的原理

这里以 FreeRTOS 为例进行说明。FreeRTOS 的消息队列控制块由多个元素组成，当消息队列被创建时，系统会为控制块分配对应的内存空间，用于保存消息队列的一些信息如消息的存储位置，头指针 pcHead、尾指针 pcTail、消息大小 uxItemSize 以及队列长度 uxLength 等。

 比如创建消息队列：

xQueue = xQueueCreate(QUEUE_LEN, QUEUE_SIZE);

任务或者中断服务程序都可以给消息队列发送消息，当发送消息时，如果队列未满或者允许覆盖入队，FreeRTOS 会将消息拷贝到消息队列队尾，否则，会根据用户指定的阻塞超时时间进行阻塞，在这段时间中，如果队列一直不允许入队，该任务将保持阻塞状态以等待队列允许入队。当其它任务从其等待的队列中读取入了数据（队列未满），该任务将自动由阻塞态转移为就绪态。当等待的时间超过了指定的阻塞时间，即使队列中还不允许入队，任务也会自动从阻塞态转移为就绪态，此时发送消息的任务或者中断程序会收到一个错误码 errQUEUE_FULL。
发送紧急消息的过程与发送消息几乎一样，唯一的不同是，当发送紧急消息时， 发送的位置是消息队列队头而非队尾，这样，接收者就能够优先接收到紧急消息，从而及时进行消息处理。
当某个任务试图读一个队列时，其可以指定一个阻塞超时时间。在这段时间中，如果队列为空，该任务将保持阻塞状态以等待队列数据有效。当其它任务或中断服务程序往其等待的队列中写入了数据，该任务将自动由阻塞态转移为就绪态。当等待的时间超过了指定的阻塞时间，即使队列中尚无有效数据，任务也会自动从阻塞态转移为就绪态。
当消息队列不再被使用时，应该删除它以释放系统资源，一旦操作完成， 消息队列将被永久性的删除。
消息队列的运作过程具体见下图：

 4.消息队列的阻塞机制出队阻塞：当且仅当消息队列有数据的时候，任务才能读取到数据，可以指定等待数据的阻塞时间。
入队阻塞：当且仅当队列允许入队的时候，发送者才能成功发送消息；队列中无可用消息空间时，说明消息队列已满，此时，系统会根据用户指定的阻塞超时时间将任务阻塞。
假如有多个任务阻塞在一个消息队列中，那么这些阻塞的任务将按照任务优先级进行排序，优先级高的任务将优先获得队列的访问权。

“环形队列”和“消息队列”的异同

通过以上分析，你会发现“环形队列”和“消息队列”之间有很多共同点：1.他们都是一种数据结构，结构中都包含头、尾、标志等信息；2.它们都是分配一块连续的内存空间，且都可以分配多个队列。3.应用场景类似，有大量吞吐数据的情况下，比如通信领域。...

当然，他们也有一些不同点：
1.“环形队列”可以独立使用，也可以结合操作系统使用。而消息队列依赖RTOS（有些RTOS的参数信息）。2.“环形队列”占用资源更小，更适合于资源较小的系统中。3.“消息队列”结合RTOS应用更加灵活，比如延时、中断传输数据等。...

最后，这两种队列应用都比较广，建议抽空都研究一下。