FreeRTOS学习笔记——任务间使用队列同步数据

1.前言

在嵌入式操作系统中队列是任务间数据交换的常用手段，队列是生产者消费者模型的重要组成部分。FreeRTOS的队列简单易用，下面结合一个具体例子说明FreeRTOS中的队列如何使用。

2.参考代码

参考代码中存在两个任务，任务A和任务B。任务A扮演生产者的角色，任务A不断地向队列中填充内容，填充的内容为一个int16_t类型的变量，填充完之后该变量累加；任务B扮演消费者的角色，任务B不断的从队列中提取内容，并通过串口打印。

/* Standard includes. */
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
/* Scheduler includes. */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
/* Library includes. */
#include "stm32f10x.h"
#define LED0_ON() GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
#define LED0_OFF() GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
/* 队列句柄 */
xQueueHandle MsgQueue;
static void prvSetupHardware( void );
void TaskA( void *pvParameters );
void TaskB( void *pvParameters );
void LedInit(void);
void UART1Init( void );
int main( void )
{
    /* 初始化硬件平台 */
    prvSetupHardware();

    /* 建立队列 */
    MsgQueue = xQueueCreate( 5 , sizeof( int16_t ) );
    /* 建立任务 */
    xTaskCreate( TaskA, ( signed portCHAR * ) "TaskA", configMINIMAL_STACK_SIZE,
                            NULL, tskIDLE_PRIORITY+3, NULL );
    xTaskCreate( TaskB, ( signed portCHAR * ) "TaskB", configMINIMAL_STACK_SIZE,
                            NULL, tskIDLE_PRIORITY+4, NULL );
    /* 启动OS */
    vTaskStartScheduler();

    return 0;
}
/*-----------------------------------------------------------*/
void TaskA( void *pvParameters )
{
    int16_t SendNum = 1;
    for( ;; )
    {
        vTaskDelay( 2000/portTICK_RATE_MS );
        /* 向队列中填充内容 */
        xQueueSend( MsgQueue, ( void* )&SendNum, 0 );
        SendNum++;
    }
}
void TaskB( void *pvParameters )
{
    int16_t ReceiveNum = 0;
    for( ;; )
    {
        /* 从队列中获取内容 */
        if( xQueueReceive( MsgQueue, &ReceiveNum, 100/portTICK_RATE_MS ) == pdPASS)
        {
            printf("ReceiveNum:%d\r\n",ReceiveNum);
        }
    }
}
static void prvSetupHardware( void )
{
    LedInit();
    UART1Init();
}
void LedInit( void )
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
    /*LED0 @ GPIOB.5*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure );
}
void UART1Init( void )
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    /* 第1步：打开GPIO和USART时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

    /* 第2步：将USART1 Tx@PA9的GPIO配置为推挽复用模式 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    /* 第3步：将USART1 Rx@PA10的GPIO配置为浮空输入模式 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    /* 第4步：配置USART1参数 */
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    /* 第5步：使能 USART1， 配置完毕 */
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    /* 写一个字节到USART1 */
    USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);
    /* 等待发送结束 */
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET)
    {}
    return ch;
}

程序运行结果

 

3.若干说明

xQueueHandle MsgQueue;

声明一个队列句柄，队列句柄可以理解成一个队列的标记，不同的队列具有不同的标记

MsgQueue = xQueueCreate( 5 , sizeof( int16_t ) );

创建队列，即在内容中开辟固定大小的区域。FreeRTOS中需指定队列的深度和每个元素的字节长度，如果队列的深度为1那么便和uCOS的消息邮箱用法相似。

xQueueSend( MsgQueue, ( void* )&SendNum, 0 );

向队列中填充内容，第二参数需要取出地址并进行类型转换，第三个参数设置等待时间，在队列满的情况下再往队列中填充内容的话便会阻塞任务，直到等待时间溢出；若此处填充的内容为0的话，则立即返回插入队列结果（成功或失败）

xQueueReceive( MsgQueue, &ReceiveNum, 100/portTICK_RATE_MS )

从队列中取出内容，第二个参数需要取出地址，第三个参数为等待最大时间，若在等待的时间内队列中没有数据则返回阻塞任务。

4.总结

FreeRTOS的队列简单易用，虽然和uCOS的实现细节存在差别但是使用的方法相同，在嵌入式操作系统的学习中主要是掌握队列的使用方法和场景，做到触类旁通。