ucos实时操作系统学习笔记——任务间通信（队列）

ucos操作系统中的queue机制同样使用了event机制来实现，其实和前面的sem，mutex实现类似，所不同的是对sem而言，任务想获得信号量，对mutex而言，任务想获得的是互斥锁。任务间通信的queue机制则是想获得在queue中的消息，通过队列先进先出的形式存放消息。其实queue中存放的是放消息的内存的地址，通过读取地址可以获得消息的内容。

queue机制是有一段循环使用的内存来存放增加的消息，然后从这段内存中读取消息的一个过程。有专门的操作系统queue结构（OS_Q）来描述这段内存。系统中OS_Q的个数也是有限的，在创建queue时，每一个OS_Q和event是一一对应的。OS_Q的结构体代码如下所示：

typedef struct os_q {                   /* QUEUE CONTROL BLOCK                                         */
    struct os_q   *OSQPtr;              /* Link to next queue control block in list of free blocks     */
    void         **OSQStart;            /* Pointer to start of queue data                              */
    void         **OSQEnd;              /* Pointer to end   of queue data                              */
    void         **OSQIn;               /* Pointer to where next message will be inserted  in   the Q  */
    void         **OSQOut;              /* Pointer to where next message will be extracted from the Q  */
    INT16U         OSQSize;             /* Size of queue (maximum number of entries)                   */
    INT16U         OSQEntries;          /* Current number of entries in the queue                      */
} OS_Q;

结构体中第1个参数是一个os_q指针，指向下一个空闲的os_q；第2和第3个参数是描述queue内存地址开始和结束的二维指针；第4和第5个参数是描述queue内存地址中消息放入和取出的地址的指针，第6个参数是这个queue的大小；第7个参数则是表示有多少个消息实体在这个queue里；这些中OSQStart,OSQEnd,OSQIn和OSQOut都是二维指针，其中放的都是一些信息的地址，这些信息可以在不同的地方创建，地址可以不连续。

使用语言描述一下这个结构体具体实现的是一个什么东东，OSQStart和OSQEnd唯一确定一个OSQSize大小的queue；OSQIn在创建queue之初的初始化过程中指向的位置是OSQStart，每次当有新的信息加入到queue中时，OSQIn会向OSQEnd方向地址加一操作，同时OSQEntries会加一操作，当OSQIn的地址值等于OSQEnd时，表示queue已经满了，需要从心开始OSQIn等于OSQStart；OSQOut同样也是指向OSQStart的位置，当有信息从queue中取出时，OSQOut同样会向OSQEnd方向加一操作，同时OSQEntries会减一操作。

从queue的创建开始看其具体的实现机制是如何的，queue的创建时通过OSQCreate函数实现的，代码如下：

OS_EVENT  *OSQCreate (void **start, INT16U size)
{
    OS_EVENT  *pevent;
    OS_Q      *pq;

    if (OSIntNesting > ) {                      /* See if called from ISR ...                         */
        return ((OS_EVENT *));                  /* ... can't CREATE from an ISR                       */
    }
    OS_ENTER_CRITICAL();
(1)==========================================================================================================
    pevent = OSEventFreeList;                    /* Get next free event control block                  */
    if (OSEventFreeList != (OS_EVENT *)) {      /* See if pool of free ECB pool was empty             */
        OSEventFreeList = (OS_EVENT *)OSEventFreeList->OSEventPtr;
    }
    OS_EXIT_CRITICAL();
(2)=========================================================================================================
    if (pevent != (OS_EVENT *)) {               /* See if we have an event control block              */
        OS_ENTER_CRITICAL();
        pq = OSQFreeList;                        /* Get a free queue control block                     */
        if (pq != (OS_Q *)) {                   /* Were we able to get a queue control block ?        */
            OSQFreeList            = OSQFreeList->OSQPtr; /* Yes, Adjust free list pointer to next free*/
            OS_EXIT_CRITICAL();
            pq->OSQStart           = start;               /*      Initialize the queue                 */
            pq->OSQEnd             = &start[size];
            pq->OSQIn              = start;
            pq->OSQOut             = start;
            pq->OSQSize            = size;
            pq->OSQEntries         = ;
            pevent->OSEventType    = OS_EVENT_TYPE_Q;
            pevent->OSEventCnt     = ;
            pevent->OSEventPtr     = pq;
            OS_EventWaitListInit(pevent);                 /*      Initalize the wait list              */
        } else {
            pevent->OSEventPtr = (void *)OSEventFreeList; /* No,  Return event control block on error  */
            OSEventFreeList    = pevent;
            OS_EXIT_CRITICAL();
            pevent = (OS_EVENT *);
        }
    }
    return (pevent);
（3）=======================================================================================================
}

可以从代码中看出，queue创建的开始部分和sem，mutex相同，就是不要在中断中创建，第二部分也相同就是从空闲event中取一个空闲的event结构体。不同的是第三部分，sem，mutex没有专门的描述机制相关的结构体，所以说不需要对其进行初始化，只要对event结构初始化就可以，但是对于queue来说除了初始化event之外，还需要初始化queue结构，上面的代码已经很清晰的做了相关操作，结合struct os_q的参数介绍，可以很好的理解，最后queue的地址放在event的OSEventPtr指针中。

void  *OSQPend (OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *perr)
{
    void      *pmsg;
    OS_Q      *pq;

    if (pevent->OSEventType != OS_EVENT_TYPE_Q) {/* Validate event block type                          */
        *perr = OS_ERR_EVENT_TYPE;
        return ((void *));
    }
    if (OSIntNesting > ) {                      /* See if called from ISR ...                         */
        *perr = OS_ERR_PEND_ISR;                 /* ... can't PEND from an ISR                         */
        return ((void *));
    }
    if (OSLockNesting > ) {                     /* See if called with scheduler locked ...            */
        *perr = OS_ERR_PEND_LOCKED;              /* ... can't PEND when locked                         */
        return ((void *));
    }
    OS_ENTER_CRITICAL();
（1）====================================================================================================
    pq = (OS_Q *)pevent->OSEventPtr;             /* Point at queue control block                       */
    if (pq->OSQEntries > ) {                    /* See if any messages in the queue                   */
        pmsg = *pq->OSQOut++;                    /* Yes, extract oldest message from the queue         */
        pq->OSQEntries--;                        /* Update the number of entries in the queue          */
        if (pq->OSQOut == pq->OSQEnd) {          /* Wrap OUT pointer if we are at the end of the queue */
            pq->OSQOut = pq->OSQStart;
        }
        OS_EXIT_CRITICAL();
        *perr = OS_ERR_NONE;
        return (pmsg);                           /* Return message received                            */
    }
（2）=====================================================================================================
    OSTCBCur->OSTCBStat     |= OS_STAT_Q;        /* Task will have to pend for a message to be posted  */
    OSTCBCur->OSTCBStatPend  = OS_STAT_PEND_OK;
    OSTCBCur->OSTCBDly       = timeout;          /* Load timeout into TCB                              */
    OS_EventTaskWait(pevent);                    /* Suspend task until event or timeout occurs         */
    OS_EXIT_CRITICAL();
    OS_Sched();                                  /* Find next highest priority task ready to run       */
    OS_ENTER_CRITICAL();
    switch (OSTCBCur->OSTCBStatPend) {                /* See if we timed-out or aborted                */
        case OS_STAT_PEND_OK:                         /* Extract message from TCB (Put there by QPost) */
             pmsg =  OSTCBCur->OSTCBMsg;
            *perr =  OS_ERR_NONE;
             break;

        case OS_STAT_PEND_ABORT:
             pmsg = (void *);
            *perr =  OS_ERR_PEND_ABORT;               /* Indicate that we aborted                      */
             break;

        case OS_STAT_PEND_TO:
        default:
             OS_EventTaskRemove(OSTCBCur, pevent);
             pmsg = (void *);
            *perr =  OS_ERR_TIMEOUT;                  /* Indicate that we didn't get event within TO   */
             break;
    }+
    OSTCBCur->OSTCBStat          =  OS_STAT_RDY;      /* Set   task  status to ready                   */
    OSTCBCur->OSTCBStatPend      =  OS_STAT_PEND_OK;  /* Clear pend  status                            */
    OSTCBCur->OSTCBEventPtr      = (OS_EVENT  *);    /* Clear event pointers                          */
    OSTCBCur->OSTCBMsg           = (void      *);    /* Clear  received message                       */
    OS_EXIT_CRITICAL();
    return (pmsg);                                    /* Return received message                       */
（3）========================================================================================================
}

queue队列的pend函数是OSQPend，从函数的代码看，其与sem主要的不同在第二部分，而与mutex的不同主要是在第二和第三部分（因为mutex有优先级的继承操作）。pend操作的第二部分主要的实现是从event的OSEventPtr中取出queue的描述结构体os_q，然后通过OSQEntries是否大于0判断在当前的queue中是否有信息，如果有则从OSQOut中取出信息，并将OSQOut加操作，让其指向下一个信息地址，同时将queue中代表信息个数的OSQEntries剪操作；如果OSQOut已经达到queue的最后一个位置即OSQOut==OSQEnd，则循环开始从OSQOut=OSQStart，重新获取信息；如果queue队列中没有信息，则直接将当前调度pend的任务挂起，并且重新进行任务调度，当任务重新获得运行的时候表示已经获得了event中的queue信息，则重新将当前任务加到运行等待列表中，这是第三部分的内容。

INT8U  OSQPost (OS_EVENT *pevent, void *pmsg)
{
    OS_Q      *pq;

    if (pevent->OSEventType != OS_EVENT_TYPE_Q) {      /* Validate event block type                    */
        return (OS_ERR_EVENT_TYPE);
    }
    OS_ENTER_CRITICAL();
（1）====================================================================================================
    if (pevent->OSEventGrp != ) {                     /* See if any task pending on queue             */
                                                       /* Ready highest priority task waiting on event */
        (void)OS_EventTaskRdy(pevent, pmsg, OS_STAT_Q, OS_STAT_PEND_OK);
        OS_EXIT_CRITICAL();
        OS_Sched();                                    /* Find highest priority task ready to run      */
        return (OS_ERR_NONE);
    }
（2）====================================================================================================
    pq = (OS_Q *)pevent->OSEventPtr;                   /* Point to queue control block                 */
    if (pq->OSQEntries >= pq->OSQSize) {               /* Make sure queue is not full                  */
        OS_EXIT_CRITICAL();
        return (OS_ERR_Q_FULL);
    }
    *pq->OSQIn++ = pmsg;                               /* Insert message into queue                    */
    pq->OSQEntries++;                                  /* Update the nbr of entries in the queue       */
    if (pq->OSQIn == pq->OSQEnd) {                     /* Wrap IN ptr if we are at end of queue        */
        pq->OSQIn = pq->OSQStart;
    }
    OS_EXIT_CRITICAL();
    return (OS_ERR_NONE);
（3）====================================================================================================
}

queue的post函数是OSQPost，该函数的入参是event指针，和要加入queue的信息的地址pmsg，和sem以及mutex类似，queue首先判断的是event中是否有在等待queue信息的任务，如果有的话将该pmsg直接交给等待任务，从代码中可以找到任务TCB的结构体中有一个专门存放pmsg的变量OSTCBMsg，这样的话，任务会通过访问OSTCBMsg直接获得pmsg的信息；如果在event中没有等待信息的任务存在则会进入到第三部分，就是从event中取出描述queue的os_q结构体，然后判断当前的queue中存在的信息是否达到了queue的上限OSQSize,如果已经达到上限，则会返回queue满了的错误，如果没有的话，会将pmsg放到OSQIn中，并且将queue中表示信息个数的OSQEntries加操作，如果OSQIn已经达到queue的上限，则会循环从Queue开始的地方存放pmsg （OSQIn == OSQStart），其实OSQIn的范围和OSQOut的范围是一样的，OSQIn访问的内存地址，OSQOut必然会访问到。 在queue中如果有msg的存在的话，在event任务等待列表中就不会有任务在等待msg，这是和其他的机制相通的地方。