FreeRTOS学习笔记（三）消息队列
- 什么是消息队列
- 运作机制
- 消息队列控制块
- 消息队列常用函数
- 消息队列创建函数xQueueCreate（）
- 消息队列静态创建函数 xQueueCreateStatic()
- 消息队列删除函数 vQueueDelete()
- 向消息队列发送消息函数
- xQueueSend()与 xQueueSendToBack()
- xQueueSendFromISR()与 xQueueSendToBackFromISR()
- xQueueSendToFront()
- 从消息队列读取消息函数
- xQueueReceive()与 xQueuePeek()
- xQueueReceiveFromISR()与 xQueuePeekFromISR()
什么是消息队列
消息队列就是任务之间信息交流的载体。
任务能够从队列里面读取消息，当队列中的消息是空时，读取消息的任务将被阻塞；
用户还可以指定阻塞的任务时间 xTicksToWait，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。
当队列中有新消息时， 被阻塞的任务会被唤醒并处理新消息；
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为就绪态。
支持先进先出原则（FIFO）,也支持后进先出原则（LIFO）
运作机制
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。
当消息队列创建完成后，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。
消息队列控制块
typedef struct QueueDefinition {
int8_t *pcHead; //pcHead 指向队列消息存储区起始位置，即第一个消息空间。
int8_t *pcTail; // pcTail 指向队列消息存储区结束位置地址。
int8_t *pcWriteTo; // pcWriteTo 指向队列消息存储区下一个可用消息空间。
union {
int8_t *pcReadFrom; /*pcReadFrom 与 uxRecursiveCallCount 是
对互斥变量， 使用联合体用来确保两个互斥的结构体成员不会同时出现。 当结构体用
于队列时， pcReadFrom 指向出队消息空间的最后一个，见文知义，就是读取消息时候
是从 pcReadFrom 指向的空间读取消息内容 */
UBaseType_t uxRecursiveCallCount;/* 当结构体用于互斥量时,
uxRecursiveCallCount 用于计数，记录递归互斥量被“调用” 的次数*/
} u;
List_t xTasksWaitingToSend; /*xTasksWaitingToSend 是一个发送消息阻塞列表，
用于保存阻塞在此队列的任务， 任务按照优先级进行排序， 由于队列已满，想要发送消息
的任务无法发送消息*/
List_t xTasksWaitingToReceive; /* xTasksWaitingToReceive 是一个获取消息阻塞列
表， 用于保存阻塞在此队列的任务， 任务按照优先级进行排序， 由于队列是空的，想要获
取消息的任务无法获取到消息*/
volatile UBaseType_t uxMessagesWaiting; /*uxMessagesWaiting 用于记录当前消息队
列的消息个数， 如果消息队列被用于信号量的时候， 这个值就表示有效信号量个数。*/
UBaseType_t uxLength; // uxLength 表示队列的长度，也就是能存放多少消息
UBaseType_t uxItemSize; // uxItemSize 表示单个消息的大小。
volatile int8_t cRxLock;//队列上锁后， 储存从队列收到的列表项数目， 也就是出队的
//数量，如果队列没有上锁，设置为 queueUNLOCKED。
volatile int8_t cTxLock;//队列上锁后， 储存发送到队列的列表项数目， 也就是入队的
//数量，如果队列没有上锁，设置为 queueUNLOCKED
//这两个成员变量为 queueUNLOCKED 时，表示队列未上锁；当这两个成员变量为
//queueLOCKED_UNMODIFIED 时，表示队列上锁。
#if( ( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )&& ( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 ) )
uint8_t ucStaticallyAllocated;
#endif
#if ( configUSE_QUEUE_SETS == 1 )
struct QueueDefinition *pxQueueSetContainer;
#endif
#if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
UBaseType_t uxQueueNumber;
uint8_t ucQueueType;
#endif
} xQUEUE;
typedef xQUEUE Queue_t;消息队列常用函数
消息队列创建函数xQueueCreate（）
使用xQueueCreate()创建队列时， 使用的是动态内存分配，所以要想使用该函数必须在FreeRTOSConfig.h 中把 configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 定义为 1 来使能。
xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength,UBaseType_t uxItemSize)
uxQueueLength 队列能够存储的最大消息单元数目，即队列长度。
uxItemSize 队列中消息单元的大小，以字节为单位。
如果创建成功则返回一个队列句柄，用于访问创建的队列。 如果创建不成功则返回NULL， 可能原因是创建队列需要的 RAM 无法分配成功。
例：
QueueHandle_t Test_Queue =NULL;
#define QUEUE_LEN 4 /* 队列的长度，最大可包含多少个消息 */
#define QUEUE_SIZE 4 /* 队列中每个消息大小（字节） */
BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为 pdPASS */
taskENTER_CRITICAL(); //进入临界区
/* 创建 Test_Queue */
Test_Queue = xQueueCreate((UBaseType_t ) QUEUE_LEN,/* 消息队列的长度 */
(UBaseType_t ) QUEUE_SIZE);/* 消息的大小 */
if (NULL != Test_Queue)
printf("创建 Test_Queue 消息队列成功!\r\n");
taskEXIT_CRITICAL(); //退出临界区消息队列静态创建函数 xQueueCreateStatic()
QueueHandle_t xQueueCreateStatic(UBaseType_t uxQueueLength,
UBaseType_t uxItemSize,
uint8_t *pucQueueStorageBuffer,
StaticQueue_t *pxQueueBuffer );uxQueueLength 队列能够存储的最大单元数目，即队列深度。
uxItemSize 队列中数据单元的长度，以字节为单位。
pucQueueStorageBuffer 指针，指向一个 uint8_t 类型的数组，数组的大小至少有uxQueueLength* uxItemSize 个字节。 当 uxItemSize 为 0 时，pucQueueStorageBuffer 可以为 NULL。
pxQueueBuffer 指针，指向 StaticQueue_t 类型的变量， 该变量用于存储队列的数据结构。
消息队列删除函数 vQueueDelete()
vQueueDelete( QueueHandle_t xQueue )
向消息队列发送消息函数
xQueueSend()与 xQueueSendToBack()
该函数绝对不能在中断服务程序里面被调用，中断中必须使用带有中断保护功能的 xQueueSendFromISR()来代替。
//用于向队列尾部发送一个队列消息。
xQueueSend( xQueue, //队列句柄。
pvItemToQueue, //指针，指向要发送到队列尾部的队列消息。
xTicksToWait //队列满时， 等待队列空闲的最大超时时间。如果队列满并且xTicksToWait 被设置成 0，函数立刻返回。 );
xQueueSendToBack( xQueue, pvItemToQueue, xTicksToWait );xQueueSendFromISR()与 xQueueSendToBackFromISR()
xQueueSendToBackFromISR 等同于 xQueueSendFromISR ()。
BaseType_t xQueueSendFromISR(QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken//如果入队导致一个任务解锁，并且
//解锁的任务优先级高于当前被中断的任务，则将*pxHigherPriorityTaskWoken
//设置成 pdTRUE，然后在中断退出前需要进行一次上下文 切 换 ， 去 执 行 被
//唤 醒 的 优 先 级 更 高 的 任 务 。 从FreeRTOS V7.3.0 起，
//pxHigherPriorityTaskWoken 作为一个可选参数， 可以设置为 NULL。
);xQueueSendToFront()
xQueueSendToFron() 是 一 个 宏 ， 宏 展 开 也 是 调 用 函 数 xQueueGenericSend() 。xQueueSendToFront()用于向队列队首发送一个消息。消息以拷贝的形式入队，而不是以引用的形式。该函数绝不能在中断服务程序里面被调用， 而是必须使用带有中断保护功能的xQueueSendToFrontFromISR ()来代替。
BaseType_t xQueueSendToFront( QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait );从消息队列读取消息函数
xQueueReceive()与 xQueuePeek()
//用于从一个队列中接收消息， 并把接收的消息从队列中删除。
BaseType_t xQueueReceive(QueueHandle_t xQueue,
void *pvBuffer,//指针，指向接收到要保存的数据。
TickType_t xTicksToWait //队列空时，阻塞超时的最大时间。
);
//xQueuePeek()函数接收消息完毕不会删除消息队列中的消息
xQueuePeek( xQueue, pvBuffer, xTicksToWait );xQueueReceiveFromISR()与 xQueuePeekFromISR()
xQueueReceiveFromISR()是 xQueueReceive ()的中断版本，用于在中断服务程序中接收一个队列消息并把消息从队列中删除；
xQueuePeekFromISR()是 xQueuePeek()的中断版本，用于在中断中从一个队列中接收消息， 但并不会把消息从队列中移除
BaseType_t xQueueReceiveFromISR(QueueHandle_t xQueue,
void *pvBuffer,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);
BaseType_t xQueuePeekFromISR(QueueHandle_t xQueue,
void *pvBuffer);
