FreeRTOS 队列

队列是一种任务到任务、任务到中断、中断到任务数据交流的一种机制。在队列中可以存 储数量有限、大小固定的多个数据，队列中的每一个数据叫做队列项目，队列能够存储队列项 目的最大数量称为队列的长度，在创建队列的时候，就需要指定所创建队列的长度及队列项目 的大小。

因为队列是用来在任务与任务或任务于中断之间传递消息的一种机制，因此队列也叫 做消息队列。 基于队列，FreeRTOS 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。

数据存储

队列的原则是先进先出(FIFO)，当有新的数据写入队列时，都是写入到队列的尾部，当读出数据时，先从队列的头部进行读取。FreeRTOS也支持将数据写到队列的头部，也可以覆盖之前写入的数据。

多任务访问

队列不属于某个特定的任务，可以在任何的任务或中断中往队列中写入消息，或者从队列 中读取消息。

队列的写入阻塞

当想某一个队列写入数据时，如果此时的队列已经满了，就是没有空位置了，这时任务实际上是阻塞住了，因为想要写入但是无法写入，我们可以设定一个等待阻塞时间，等待的时间在设定范围内，任务就会被添加到阻塞列表中进行等待，等待队列中有空位置。如果在阻塞超时时间到达之前，队列有空闲的位置，那么队列写入阻塞任务将会解除阻塞， 并往队列中写入消息，如果达到指定的阻塞超时时间，队列依旧没有空闲的位置写入消息，那 么队列写入阻塞任务将会自动转移到就绪态任务列表中，但不会往队列中写入消息。这个阻塞时间可以是0，可以是在系统规定的最大阻塞时间范围之内。

注意:如果多个任务写入同一个队列时，那么多个任务会一起等待，会按照阻塞的先后和任务的优先级，决定应该解除哪一个队列写入阻塞任务，也就是同一个优先级先来的先解除，高优先级比低优先级先解除。

队列的读取阻塞

同写入相同，当想某一个队列读取数据时，如果此时的队列是空的，因为没有数据让任务读取，这时任务实际上是阻塞住了，因为想要读取却没有数据，我们可以设定一个等待阻塞时间，等待的时间在设定范围内，任务就会被添加到阻塞列表中进行等待，等待队列中有空位置。在任务从队列读取消息时，可以指定一个阻塞超时时间。如果任务在读取队列时，队列为 空，这时任务将被根据指定的阻塞超时时间添加到阻塞态任务列表中进行阻塞，以等待队列中 有可用的消息。当有其他任务或中断将消息写入队列中，因等待队列而阻塞任务将会被添加到 就绪态任务列表中，并读取队列中可用的消息。如果任务因等待队列而阻塞的时间超过指定的 阻塞超时时间，那么任务也将自动被转移到就绪态任务列表中，但不再读取队列中的数据。 因为同一个队列可以被多个任务读取，因此可能会有多个任务因等待同一个队列，而被阻 塞，在这种情况下，如果队列中有可用的消息，那么也只有一个任务会被解除阻塞并读取到消 息，并且会按照阻塞的先后和任务的优先级，决定应该解除哪一个队列读取阻塞任务。

队列的结构体

typedef struct QueueDefinition
{int8_t * pcHead; /* 存储区域的起始地址 */int8_t * pcWriteTo; /* 下一个写入的位置 *//* 信号量是由队列实现的，* 此结构体能用于队列和信号量，* 当用于队列时，使用联合体中的 xQueue,* 当用于信号量时，使用联合体中的 xSemaphore*/union{QueuePointers_t xQueue;SemaphoreData_t xSemaphore;} u;List_t xTasksWaitingToSend; /* 写入阻塞任务列表 */List_t xTasksWaitingToReceive; /* 读取阻塞任务列表 */volatile UBaseType_t uxMessagesWaiting; /* 非空闲项目的数量 */UBaseType_t uxLength; /* 队列的长度 */UBaseType_t uxItemSize; /* 队列项目的大小 */volatile int8_t cRxLock; /* 读取上锁计数器 */volatile int8_t cTxLock;
}

结构体示意图

前面说过 FreeRTOS 基于队列实现了互斥信号量和递归互斥信号量功能，在队列的结构体 中，就包含了一个联合体 u，当队列结构体用作队列时，使用联合体 u 中的 xQueue

typedef struct QueuePointers
{int8_t * pcTail; /* 存储区域的结束地址 */int8_t * pcReadFrom; /* 最后一次读取队列的位置 */
} QueuePointers_t;

pcHead是存储区的起始地址，pcWriteTo是下一个写入的地址

pcTail是存储区的结束地址，pcReadFrom是最后一次读取队列的位置

 xTasksWaitingToSend，当写入发生阻塞时，任务会被添加到此列表中。

 xTasksWaitingToReceive，当读取发生阻塞时，任务会被添加到此列表中。

uxMessagesWaiting时队列中已经有数据的项目数量 

uxLength就是队列的长度

uxItemSize就是队列项目的大小 

队列的锁

在FreeRTOS中，队列是一种用于在任务之间传递数据的通信机制。它可以实现生产者任务将数据发送到队列中，然后消费者任务从队列中接收数据。队列的上锁和解锁操作是用来保护队列数据的完整性和一致性的。

当一个任务要向队列发送数据时，首先需要对队列进行上锁操作。这是为了防止其他任务同时访问队列，从而导致数据的错误读写。在上锁期间，其他任务无法访问队列，直到上锁任务完成发送操作并解锁队列。类似地，当一个任务要从队列接收数据时，也需要对队列进行上锁操作。这是为了保证在接收数据的过程中，队列中的数据不会被其他任务修改。在上锁期间，其他任务无法修改队列中的数据，直到上锁任务完成接收操作并解锁队列。

通过对队列进行上锁和解锁操作，可以确保在多任务环境下，队列的数据操作是安全和可靠的。