【事件驱动框架OSAL】二.消息的管理机制

二、消息管理机制

在上一篇文中提到，系统消息事件（SYS_EVENT_MSG）用于任务间传递数据，而消息队列是这种机制的基础，它允许任务通过异步消息传递复杂数据（如网络数据包、控制命令等），而不仅仅是简单的事件通知。

消息队列，即用来保存消息的队列数据结构，本文结合OSAL的源码，简述OSAL中消息的实现和管理，包括消息结构、消息内存管理，发送和接收等流程。

2.1 消息的数据结构

typedef struct
{uint8 event;					// 消息事件类型，可以从0到255，用于区分不同的消息，和前面的事件集没有关系uint8 status;					// 状态，作为备用
} osal_event_hdr_t;					// 统一的消息事件头typedef struct
{osal_event_hdr_t hdr;			// 第一个成员必须为osal_event_hdr_tuint8* Data_t;					// 变量指针，指向用户定义的数据或消息体，这里可以随便定义，定义其他结构体也行。
} osal_sys_msg_t;                    //使用默认系统消息结构体osal_sys_msg_t做用户消息结构体

注意：消息结构体的第一个成员必须是osal_msg_hdr_t，否则无法正确解析。在32位单片机中，sizeof(osal_sys_msg_t) = 8 字节，sizeof(uint8_t ) = 4字节 。

OSAL的消息队列传递的每条消息必须包含一个消息头（osal_msg_hdr_t），用于标识消息类型和基本元数据。用户可根据需求扩展自定义数据字段。指向结构体的指针，经过强制转换，可以指向该结构体的首个成员，因为结构体变量的地址和首个成员地址是同一个。

在用户消息定义的结构体中，除了第一个成员变量必须为osal_event_hdr_t 结构外，之后的数据类型，可以随便定义。

例如：定义一个温度数据

// 用户自定义消息示例（温度数据）
typedef struct {osal_msg_hdr_t  hdr;    // 必须包含消息头uint16          temp;   // 温度值uint8           sensor_id; // 传感器ID
} TempMessage_t;

在本文中，使用指针变量Data_t来解释代码执行流程。

osal_sys_msg_t消息结构体，在内存中示意图如下：

2.2 消息内存分配

消息内存通过 osal_msg_allocate() 动态分配，需指定消息总长度（包括消息头和数据）；接收任务处理完消息后，必须手动调用osal_msg_deallocate()释放内存，避免泄漏。

注意：osal_msg_allocate() ≠ osal_mem_alloc() 内存分配函数，osal_msg_allocate() 要完成消息队列结点的构造。
源码实现如下：

uint8 * osal_msg_allocate(uint16 len)
{osal_msg_hdr_t *hdr;if(len == 0){return (NULL);}// 分配一块内存空间，并强制转换为 osal_msg_hdr_t*. 相当于为用户消息体osal_sys_msg_t增加了一个包头osal_msg_hdr_thdr = (osal_msg_hdr_t *) osal_mem_alloc((short)(len + sizeof(osal_msg_hdr_t)));if(hdr){hdr->next = NULL;hdr->len = len;hdr->dest_id = TASK_NO_TASK;return ((uint8 *)(hdr + 1));	// 返回用户消息的osal_sys_msg_t变量地址}else{return (NULL);}
}

而 osal_msg_hdr_t 结构为：

typedef struct
{void   *next;uint16 len;uint8  dest_id;
} osal_msg_hdr_t;

是队列的结点，用于形成队列数据结构。

经过这一步之后，一个完整的队列结点在内存中的分布示意如下 ：

在这里，用户数据是一个int变量，用于保存打印次数count。

重新回到发送消息的任务处理函数中：

uint16 print_task_event_process(uint8 task_id, uint16 task_event)
{// 不接收消息，忽略系统消息事件if(task_event & PRINTF_STR){static int print_count = 0;printf("Print task printing, total memory : %d byte, used memory : %d byte !\n", MAXMEMHEAP, osal_heap_mem_used());print_count++;if(print_count % 5 == 0 && print_count != 0){//向统计任务发送消息general_msg_data_t *msg;msg = (general_msg_data_t*)osal_msg_allocate(sizeof(general_msg_data_t) + sizeof(int));if(msg != NULL){//消息结构体的data数据指针偏移至申请到的内存的数据段//msg->data = (unsigned char*)( msg + sizeof(osal_event_hdr_t) );msg->data = (unsigned char*)(msg + 1);msg->hdr.event = PRINTF_STATISTICS;msg->hdr.status = 0;*((int*)msg->data) = print_count;osal_msg_send(statistics_task_id, (uint8*)msg);}}return task_event ^ PRINTF_STR; //处理完后需要清除事件位}return 0;
}

这里的 general_msg_data_t 和前面提到的osal_sys_msg_t 结构一样。

可以看到，经过消息内存分配之后，osal_msg_allocate 函数返回的是类型为osal_sys_msg_t的消息地址，指向的是用户自定义的结构体内存，之后调用 osal_msg_send()，消息队列入队，然后调用osal_set_event 设置系统消息事件。

uint8 osal_msg_send(uint8 destination_task, uint8 *msg_ptr)
{if(msg_ptr == NULL){return (INVALID_MSG_POINTER);}if(destination_task >= tasksCnt){osal_msg_deallocate(msg_ptr);return (INVALID_TASK);}// Check the message headerif(OSAL_MSG_NEXT(msg_ptr) != NULL ||OSAL_MSG_ID(msg_ptr) != TASK_NO_TASK){osal_msg_deallocate(msg_ptr);return (INVALID_MSG_POINTER);}OSAL_MSG_ID(msg_ptr) = destination_task;// queue messageosal_msg_enqueue(&osal_qHead, msg_ptr);// Signal the task that a message is waitingosal_set_event(destination_task, SYS_EVENT_MSG);return (SUCCESS);
}

这一段代码中，需要注意的是这两个宏定义：

#define OSAL_MSG_NEXT(msg_ptr) 	((osal_msg_hdr_t *) (msg_ptr) - 1)->next
#define OSAL_MSG_ID(msg_ptr) 	((osal_msg_hdr_t *) (msg_ptr) - 1)->dest_id

结合前面提到的，队列结点在内存中的分布示意图可知，msg_ptr 是指向用户消息体的指针，将其强制转换为 osal_msg_hdr_t*，再减 1 操作，即向低地址前移sizeof(osal_msg_hdr_t)个字节，便可以回到队列结点首地址。

下面是调试过程中的截图：
按照函数执行的顺序来说明。
一、首先在内存中分配20个字节，从0x20000784字节开始，分配20个字节空间。前8个字节用于保存 osal_msg_hdr_t 数据，返回用户消息体的地址。

二、然后再把返回的指针转换为指向用户消息体的指针，红色部分表示 osal_sys_msg_t 结构体内存块，data指针中保存的是地址，该地址中保存的是打印次数的整型值。由于分配的内存块是连续的，因此data指针变量的下一个地址，就是数据单元。

2.3 消息的接收和销毁

本例子中，在统计任务中接收其他任务发送过来的消息。有消息事件时，会进入系统消息事件中。接收任务处理完消息后，必须手动调用osal_msg_deallocate()释放内存，避免泄漏。

/*** @brief 当前任务的事件回调处理函数* @param task_id       [任务ID]* @param task_event    [收到的本任务事件]* @return uint16       [未处理的事件]*/
uint16 statistics_task_event_process(uint8 task_id, uint16 task_event)
{if(task_event & SYS_EVENT_MSG)       //判断是否为系统消息事件{osal_sys_msg_t *msg_pkt;msg_pkt = (osal_sys_msg_t *)osal_msg_receive(task_id);      //从消息队列获取一条消息while(msg_pkt){switch(msg_pkt->hdr.event)      //判断该消息事件类型{case PRINTF_STATISTICS:{int count = *(int*)(((general_msg_data_t*)msg_pkt)->data);printf("Statistics task receive print task printf count : %d\n", count);break;}default:break;}osal_msg_deallocate((uint8 *)msg_pkt);                  //释放消息内存msg_pkt = (osal_sys_msg_t *)osal_msg_receive(task_id);  //读取下一条消息}// return unprocessed eventsreturn (task_event ^ SYS_EVENT_MSG);}return 0;
}

2.3 源码链接地址

OSAL github 链接地址