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V3:HAL庫開發(fā)、手把手教學(xué)下面功能：PID速度控制、PID循跡、PID跟隨、遙控、避障、PID角度控制、openmv視覺控制、電磁循跡、FreeRTOS、K210視覺智能車(更新中)、K230視覺智能車(更新中)、MSPM0G3507視覺智能車(更新中)
23.1.1-消息隊(duì)列的概念和函數(shù)
消息隊(duì)列概念
消息隊(duì)列簡稱隊(duì)列，是一種常用于任務(wù)間通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
如下圖：消息隊(duì)列可以在任務(wù)與任務(wù)間、中斷與任務(wù)間傳遞消息，實(shí)現(xiàn)任務(wù)接收來自其它任務(wù)或中斷的不固定長度的消息。
相比于裸機(jī)的全局?jǐn)?shù)組，使用消息隊(duì)列有如下優(yōu)勢：
- 消息隊(duì)列具有超時(shí)機(jī)制，可以讓 FreeRTOS 內(nèi)核有效地管理任務(wù)。
- 使用消息隊(duì)列可以防止多任務(wù)的訪問沖突、防止數(shù)據(jù)競爭 出現(xiàn)錯(cuò)誤.
- 使用消息隊(duì)列可以有效地解決中斷服務(wù)程序與任務(wù)之間消息傳遞的問題，使用全局?jǐn)?shù)組的話，任務(wù)得不斷去監(jiān)測標(biāo)志位以獲取數(shù)據(jù)
- 消息隊(duì)列具有FIFO與LIFO儲存機(jī)制，方便處理數(shù)據(jù)。
消息隊(duì)列的通信機(jī)制
消息隊(duì)列是一種異步的通信方式。
任務(wù)能夠從隊(duì)列中讀取消息，當(dāng)隊(duì)列中的消息為空時(shí)，讀取消息的任務(wù)將被阻塞。用戶可以指定阻塞的任務(wù)時(shí)間 xTicksToWait，在這段時(shí)間中，如果隊(duì)列為空，該任務(wù)將保持阻塞狀態(tài)以等待隊(duì)列數(shù)據(jù)有效。當(dāng)隊(duì)列中有新消息時(shí)，被阻塞的任務(wù)會被喚醒并處理新消息；當(dāng)?shù)却臅r(shí)間超過指定的阻塞時(shí)間，即使隊(duì)列中沒有有效數(shù)據(jù)，任務(wù)也會自動從阻塞態(tài)轉(zhuǎn)為就緒態(tài)。
通過消息隊(duì)列服務(wù)，任務(wù)或中斷服務(wù)可以將一條或多條消息放入消息隊(duì)列中。同樣，一個(gè)或多個(gè)任務(wù)可以從消息隊(duì)列中獲得消息。當(dāng)有多個(gè)消息發(fā)送到消息隊(duì)列時(shí)，通常是將先進(jìn)入消息隊(duì)列的消息先傳給任務(wù)，也就是說，任務(wù)先得到的是最先進(jìn)入消息隊(duì)列的消息，即先進(jìn)先出原則(FIFO)，F(xiàn)reeRTOS的隊(duì)列也支持后進(jìn)先出原則(LIFO)。
FreeRTOS中消息隊(duì)列特性
- 消息支持先進(jìn)先出方式排隊(duì)，支持異步讀寫工作方式
- 讀寫隊(duì)列均支持超時(shí)機(jī)制
- 消息支持后進(jìn)先出方式排隊(duì)，向隊(duì)首發(fā)送消息(LIFO)
- 可以允許不同長度(不超過隊(duì)列節(jié)點(diǎn)最大值)的任意類型消息
- 一個(gè)任務(wù)能夠從任意一個(gè)消息隊(duì)列接收和發(fā)送消息
- 多個(gè)任務(wù)能夠從同一個(gè)消息隊(duì)列接收和發(fā)送消息
- 當(dāng)隊(duì)列使用結(jié)束后，可以通過刪除隊(duì)列函數(shù)進(jìn)行刪除
消息隊(duì)列應(yīng)用場景
消息隊(duì)列可用于發(fā)送不定長消息的場合。
隊(duì)列是FreeRTOS 主要的任務(wù)間通信方式，可以在任務(wù)與任務(wù)間、中斷和任務(wù)間傳送信息，發(fā)送到隊(duì)列的消息是通過復(fù)制方式實(shí)現(xiàn)的，這意味著隊(duì)列存儲的數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)，而不是原始數(shù)據(jù)的引用。
消息隊(duì)列的常用API函數(shù)
創(chuàng)建消息隊(duì)列
xQueueCreate():
QueueHandle_t xQueueCreate(
UBaseType_t uxQueueLength, //隊(duì)列的最大長度，表示隊(duì)列可以容納的元素個(gè)數(shù)。
UBaseType_t uxItemSize //隊(duì)列中每個(gè)元素的大?。ㄒ宰止?jié)為單位）。即每個(gè)元素占用的內(nèi)存空間?？梢允侨魏螖?shù)據(jù)類型的大小，例如 sizeof(int)、sizeof(char) 等。
);
QueueHandle_t 返回值：
成功：返回隊(duì)列句柄（QueueHandle_t），這個(gè)句柄將用于后續(xù)的隊(duì)列操作（如發(fā)送和接收數(shù)據(jù)）。
失敗：如果創(chuàng)建隊(duì)列失敗，返回 NULL。
任務(wù)中向隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)-不會覆蓋原有數(shù)據(jù)
xQueueSend() :
A
BaseType_t xQueueSend(
QueueHandle_t xQueue, //隊(duì)列句柄，表示你要操作的隊(duì)列。
const void * pvItemToQueue, //指向要發(fā)送到隊(duì)列的數(shù)據(jù)的指針。數(shù)據(jù)會被復(fù)制到隊(duì)列中。
TickType_t xTicksToWait //等待隊(duì)列空間的時(shí)間。如果隊(duì)列滿了，xQueueSend 會等待空閑空間。此值可以是 0 表示非阻塞操作，portMAX_DELAY 表示無限等待，或者其他自定義的等待時(shí)間。
);
BaseType_t 返回值：
pdPASS：成功將數(shù)據(jù)發(fā)送到隊(duì)列。
errQUEUE_FULL：隊(duì)列已滿，無法立即放入數(shù)據(jù)。如果 xTicksToWait 設(shè)置為 0，則是非阻塞的，隊(duì)列滿時(shí)返回 errQUEUE_FULL。
errQUEUE_BLOCKED：如果隊(duì)列滿且設(shè)置了阻塞時(shí)間，任務(wù)會被阻塞直到有空間。
任務(wù)中向隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)-會強(qiáng)制覆蓋原有數(shù)據(jù)
BaseType_t xQueueOverwrite( QueueHandle_t xQueue, //隊(duì)列句柄
const void *pvItemToQueue //要發(fā)送到隊(duì)列的數(shù)據(jù)指針
);
函數(shù)作用：函數(shù)會強(qiáng)制將新數(shù)據(jù)寫入隊(duì)列，并覆蓋隊(duì)列中原有的元素。
返回值：
如果操作成功，返回 pdPASS。
如果隊(duì)列為空或出現(xiàn)其他錯(cuò)誤，返回 errQUEUE_FULL。
任務(wù)中接收隊(duì)列數(shù)據(jù)-會從隊(duì)列中移除該數(shù)據(jù)
xQueueReceive():
BaseType_t xQueueReceive(
QueueHandle_t xQueue, //要接收數(shù)據(jù)的隊(duì)列句柄。這個(gè)句柄是在創(chuàng)建隊(duì)列時(shí)由 xQueueCreate() 返回的。它標(biāo)識了隊(duì)列。
void * const pvBuffer, //指向接收數(shù)據(jù)存儲位置的指針。數(shù)據(jù)將被放置到這個(gè)緩沖區(qū)中，緩沖區(qū)的大小應(yīng)當(dāng)足夠存儲隊(duì)列中每個(gè)消息的內(nèi)容。
TickType_t xTicksToWait//指定任務(wù)在隊(duì)列中沒有數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)該等待的時(shí)間，單位是 FreeRTOS 系統(tǒng)中的“滴答”（tick）。如果設(shè)置為 0，則表示不等待，隊(duì)列為空時(shí) xQueueReceive() 將立即返回。如果設(shè)置為 portMAX_DELAY，表示無限期等待，直到隊(duì)列中有數(shù)據(jù)。
);
返回值：
pdPASS：
如果成功從隊(duì)列接收數(shù)據(jù)，返回 pdPASS（即 1）。
errQUEUE_EMPTY：
如果隊(duì)列為空且任務(wù)設(shè)置的等待時(shí)間為 0，或者任務(wù)等待超時(shí)，返回 errQUEUE_EMPTY（即 0）。
任務(wù)中接收隊(duì)列數(shù)據(jù)-但不會將數(shù)據(jù)移除
BaseType_t xQueuePeek( QueueHandle_t xQueue,//這是隊(duì)列的句柄，指向你想要查看的隊(duì)列。隊(duì)列句柄是通過 xQueueCreate() 創(chuàng)建隊(duì)列時(shí)獲得的。
void * pvBuffer, //這是一個(gè)指向接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的指針，隊(duì)列中的數(shù)據(jù)會被復(fù)制到這個(gè)緩沖區(qū)。注意，數(shù)據(jù)將從隊(duì)列復(fù)制到該緩沖區(qū)中，但不會刪除隊(duì)列中的數(shù)據(jù)。
TickType_t xTicksToWait //如果隊(duì)列為空，xQueuePeek() 會阻塞直到隊(duì)列中有數(shù)據(jù)可用。如果 xTicksToWait 為 0，表示函數(shù)不會阻塞（即，如果隊(duì)列為空，函數(shù)會立即返回）。如果為 portMAX_DELAY，則函數(shù)會一直等待，直到隊(duì)列有數(shù)據(jù)可用。
);
返回值
pdPASS：如果成功地從隊(duì)列中“查看”到數(shù)據(jù)，則返回 pdPASS。
errQUEUE_EMPTY：如果隊(duì)列為空且 xTicksToWait 為 0，表示沒有數(shù)據(jù)可查看，函數(shù)將返回 errQUEUE_EMPTY。
其他返回值：在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，可能會返回其他錯(cuò)誤碼。
如果隊(duì)列為空， xQueuePeek() 會阻塞直到隊(duì)列中有數(shù)據(jù)可用。如果 xTicksToWait 為 0，表示函數(shù)不會阻塞（即，如果隊(duì)列為空，函數(shù)會立即返回）。如果為 portMAX_DELAY，則函數(shù)會一直等待，直到隊(duì)列有數(shù)據(jù)可用。
中斷中向隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)-不會覆蓋原有數(shù)據(jù)
xQueueSendFromISR():
BaseType_t xQueueSendFromISR(
QueueHandle_t xQueue, // 要發(fā)送數(shù)據(jù)的隊(duì)列句柄
const void * pvItemToQueue, // 指向要發(fā)送的數(shù)據(jù)的指針
BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken // 用于指示是否喚醒了更高優(yōu)先級的任務(wù)
);
**返回值**
- **`pdPASS`**: 表示隊(duì)列成功接收數(shù)據(jù)并且返回成功。
- **`errQUEUE_FULL`**: 表示隊(duì)列已滿，無法發(fā)送數(shù)據(jù)到隊(duì)列中。
在 FreeRTOS 中，默認(rèn)情況下， xQueueSendFromISR() 會根據(jù)隊(duì)列是否已滿來判斷是否將數(shù)據(jù)寫入隊(duì)列。如果隊(duì)列已經(jīng)滿了，并且沒有使用 隊(duì)列覆蓋機(jī)制，它會返回 errQUEUE_FULL，并且數(shù)據(jù)不會被寫入隊(duì)列。如果希望強(qiáng)制寫入隊(duì)列使用 xQueueOverwriteFromISR()
中斷中向隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)-會且強(qiáng)制覆蓋原有數(shù)據(jù)
BaseType_t xQueueOverwriteFromISR(
QueueHandle_t xQueue, //要操作的隊(duì)列句柄（通過 xQueueCreate() 創(chuàng)建）。
const void *pvItemToQueue, //指向要發(fā)送到隊(duì)列的數(shù)據(jù)的指針。數(shù)據(jù)的大小由創(chuàng)建隊(duì)列時(shí)指定的大?。╱xItemSize）決定。
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken // 用于指示是否需要任務(wù)切換的標(biāo)志
);
BaseType_t 返回值
pdPASS：表示數(shù)據(jù)已成功寫入隊(duì)列（覆蓋舊數(shù)據(jù)）。
此函數(shù)沒有返回 errQUEUE_FULL，因?yàn)樗偸菚采w數(shù)據(jù)，即使隊(duì)列已滿。
FreeRTOS 中的一個(gè)特殊隊(duì)列操作函數(shù)，專門用于在 中斷服務(wù)例程（ISR）中 向隊(duì)列寫入數(shù)據(jù)，并 強(qiáng)制覆蓋隊(duì)列中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)。也就是在隊(duì)列已經(jīng)滿的時(shí)候依舊可以寫入最新數(shù)據(jù)。
中斷中從隊(duì)列接收數(shù)據(jù)-會從隊(duì)列中移除該數(shù)據(jù)
**xQueueReceiveFromISR(): **
BaseType_t xQueueReceiveFromISR(
QueueHandle_t xQueue, // 要從中接收數(shù)據(jù)的隊(duì)列句柄
void * const pvBuffer, // 用于存儲接收到的數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)
BaseType_t * const pxHigherPriorityTaskWoken // 用于指示是否需要任務(wù)切換的標(biāo)志
);
返回值：
- **`pdPASS`**：表示從隊(duì)列成功接收到數(shù)據(jù)。
- **`errQUEUE_EMPTY`**：表示隊(duì)列為空，沒有數(shù)據(jù)可以接收。
xQueueReceiveFromISR() 在 接收數(shù)據(jù)時(shí)會 接收完數(shù)據(jù)后，會將該數(shù)據(jù)移除
中斷中從隊(duì)列接收數(shù)據(jù)-但不移除該數(shù)據(jù)
BaseType_t xQueuePeekFromISR(
QueueHandle_t xQueue, //隊(duì)列的句柄，指定你要從中讀取數(shù)據(jù)的隊(duì)列
void *pvBuffer, //指向存儲接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的指針。接收到的數(shù)據(jù)會存放在這里，但不會從隊(duì)列中移除。
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken //指向 BaseType_t 類型的變量，標(biāo)記是否有高優(yōu)先級任務(wù)被喚醒。如果在調(diào)用過程中有高優(yōu)先級任務(wù)就緒，F(xiàn)reeRTOS 會根據(jù)這個(gè)標(biāo)志決定是否進(jìn)行任務(wù)切換。
);
xQueuePeekFromISR() 從隊(duì)列中讀取數(shù)據(jù)，但 不移除數(shù)據(jù)。這意味著即使讀取了隊(duì)列中的數(shù)據(jù)，隊(duì)列中原來的數(shù)據(jù)仍然保留，其他任務(wù)或中斷可以繼續(xù)讀取隊(duì)列中的數(shù)據(jù)。
返回值：
pdPASS：表示成功接收到數(shù)據(jù)。
errQUEUE_EMPTY：表示隊(duì)列為空，沒有接收到任何數(shù)據(jù)。
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