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【FreeRTOS-队列集】

java 2025/6/17 13:53:31

参照正点原子以及以下gitee笔记整理本博客，并将实验结果附在文末。
https://gitee.com/xrbin/FreeRTOS_learning/tree/master

1、队列集介绍

答：

一个队列只允许任务间传递的消息为同一种数据类型，如果需要再任务间传递不同数据类型的消息时，那么就可以使用队列集！！！
作用：用于对多个队列或信号量进行“监听”，其中不管哪一个消息到来，都可让任务退出阻塞状态。（不需要通过轮询来检查每个对象）

（监听的作用，对于队列，等待接收，对于信号量，获取信号量）

假设：有一个任务，使用到队列接收和信号量的获取，如下：

不使用队列集：
在这里插入图片描述
使用队列集：

二、队列集相关API函数

1、队列集相关API函数

答：
在这里插入图片描述

2、队列集创建函数

答：

QueueSetHandle_t     xQueueCreateSet( const  UBaseType_t  uxEventQueueLength );

函数参数：
在这里插入图片描述
函数返回值：

3、队列集添加函数

答：

BaseType_t xQueueAddToSet( QueueSetMemberHandle_t   xQueueOrSemaphore,QueueSetHandle_t         xQueueSet);

此函数用于往队列集中添加队列，要注意的时，队列在被添加到队列集之前队列中不能有有效的消息。

函数参数：
在这里插入图片描述
函数返回值：

4、队列集移除函数

答：

BaseType_t   xQueueRemoveFromSet( QueueSetMemberHandle_t    xQueueOrSemaphore,QueueSetHandle_t          xQueueSet );

此函数用于从队列集中移除队列，要注意的是，队列在从队列集中移除之前，必须没有有效的消息。

函数参数：
在这里插入图片描述
函数返回值：

5、队列集获取函数

答：

QueueSetMemberHandle_t   xQueueSelectFromSet( QueueSetHandle_t    xQueueSet,TickType_t const    xTicksToWait)

此函数用于在任务中获取队列集中有有效消息的队列。

函数参数：
在这里插入图片描述
函数返回值：

三、队列集操作实验

实验简介

在这里插入图片描述

实验现象

在这里插入图片描述
为什么是先执行获取到队列数据为:1再执行往队列queue_handle写入数据成功!!?

这是由于FreeRTOS任务优先级和调度机制导致的。让我分析一下关键点：

任务优先级设置

#define TASK1_PRIO  2    // task1 优先级为 2
#define TASK2_PRIO  3    // task2 优先级为 3

在FreeRTOS中，数字越大表示优先级越高，所以task2的优先级比task1高。

执行流程分析

1.初始状态：task2在xQueueSelectFromSet(queueset_handle,portMAX_DELAY)处阻塞等待队列集消息

2.按下KEY0：task1执行到xQueueSend(queue_handle, &key, portMAX_DELAY)

3.关键时刻：当xQueueSend成功将数据写入队列时，这个操作会立即唤醒正在等待的task2

4.任务切换：由于task2优先级更高(3 > 2)，FreeRTOS调度器会立即从task1切换到task2

5.执行顺序：

task2先执行：printf(“获取到的队列数据为:%d\r\n”,key);
task2执行完成后，才回到task1继续执行：printf(“往队列queue_handle写入数据成功!!\r\n”);

总结

这种现象完全符合FreeRTOS的抢占式调度机制：
- 高优先级任务一旦就绪，会立即抢占低优先级任务的CPU时间
- xQueueSend操作唤醒了等待的高优先级task2
- 所以看起来是"接收"先于"发送成功"的打印信息

实验代码

/******************************************************************************************************* @file        freertos.c* @author      正点原子团队(ALIENTEK)* @version     V1.4* @date        2022-01-04* @brief       FreeRTOS 移植实验* @license     Copyright (c) 2020-2032, 广州市星翼电子科技有限公司***************************************************************************************************** @attention** 实验平台:正点原子 探索者F407开发板* 在线视频:www.yuanzige.com* 技术论坛:www.openedv.com* 公司网址:www.alientek.com* 购买地址:openedv.taobao.com******************************************************************************************************/#include "freertos_demo.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./MALLOC/malloc.h"
/*FreeRTOS*********************************************************************************************/
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "semphr.h"/******************************************************************************************************/
/*FreeRTOS配置*//* START_TASK 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define START_TASK_PRIO  1
#define START_TASK_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t start_task_handle;
void start_task( void * pvParameters );/* TASK1 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/#define TASK1_PRIO  2
#define TASK1_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t task1_handle;
void task1(void * pvParameters);/* TASK2 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/#define TASK2_PRIO  3
#define TASK2_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t task2_handle;
void task2(void * pvParameters);/*队列集*/
QueueSetHandle_t queueset_handle;
QueueHandle_t queue_handle;
QueueHandle_t Semaphore_handle;/******************************************************************************************************//*** @brief       FreeRTOS例程入口函数* @param       无* @retval      无*/
void freertos_demo(void)
{    xTaskCreate( (TaskFunction_t        )   start_task,(char *                )   "start_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   START_TASK_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   START_TASK_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &start_task_handle);//开启任务调度器vTaskStartScheduler();
}void start_task( void * pvParameters )
{taskENTER_CRITICAL();                     /*进入临界区，任务切换不会进行*/queueset_handle = xQueueCreateSet(2);    /*该队列集包含一个队列 一个二值信号量*/if(queueset_handle != NULL){printf("队列集创建成功\r\n");}queue_handle= xQueueCreate(1,sizeof(uint8_t));   /*创建队列*/if(queue_handle != NULL){printf("队列创建成功\r\n");}Semaphore_handle = xSemaphoreCreateBinary();     /*创建二值信号量*/if(Semaphore_handle != NULL){printf("二值信号量创建成功\r\n");}/*向队列集中添加队列和二值信号量*/xQueueAddToSet(queue_handle     ,queueset_handle); xQueueAddToSet(Semaphore_handle ,queueset_handle); xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     task1,(char *                )   "task1",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   TASK1_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   TASK1_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &task1_handle);xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     task2,(char *                )   "task2",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   TASK2_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   TASK2_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &task2_handle);vTaskDelete( NULL );taskEXIT_CRITICAL();                       /*退出临界区，才会开始任务切换*//*简单而言，临界区保护，就是保护那些不想被打断的从程序段							 */							 }/* 任务一，实现队列发送和信号量释放 */
void task1(void * pvParameters)
{uint8_t key = 0;BaseType_t err = 0;while(1){ /*当Key0按下，往队列中写入数据，当Key1按下，释放二值信号量*/key = key_scan(0);if(key == KEY0_PRES){err = xQueueSend(queue_handle, &key, portMAX_DELAY); if(err ==pdPASS){printf("往队列queue_handle写入数据成功!!\r\n");}}else if(key == KEY1_PRES){err = xSemaphoreGive( Semaphore_handle);if(err == pdPASS){printf("释放信号量成功\r\n");}}vTaskDelay(10);}
}/* 任务二，获取队列集消息 */
void task2(void * pvParameters)
{QueueSetMemberHandle_t  member_handle;  uint8_t key;while(1){/*读取队列集中的消息，并打印*/member_handle = xQueueSelectFromSet(queueset_handle,portMAX_DELAY);if(member_handle == queue_handle){xQueueReceive(member_handle, &key,portMAX_DELAY);printf("获取到的队列数据为:%d\r\n",key);}else if(member_handle == Semaphore_handle){xSemaphoreTake(member_handle, portMAX_DELAY );printf("获取信号量成功\r\n");}}
}