FreeRTOS队列集

任务通信过程中，如果消息类型不同，使用一条队列来实现则有些麻烦。

FreeRTOS 提供队列集合，用于对多个队列以及信号量进行“监听”，只要其中不管哪一个有消息到来，都可以让任务退出阻塞状态。这就类似于linux网络编程时的select（IO复用）。

先看一下队列结构体

多了一个pxQueueSetContainer成员变量，队列所属队列集。

在插入队列项的时候，用于查找队列所属的队列集并通知正在监听该队列集的任务。

/* 队列结构体 */
typedef struct QueueDefinition
{int8_t *pcHead;            /* 队列存储区头部，即第一个队列项 */int8_t *pcWriteTo;  /* 队列项插入指针 */union{QueuePointers_t xQueue;              /* 队列 */SemaphoreData_t xSemaphore;     /* 信号量 */}u;List_t xTasksWaitingToSend;         /* 等待发送队列项而阻塞的任务列表 */List_t xTasksWaitingToReceive; /* 等待接收队列项而阻塞的任务列表 */volatile UBaseType_t uxMessagesWaiting;    /* 已经插入队列项个数 */UBaseType_t uxLength;        /* 队列项存储区最多队列项个数 */UBaseType_t uxItemSize;  /* 每个队列项大小 */volatile int8_t cRxLock;   /* 锁定期间，从队列中接收队列项的次数 */volatile int8_t cTxLock;  /* 锁定期间，向队列中发送队列项的次数 */......#if (configUSE_QUEUE_SETS == 1)struct QueueDefinition *pxQueueSetContainer;   /* 队列所属队列集 */#endif......
}xQUEUE;
typedef xQUEUE Queue_t;

创建队列集

队列集本身也是一个队列，将所有队列加入队列集，就可以对所有队列进行监听了

/* 创建队列集 */
QueueSetHandle_t xQueueCreateSet(const UBaseType_t uxEventQueueLength)
{QueueSetHandle_t pxQueue;/* 创建队列项大小为sizeof(Queue_t *)，长度为uxEventQueueLength的队列 */pxQueue = xQueueGenericCreate(uxEventQueueLength, (UBaseType_t)sizeof(Queue_t *), queueQUEUE_TYPE_SET);return pxQueue;
}

将队列加入队列集

将队列加入队列集，本质上就是将队列的所属队列集设置为该队列集

/* 将队列加入队列集 */
BaseType_t xQueueAddToSet(QueueSetMemberHandle_t xQueueOrSemaphore, QueueSetHandle_t xQueueSet)
{BaseType_t xReturn;/* 进入临界区 */taskENTER_CRITICAL();{/* 队列所属队列集不为空 */if(((Queue_t *)xQueueOrSemaphore)->pxQueueSetContainer != NULL){/* 返回错误 */xReturn = pdFAIL;}/* 队列中已经有队列项 */else if(((Queue_t *)xQueueOrSemaphore)->uxMessagesWaiting != (UBaseType_t)0){/* 返回错误 */xReturn = pdFAIL;}/* 队列不属于任何队列集，队列中没有队列项 */else{/* 将队列所属队列集设置该队列集 */((Queue_t *)xQueueOrSemaphore)->pxQueueSetContainer = xQueueSet;/* 返回成功 */xReturn = pdPASS;}}/* 退出临界区 */taskEXIT_CRITICAL();return xReturn;
}

发送队列项

和普通队列不同的是：

如果队列被加入队列集，则通知队列集

如果队列没有加入队列集，则通知队列（解除那些等待的队列）

注意：某条队列中如果已经存在队列项，再插入一个队列项的时候并不会再通知队列集，这就意味着监听到某条队列有队列项的时候，要一次性把队列取干净

/* 发送队列项 */
BaseType_t xQueueGenericSend(QueueHandle_t xQueue, const void *const pvItemToQueue, TickType_t xTicksToWait, const BaseType_t xCopyPosition)
{BaseType_t xEntryTimeSet = pdFALSE, xYieldRequired;TimeOut_t xTimeOut;Queue_t *const pxQueue = xQueue;configASSERT(pxQueue);configASSERT(!((pvItemToQueue == NULL) && (pxQueue->uxItemSize != (UBaseType_t)0U)));configASSERT(!((xCopyPosition == queueOVERWRITE) && (pxQueue->uxLength != 1)));#if ((INCLUDE_xTaskGetSchedulerState == 1) || (configUSE_TIMERS == 1)){configASSERT(!((xTaskGetSchedulerState() == taskSCHEDULER_SUSPENDED) && (xTicksToWait != 0)));}#endiffor(;;){/* 进入临界区 */taskENTER_CRITICAL();{/* 目前已插入队列项数小于最大可插入队列数或者覆盖型插入 */if((pxQueue->uxMessagesWaiting < pxQueue->uxLength) || (xCopyPosition == queueOVERWRITE)){traceQUEUE_SEND(pxQueue);#if (configUSE_QUEUE_SETS == 1){UBaseType_t uxPreviousMessagesWaiting = pxQueue->uxMessagesWaiting;/* 将数据拷贝到队列项中 */xYieldRequired = prvCopyDataToQueue(pxQueue, pvItemToQueue, xCopyPosition);/* 该队列被加入队列集 */if(pxQueue->pxQueueSetContainer != NULL){/* 覆盖型插入或者先前队列项数不为0，说明已经通知过队列集 */if((xCopyPosition == queueOVERWRITE) && (uxPreviousMessagesWaiting != (UBaseType_t)0)){mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}/* 通知队列集 */else if(prvNotifyQueueSetContainer(pxQueue, xCopyPosition) != pdFALSE){queueYIELD_IF_USING_PREEMPTION();}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}/* 该队列没有被加入队列集 */else{/* 等待接收队列项而阻塞的任务列表不为空 */if(listLIST_IS_EMPTY(&(pxQueue->xTasksWaitingToReceive)) == pdFALSE){/* 将任务从事件列表中移除一个任务，并挂接到就绪列表 */if(xTaskRemoveFromEventList(&(pxQueue->xTasksWaitingToReceive)) != pdFALSE){/* 请求切换任务 */queueYIELD_IF_USING_PREEMPTION();}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}/* 等待接收队列项而阻塞的任务列表为空 */else if(xYieldRequired != pdFALSE){queueYIELD_IF_USING_PREEMPTION();}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}}#else{......}#endif/* 退出临界区 */taskEXIT_CRITICAL();/* 成功 */return pdPASS;}/* 目前队列已经满了，且不是覆盖型插入 */else{/* 阻塞时间为0 */if(xTicksToWait == (TickType_t)0){taskEXIT_CRITICAL();traceQUEUE_SEND_FAILED(pxQueue);/* 返回队列已满错误 */return errQUEUE_FULL;}/* 当前节拍状态还未记录 */else if(xEntryTimeSet == pdFALSE){/* 记录当前节拍状态 */vTaskInternalSetTimeOutState(&xTimeOut);/* 当前节拍状态已经记录 */xEntryTimeSet = pdTRUE;}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}}/* 退出临界区 */taskEXIT_CRITICAL();/* 挂起调度器 */vTaskSuspendAll();/* 锁定队列 */prvLockQueue(pxQueue);/* 检查任务是否超时，并未超时 */if(xTaskCheckForTimeOut(&xTimeOut, &xTicksToWait) == pdFALSE){/* 检查队列是否已满，已经满了 */if(prvIsQueueFull(pxQueue) != pdFALSE){traceBLOCKING_ON_QUEUE_SEND(pxQueue);/* 将任务挂接到等待发送而阻塞的任务列表中，并将任务挂接到延时列表中 */vTaskPlaceOnEventList(&(pxQueue->xTasksWaitingToSend), xTicksToWait);/* 解锁队列 */prvUnlockQueue(pxQueue);/* 解除调度器挂起 */if(xTaskResumeAll() == pdFALSE){/* 请求切换 */portYIELD_WITHIN_API();}}/* 刚好队列出现空位，下一次while循环重新插入 */else{/* 解锁队列 */prvUnlockQueue(pxQueue);/* 解除调度器挂起 */(void)xTaskResumeAll();}}/* 已经超时或者超时之后 */else{/* 解锁队列 */prvUnlockQueue(pxQueue);/* 解除调度器挂起 */(void)xTaskResumeAll();traceQUEUE_SEND_FAILED(pxQueue);/* 队列已满 */return errQUEUE_FULL;}}
}

源码中使用prvNotifyQueueSetContainer函数，通知队列集

通知队列集，其实就是将队列作为队列项插入到队列集中，并通知监听而阻塞的任务

/* 通知队列集 */
static BaseType_t prvNotifyQueueSetContainer(const Queue_t *const pxQueue, const BaseType_t xCopyPosition)
{Queue_t *pxQueueSetContainer = pxQueue->pxQueueSetContainer;BaseType_t xReturn = pdFALSE;configASSERT(pxQueueSetContainer);configASSERT(pxQueueSetContainer->uxMessagesWaiting < pxQueueSetContainer->uxLength);/* 队列集还没满 */if(pxQueueSetContainer->uxMessagesWaiting < pxQueueSetContainer->uxLength){const int8_t cTxLock = pxQueueSetContainer->cTxLock;traceQUEUE_SEND(pxQueueSetContainer);/* 将队列拷贝进队列集 */xReturn = prvCopyDataToQueue(pxQueueSetContainer, &pxQueue, xCopyPosition);/* 没锁定 */if(cTxLock == queueUNLOCKED){/* 有任务在监听队列集 */if(listLIST_IS_EMPTY(&(pxQueueSetContainer->xTasksWaitingToReceive)) == pdFALSE){/* 将正在监听队列集而阻塞的任务从事件列表中移除，加入就绪列表 */if(xTaskRemoveFromEventList(&(pxQueueSetContainer->xTasksWaitingToReceive)) != pdFALSE){xReturn = pdTRUE;}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}/* 锁定 */else{/* 锁定期间发送次数加一，解锁的时候补偿处理这么多次 */pxQueueSetContainer->cTxLock = (int8_t)(cTxLock + 1);}}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}return xReturn;
}

监听队列集

监听队列集，其实就是等待从队列集中取出队列指针

/* 监听队列集 */
QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSet(QueueSetHandle_t xQueueSet, TickType_t const xTicksToWait)
{QueueSetMemberHandle_t xReturn = NULL;/* 从队列集中取出队列指针 */(void)xQueueReceive((QueueHandle_t)xQueueSet, &xReturn, xTicksToWait);return xReturn;
}

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