邮箱的概念

邮箱在操作系统中是一种常用的IPC通信方式，邮箱可以在线程与线程之间。中断与线程之间进行消息的传递，此外，邮箱相比于信号量与消息队列来说，其开销更低，效率更高，所以常用来做线程与线程、中断与线程间的通信。邮箱中的每一封邮件只能容纳固定的4字节内容（STM32是32位处理系统，一个指针的大小即为4个字节，所以一封邮件恰好能够容纳一个指针），当需要在线程间传递比较大的消息时，可以把指向一个缓冲区的指针作为邮件发送到邮箱中。

线程能够从邮箱里面读取邮件消息，当邮箱中的邮件是空时，根据用户自定义的阻塞时间决定是否挂起读取线程；当邮箱中有新邮件时，挂起的读取线程被唤醒，邮箱也是一种异步的通信方式。

通过邮箱，线程或中断服务函数可以将一个或多个邮件放入邮箱中。同样，一个或多个线程可以从邮箱中获得邮件消息。当有多个邮件发送到邮箱时，通常应将先进入邮箱的邮件先传给线程，也就是说，线程先得到的是最先进入邮箱的消息，即先进先出原则(FIFO)，同时RT-Thread中的邮箱支持优先级，也就是说在所有等待邮件的线程中优先级最高的会先获得邮件。

RT-Thread中使用邮箱实现线程异步通信工作，具有如下特性：

邮件支持先进先出方式排队与优先级排队方式，支持异步读写工作方式。

发送与接收邮件均支持超时机制。

一个线程能够从任意一个消息队列接收和发送邮件。

多个线程能够向同一个邮箱发送邮件和从中接收邮件。

邮箱中的每一封邮件只能容纳固定的4字节内容（可以存放地址）。

当队列使用结束后，需要通过删除邮箱以释放内存。

邮箱与消息队列很相似，消息队列中消息的长度是可以由用户配置的，但邮箱中邮件的大小却只能是固定容纳4字节的内容，所以，使用邮箱的开销是很小的，因为传递的只能是4字节以内的内容，那么其效率会更高。

运作机制

创建邮箱对象时会先创建一个邮箱对象控制块，然后给邮箱分配一块内存空间用来存放邮件，这块内存的大小等于邮件大小（4字节）与邮箱容量的乘积，接着初始化接收邮件和发送邮件在邮箱中的偏移量，接着再初始化消息队列，此时消息队列为空。

线程或者中断服务程序都可以给邮箱发送邮件，非阻塞方式的邮件发送过程能够安全的应用于中断服务中，中断服务函数、定时器向线程发送消息的有效手段，而阻塞方式的邮件发送只能应用于线程中。当发送邮件时，当且仅当邮箱还没满邮件的时候才能进行发送，如果邮箱已满，可以根据用户设定的等待时间进行等待，当邮箱中的邮件被收取而空出空间来时，等待挂起的发送线程将被唤醒继续发送的过程，当等待时间到了还未完成发送邮件，或者未设置等待时间，此时发送邮件失败，发送邮件的线程或者中断程序会收到一个错误码（-RT_EFULL）。线程发送邮件可以带阻塞，但在中断中不能采用任何带阻塞的方式发送邮件。

邮箱的控制块

struct rt_mailbox
{struct rt_ipc_object parent;rt_uint32_t* msg_pool;                /* 邮箱缓冲区的开始地址 */rt_uint16_t size;                     /* 邮箱缓冲区的大小     */rt_uint16_t entry;                    /* 邮箱中邮件的数目     */rt_uint16_t in_offset, out_offset;    /* 邮箱缓冲的进出指针   */rt_list_t suspend_sender_thread;      /* 发送线程的挂起等待队列 */
};
typedef struct rt_mailbox* rt_mailbox_t;

应用场合

邮箱是一种简单的线程间消息传递方式，特点是开销比较低，效率较高。在 RT-Thread 操作系统的实现中能够一次传递一个 4 字节大小的邮件，并且邮箱具备一定的存储功能，能够缓存一定数量的邮件数 (邮件数由创建、初始化邮箱时指定的容量决定)。邮箱中一封邮件的最大长度是 4 字节，所以邮箱能够用于不超过 4 字节的消息传递。由于在 32 系统上 4 字节的内容恰好可以放置一个指针，因此当需要在线程间传递比较大的消息时，可以把指向一个缓冲区的指针作为邮件发送到邮箱中，即邮箱也可以传递指针，例如：

struct msg
{rt_uint8_t *data_ptr;rt_uint32_t data_size;
};

对于这样一个消息结构体，其中包含了指向数据的指针 data_ptr 和数据块长度的变量 data_size。当一个线程需要把这个消息发送给另外一个线程时，可以采用如下的操作：

struct msg* msg_ptr;msg_ptr = (struct msg*)rt_malloc(sizeof(struct msg));
msg_ptr->data_ptr = ...; /* 指向相应的数据块地址 */
msg_ptr->data_size = len; /* 数据块的长度 */
/* 发送这个消息指针给 mb 邮箱 */
rt_mb_send(mb, (rt_uint32_t)msg_ptr);

而在接收线程中，因为收取过来的是指针，而 msg_ptr 是一个新分配出来的内存块，所以在接收线程处理完毕后，需要释放相应的内存块

struct msg* msg_ptr;
if (rt_mb_recv(mb, (rt_uint32_t*)&msg_ptr) == RT_EOK)
{/* 在接收线程处理完毕后，需要释放相应的内存块 */rt_free(msg_ptr);
}

参考

本节笔记参考于：野火-《RT-Thread内核实现与应用开发实战》
韦东山《RT-Thread完全开发手册之内核机制》
以及RT-Thread官网：邮箱

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RT-Thread学习笔记(9)：邮箱

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