零. 聲明

本專欄文章我們會以連載的方式持續更新，本專欄計劃更新內容如下：

第一篇:ESP-IDF基本介紹，主要會涉及模組，芯片，開發板的介紹，環境搭建，程序編譯下載，啟動流程等一些基本的操作，讓你對ESP-IDF開發有一個總體的認識，比我們后續學習打下基礎！

第二篇:ESP32-IDF外設驅動介紹，主要會根據esp-idf現有的driver，提供各個外設的驅動，比如LED,OLED,SPI LCD,TOUCH,紅外,Codec ic等等，在這一篇中，我們不僅僅來做外設驅動，還會對常用的外設總線做一個介紹，讓大家知其然又知其所以然！

第三篇:目前比較火熱的GUI LVGL介紹，主要會設計LVGL7.1,LVGL8的移植介紹,并且也會介紹各個組件，知道原理后，最后，我們會推出一款組態軟件來構建我們的GUI，來提升我們的效率！

第四篇:ESP32-藍牙，熟悉我的，應該都知道，我即使從事藍牙協議棧的開發的，所以這個是我們獨有的優勢，在這一篇章，我們會提供不僅僅是藍牙應用方法的知識，也會應用結合藍牙底層協議棧的理論，讓你徹底從上到下打通藍牙任督二脈！

第五篇：Wi-Fi介紹，熟悉我的，應該也知道，我們也做過一款sdio wifi的驅動教程板子，所以在wifi這方面我們也是有獨有的優勢，在這一篇章，我們同樣不僅僅提供Wi-Fi應用方面的知識，也會結合底層理論，讓你對Wi-Fi有一個清晰的認知！

另外，我們的教程包括但是不局限于以上篇章，為了給你一個更好的導航，以下信息尤其重要，請詳細查看！！

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一.消息隊列的概念

隊列又稱消息隊列，是一種常用于任務間通信的數據結構，隊列可以在任務與任務間、中斷和任務間傳遞信息，實現了任務接收來自其他任務或中斷的不固定長度的消息，任務能夠從隊列里面讀取消息，當隊列中的消息是空時，讀取消息的任務將被阻塞，用戶還可以指定阻塞的任務時間 xTicksToWait，在這段時間中，如果隊列為空，該任務將保持阻塞狀態以等待隊列數據有效。當隊列中有新消息時，被阻塞的任務會被喚醒并處理新消息；當等待的時間超過了指定的阻塞時間，即使隊列中尚無有效數據，任務也會自動從阻塞態轉為就緒態。消息隊列是一種異步的通信方式。通過消息隊列服務，任務或中斷服務例程可以將一條或多條消息放入消息隊列中。同樣，一個或多個任務可以從消息隊列中獲得消息。當有多個消息發送到消息隊列時，通常是將先進入消息隊列的消息先傳給任務，也就是說，任務先得到的是最先進入消息隊列的消息，即先進先出原則（FIFO），但是也支持后進先出原則（LIFO）。FreeRTOS 中使用隊列數據結構實現任務異步通信工作，具有如下特性：

? 消息支持先進先出方式排隊，支持異步讀寫工作方式。

? 讀寫隊列均支持超時機制。

? 消息支持后進先出方式排隊，往隊首發送消息（LIFO）。

? 可以允許不同長度（不超過隊列節點最大值）的任意類型消息。

? 一個任務能夠從任意一個消息隊列接收和發送消息。

? 多個任務能夠從同一個消息隊列接收和發送消息。

? 當隊列使用結束后，可以通過刪除隊列函數進行刪除。

二.消息隊列的工作機制

創建消息隊列時 FreeRTOS 會先給消息隊列分配一塊內存空間，這塊內存的大小等于消息隊列控制塊大小加上（單個消息空間大小與消息隊列長度的乘積），接著再初始化消息隊列，此時消息隊列為空。FreeRTOS 的消息隊列控制塊由多個元素組成，當消息隊列被創建時，系統會為控制塊分配對應的內存空間，用于保存消息隊列的一些信息如消息的存儲位置，頭指針 pcHead、尾指針 pcTail、消息大小 uxItemSize 以及隊列長度 uxLength 等。同時每個消息隊列都與消息空間在同一段連續的內存空間中，在創建成功的時候，這些內存就被占用了，只有刪除了消息隊列的時候，這段內存才會被釋放掉，創建成功的時候就已經分配好每個消息空間與消息隊列的容量，無法更改，每個消息空間可以存放不大于消息大小 uxItemSize 的任意類型的數據，所有消息隊列中的消息空間總數即是消息隊列的長度，這個長度可在消息隊列創建時指定。

任務或者中斷服務程序都可以給消息隊列發送消息，當發送消息時，如果隊列未滿或者允許覆蓋入隊，FreeRTOS 會將消息拷貝到消息隊列隊尾，否則，會根據用戶指定的阻塞超時時間進行阻塞，在這段時間中，如果隊列一直不允許入隊，該任務將保持阻塞狀態以等待隊列允許入隊。當其它任務從其等待的隊列中讀取入了數據（隊列未滿），該任務將自動由阻塞態轉移為就緒態。當等待的時間超過了指定的阻塞時間，即使隊列中還不允許入隊，任務也會自動從阻塞態轉移為就緒態，此時發送消息的任務或者中斷程序會收到一個錯誤碼 errQUEUE_FULL。

發送緊急消息的過程與發送消息幾乎一樣，唯一的不同是，當發送緊急消息時，發送的位置是消息隊列隊頭而非隊尾，這樣，接收者就能夠優先接收到緊急消息，從而及時進行消息處理。

當某個任務試圖讀一個隊列時，其可以指定一個阻塞超時時間。在這段時間中，如果隊列為空，該任務將保持阻塞狀態以等待隊列數據有效。當其它任務或中斷服務程序往其等待的隊列中寫入了數據，該任務將自動由阻塞態轉移為就緒態。當等待的時間超過了指定的阻塞時間，即使隊列中尚無有效數據，任務也會自動從阻塞態轉移為就緒態。

當消息隊列不再被使用時，應該刪除它以釋放系統資源，一旦操作完成，消息隊列將

被永久性的刪除。

消息隊列的運作過程具體見圖：

三.消息隊列的阻塞機制

很簡單，因為 FreeRTOS 已經為我們做好了，我們直接使用就好了，每個對消息隊列讀寫的函數，都有這種機制，我稱之為阻塞機制。假設有一個任務 A 對某個隊列進行讀操作的時候（也就是我們所說的出隊），發現它沒有消息，那么此時任務 A 有 3 個選擇：第一個選擇，任務 A 扭頭就走，既然隊列沒有消息，那我也不等了，干其它事情去，這樣子任務 A 不會進入阻塞態；第二個選擇，任務 A 還是在這里等等吧，可能過一會隊列就有消息，此時任務 A 會進入阻塞狀態，在等待著消息的道來，而任務 A 的等待時間就由我們自己定義，比如設置 1000 個系統時鐘節拍 tick 的等待，在這 1000 個 tick 到來之前任務 A 都是處于阻塞態，當阻塞的這段時間任務 A 等到了隊列的消息，那么任務 A 就會從阻塞態變成就緒態，如果此時任務 A 比當前運行的任務優先級還高，那么，任務 A 就會得到消息并且運行；假如 1000 個 tick 都過去了，隊列還沒消息，那任務 A 就不等了，從阻塞態中喚醒，返回一個沒等到消息的錯誤代碼，然后繼續執行任務 A 的其他代碼；第三個選擇，任務 A 死等，不等到消息就不走了，這樣子任務 A 就會進入阻塞態，直到完成讀取隊列的消息。

而在發送消息操作的時候，為了保護數據，當且僅當隊列允許入隊的時候，發送者才能成功發送消息；隊列中無可用消息空間時，說明消息隊列已滿，此時，系統會根據用戶指定的阻塞超時時間將任務阻塞，在指定的超時時間內如果還不能完成入隊操作，發送消息的任務或者中斷服務程序會收到一個錯誤碼 errQUEUE_FULL，然后解除阻塞狀態；當然，只有在任務中發送消息才允許進行阻塞狀態，而在中斷中發送消息不允許帶有阻塞機制的，需要調用在中斷中發送消息的 API 函數接口，因為發送消息的上下文環境是在中斷中，不允許有阻塞的情況。

假如有多個任務阻塞在一個消息隊列中，那么這些阻塞的任務將按照任務優先級進行排序，優先級高的任務將優先獲得隊列的訪問權。

四.消息隊列的常用函數

使用隊列模塊的典型流程如下：

? 創建消息隊列。

? 寫隊列操作。

? 讀隊列操作。

? 刪除隊列。

1.消息隊列創建函數 xQueueCreate()

xQueueCreate() 用于創建一個新的隊列并返回可用于訪問這個隊列的隊列句柄。隊列句柄其實就是一個指向隊列數據結構類型的指針。

隊列就是一個數據結構，用于任務間的數據的傳遞。每創建一個新的隊列都需要為其分配 RAM ，一部分用于存儲隊列的狀態，剩下 的作為隊列消息的存儲區域 。使用xQueueCreate() 創建隊列 時 ， 使用的是動態內存分配，所以 要想使用該函數必須在FreeRTOSConfig.h 中把 configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 定義為 1 來使能，這是個用于使能動態內存分配的宏，通常情況下，在 FreeRTOS 中，凡是創建任務，隊列，信號量和互斥量等內核對象都需要使用動態內存分配，所以這個宏默認在 FreeRTOS.h 頭文件中已經使能（即定義為 1）。如果想使用靜態內存，則可以使用 xQueueCreateStatic() 函數來創建一個隊列。使用靜態創建消息隊列函數創建隊列時需要的形參更多，需要的內存由編譯的時候預先分配好，一般很少使用這種方法。使用說明具體見表格

2.消息隊列靜態創建函數 xQueueCreateStatic()

xQueueCreateStatic()用于創建一個新的隊列并返回可用于訪問這個隊列的隊列句柄。隊列句柄其實就是一個指向隊列數據結構類型的指針。

隊列就是一個數據結構，用于任務間的數據的傳遞。每創建一個新的隊列都需要為其分配 RAM ， 一 部 分 用 于 存 儲 隊 列 的 狀 態 ， 剩 下 的 作 為 隊 列 的 存 儲 區 。 使 用xQueueCreateStatic() 創建隊列時，使用的是靜態內存分配，所以要想使用該函數必須在FreeRTOSConfig.h 中把 configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 定義為 1 來使能。這是個用于使能靜態內存分配的宏，需要的內存在程序編譯的時候分配好，由用戶自己定義，其實創建過程與 xQueueCreate()都是差不多的，我們暫不深入講解

3.消息隊列刪除函數 vQueueDelete()

隊列刪除函數是根據消息隊列句柄直接刪除的，刪除之后這個消息隊列的所有信息都會被系統回收清空，而且不能再次使用這個消息隊列了，但是需要注意的是，如果某個消息隊列沒有被創建，那也是無法被刪除的，動腦子想想都知道，沒創建的東西就不存在，怎么可能被刪除。xQueue 是 vQueueDelete()函數的形參，是消息隊列句柄，表示的是要刪除哪個想隊列。

4.向消息隊列發送消息函數

任務或者中斷服務程序都可以給消息隊列發送消息，當發送消息時，如果隊列未滿或者允許覆蓋入隊，FreeRTOS 會將消息拷貝到消息隊列隊尾，否則，會根據用戶指定的阻塞超時時間進行阻塞，在這段時間中，如果隊列一直不允許入隊，該任務將保持阻塞狀態以等待隊列允許入隊。當其它任務從其等待的隊列中讀取入了數據（隊列未滿），該任務將自動由阻塞態轉為就緒態。當任務等待的時間超過了指定的阻塞時間，即使隊列中還不允許入隊，任務也會自動從阻塞態轉移為就緒態，此時發送消息的任務或者中斷程序會收到

一個錯誤碼 errQUEUE_FULL。

發送緊急消息的過程與發送消息幾乎一樣，唯一的不同是，當發送緊急消息時，發送的位置是消息隊列隊頭而非隊尾，這樣，接收者就能夠優先接收到緊急消息，從而及時進行消息處理。

其實消息隊列發送函數有好幾個，都是使用宏定義進行展開的，有些只能在任務調用，有些只能在中斷中調用，具體見下面講解。

4.1 xQueueSend()與 xQueueSendToBack()

xQueueSend()用于向隊列尾部發送一個隊列消息。消息以拷貝的形式入隊，而不是以引用的形式。該函數絕對不能在中斷服務程序里面被調用，中斷中必須使用帶有中斷保護功能的 xQueueSendFromISR()來代替。xQueueSend() 等 同 于xQueueSendToBack()

4.2 xQueueSendFromISR()與 xQueueSendToBackFromISR()

xQueueSendFromISR()是一個宏，宏展開是調用函數 xQueueGenericSendFromISR()。該宏是 xQueueSend()的中斷保護版本，用于在中斷服務程序中向隊列尾部發送一個隊列消息，等價于 xQueueSendToBackFromISR()

4.3 xQueueSendToFront()

xQueueSendToFron() 是 一個 宏， 宏 展 開 也 是 調 用 函數 xQueueGenericSend() 。xQueueSendToFront()用于向隊列隊首發送一個消息。消息以拷貝的形式入隊，而不是以引用的形式。該函數絕不能在中斷服務程序里面被調用，而是必須使用帶有中斷保護功能的

xQueueSendToFrontFromISR ()來代替

4.4 xQueueSendToFrontFromISR()

xQueueSendToFrontFromISR() 是 一 個 宏 ， 宏 展 開 是 調 用 函數xQueueGenericSendFromISR()。該宏是 xQueueSend ToFront()的中斷保護版本，用于在中斷服務程序中向消息隊列隊首發送一個消息。

5.從消息隊列讀取消息函數

5.1 xQueueReceive()與 xQueuePeek()

xQueueReceive() 是 一個 宏， 宏 展 開 是 調 用 函數 xQueueGenericReceive() 。xQueueReceive()用于從一個隊列中接收消息并把消息從隊列中刪除。接收的消息是以拷貝的形式進行的，所以我們必須提供一個足夠大空間的緩沖區。具體能夠拷貝多少數據到緩沖區，這個在隊列創建的時候已經設定。該函數絕不能在中斷服務程序里面被調用，而是必須使用帶有中斷保護功能的 xQueueReceiveFromISR () 來代替。

看到這里，有人就問了如果我接收了消息不想刪除怎么辦呢？其實，你能想到的東西，FreeRTOS 看到也想到了，如果不想刪除消息的話，就調用 xQueuePeek ()函數。其實這個函數與 xQueueReceive()函數的實現方式一樣，連使用方法都一樣，只不過xQueuePeek()函數接收消息完畢不會刪除消息隊列中的消息而已

5.2 xQueueReceiveFromISR()與 xQueuePeekFromISR()

xQueueReceiveFromISR() 是 xQueueReceive ()的中斷版本，用于在中斷服務程序中接收一個隊列消息并把消息從隊列中刪除；xQueuePeekFromISR()是 xQueuePeek()的中斷版本，用于在中斷中從一個隊列中接收消息，但并不會把消息從隊列中移除。說白了這兩個函數只能用于中斷，是不帶有阻塞機制的，并且是在中斷中可以安全調用。

xQueuePeekFromISR跟xQueueReceiveFromISR作用一樣，從中斷中接收一個消息的，但是不會把消息從消息隊列中刪除。

五.消息隊列的例子

1.代碼

#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdint.h> #include "freertos/FreeRTOS.h" #include "freertos/task.h" #include "freertos/queue.h"static QueueHandle_t message_queue;typedef struct {uint8_t *q_data;uint16_t q_data_len; } message_data_t;void msg_queue_send_task(void *pvParameters) {printf("msg_queue_send_task\n");while(1){uint8_t data_len = rand() % 256;message_data_t message_data;if(!data_len)data_len = 1;message_data.q_data_len = data_len;message_data.q_data = malloc(data_len);if (message_data.q_data == NULL) {printf("Malloc q_data_len failed!");return;}printf("message data len = %d\n",data_len);memset(message_data.q_data,data_len,data_len);if (xQueueSend(message_queue, (void *)&message_data, ( TickType_t ) 0) != pdTRUE) {printf("Failed to enqueue message_queue. Queue full.");/* If data sent successfully, then free the pointer in `xQueueReceive'* after processing it. Or else if enqueue in not successful, free it* here. */free(message_data.q_data);}vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS);}}void app_main(void) {message_data_t message_data;message_queue = xQueueCreate(15, sizeof(message_data_t));if (message_queue == NULL) {printf("Queue creation failed\n");return;}xTaskCreate(&msg_queue_send_task, "msg_queue_send_task", 2048, NULL, 6, NULL);while(1){if (xQueueReceive(message_queue, &message_data, portMAX_DELAY) != pdPASS) {printf("Queue receive error");} else {printf("message_data len:%d\n",message_data.q_data_len);printf("message_data[0]=%d message_data[%d]=%d\n",message_data.q_data[0],message_data.q_data_len-1,message_data.q_data[message_data.q_data_len-1]);free(message_data.q_data);}} }

整份代碼看懂了API的使用是超級簡單的，就是創建一個task,然后在task中每隔1s往消息隊列中塞一個數據，塞得數據是這樣子，數據的長度是隨機1~255，然后buffer中所有的數據等于長度，然后主循環中一直接收數據，并打印出來

參考內容：野火FreeRTOS內核實現與應用實戰

總結

以上是生活随笔為你收集整理的ESP32使用freeRTOS的消息队列的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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