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【CI130x】音频传输的数据结构——FreeRTOS的消息队列

news 2025/10/26 21:35:27

一句话概括

xQueueCreate 是 FreeRTOS 实时操作系统中用于动态创建消息队列的函数。它负责分配内存并返回一个可以用于发送和接收数据的队列句柄。

详细解释

1. 什么是消息队列？

在深入函数本身之前，理解“队列”的概念至关重要。你可以把它想象成一个管道或传送带：

生产者：任务或中断服务程序将数据（消息）放入队列的一端（发送）。
消费者：任务从队列的另一端取出数据（接收）。
先进先出：数据按照被送入队列的顺序被取出，就像在超市排队结账一样。

队列是 FreeRTOS 中最重要的任务间通信机制之一，它允许任务安全、有序地传递信息，而不用担心并发访问导致的数据损坏。

2. `xQueueCreate` 的作用

xQueueCreate 就是用来创建这样一个“管道”的工具。它主要做两件事：

分配内存：从 FreeRTOS 的堆中分配两块内存。
- 一块用于存储队列的结构体，其中包含了管理队列所需的所有信息（如头指针、尾指针、队列长度、项目大小等）。
- 另一块用于作为队列的存储区，这是一个字节数组，实际的数据就存储在这里。
初始化队列：将队列结构体中的各个字段设置为初始状态（例如，队列为空）。
返回句柄：如果创建成功，它返回一个指向这个队列的句柄。后续所有对队列的操作（如发送、接收）都需要使用这个句柄来指定操作哪个队列。

函数原型

QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, // 队列长度UBaseType_t uxItemSize     // 每个队列项目的大小（字节）);

参数说明

uxQueueLength：
- 队列能够存储的最大项目数量。
- 例如，如果你设置为 5，那么这个队列最多可以同时存放 5 条消息。
uxItemSize：
- 队列中每个项目所占的字节数。
- 如果你要发送一个整数，在 32 位系统上就是 sizeof(int) = 4 字节。
- 如果你要发送一个结构体，就是 sizeof(my_struct_t)。

返回值

成功：返回一个非 NULL 的 QueueHandle_t 类型的句柄。这个句柄需要被你保存起来，供后续使用。
失败：返回 NULL。失败通常是因为没有足够的堆内存来创建队列。

工作流程示意图

假设我们创建一个队列：xQueueCreate(3, sizeof(int))

这表示一个能存放 3 个整数的队列。

创建后（初始状态）：
```
队列存储区: [ 空 | 空 | 空 ]^写指针 & 读指针
```
队列为空，读写指针都指向起始位置。

发送一个数据（例如 10）：

队列存储区: [ 10 | 空 | 空 ]^     ^读指针 写指针

再发送一个数据（例如 20）：

队列存储区: [ 10 | 20 | 空 ]^         ^读指针     写指针

接收一个数据：
- 从读指针位置取出数据 10。
- 读指针移动到下一个位置。
text
```
队列存储区: [ 空 | 20 | 空 ]^    ^读指针 写指针
```
现在队列里只有一个数据 20。

代码示例

下面是一个简单的示例，演示如何创建和使用队列。

#include <FreeRTOS.h>
#include <task.h>
#include <queue.h>// 1. 定义队列句柄变量
QueueHandle_t xIntegerQueue;// 发送任务
void vSenderTask(void *pvParameters) {int value_to_send = 0;for(;;) {// 2. 发送数据到队列if(xQueueSend(xIntegerQueue, &value_to_send, portMAX_DELAY) == pdPASS) {// 发送成功}value_to_send++;vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // 每隔1秒发送一次}
}// 接收任务
void vReceiverTask(void *pvParameters) {int received_value = 0;for(;;) {// 3. 从队列接收数据if(xQueueReceive(xIntegerQueue, &received_value, portMAX_DELAY) == pdPASS) {// 成功接收到数据，可以处理 received_value// 例如，打印出来}}
}void main(void) {// 4. 创建队列：长度为5，每个项目是一个intxIntegerQueue = xQueueCreate(5, sizeof(int));// 检查队列是否创建成功if(xIntegerQueue != NULL) {// 创建任务...xTaskCreate(vSenderTask, "Sender", 1000, NULL, 1, NULL);xTaskCreate(vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 1, NULL);// 启动调度器vTaskStartScheduler();} else {// 队列创建失败！可能是内存不足// 处理错误}// 程序不应该运行到这里for(;;);
}

重要注意事项

动态内存：xQueueCreate 使用 pvPortMalloc 动态分配内存，因此你需要确保 FreeRTOS 的堆配置得足够大。
替代函数：xQueueCreateStatic。这是一个静态创建版本，它允许你提供存储队列结构体和存储区的内存缓冲区，而不是由函数内部动态分配。这在内存受限或不允许动态分配的系统中非常有用。
线程安全：队列的发送和接收函数是原子的，可以被多个任务或中断安全地调用，无需额外的保护。
阻塞：当队列已满时尝试发送，或者队列为空时尝试接收，任务可以进入阻塞状态等待，直到条件满足。这由 xQueueSend 和 xQueueReceive 的第三个参数（阻塞时间）控制。