µCOS-III从入门到精通 第十章（µC/OS-III消息队列）
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一、队列介绍
1、概述
（1）队列是任务到任务、中断到任务数据交流的一种机制，它不同于全局变量。假设有一个全局变量a，现有两个任务都在写这个变量a，如下所示，变量自增分为三个步骤，如果在任务1读数据以后、修改数据以前发生任务切换，这将导致任务2和任务1读取相同的数据，并且基于相同的数据做相同的修改，这显然是有问题的，而使用队列可以避免这种问题（指访问冲突）。
（2）µC/OS-III基于队列实现了多种功能，并且读写队列做好了保护（主要依靠临界区），防止多任务同时访问冲突，用户只需要直接调用API函数即可。（中断不可以调用队列接收函数，但是可以调用队列发送函数）
2、µC/OS-III队列的特点
（1）数据入队出队方式：队列通常采用“先进先出”（FIFO）的数据存储缓冲机制，即先入队的数据会先从队列中被读取；µC/OS-III中也可以配置为“后进先出”（LIFO）方式。
（2）数据传递方式：µC/OS-III中的队列数据是一个“万能指针”（void*类型的指针），可以指向任何数据甚至是函数，所以发送方和接收方必须按照约定好的方式去发送和接收消息，这样才能正常解析接收到的消息。
（3）队列不属于某个任务，任何任务和中断都可以向队列发送消息，但是读取消息只能在任务中，不支持中断读取消息。
（4）当任务向一个队列读取消息时，可以指定一个阻塞时间。
假设此时队列已空无法出队（出队阻塞）：
若阻塞时间为0，其它任务打算让数据出队时会死等（期间任务将会进入阻塞态），一直等到队列中有数据可以出队为止。
若阻塞时间不为0，其它任务打算让数据出队时会等待设定的阻塞时间（期间任务将会进入阻塞态），若在该时间内还无数据可出队，超时后直接返回，不再等待。
（5）当任务向一个队列写入消息时，无论如何都不会引起阻塞。
二、队列相关API函数介绍
1、概述
（1）使用队列的主要流程：创建队列→写队列（发送消息到队列）→读队列（获取消息队列的数据）。
（2）队列相关API函数概览：
| 函数 | 描述 |
| OSQCreate | 创建一个消息队列 |
| OSQDel | 删除一个消息队列 |
| OSQFlush | 清空消息队列中的所有消息 |
| OSQPend | 获取消息队列中的消息 |
| OSQPendAbort | 终止任务挂起等待消息队列 |
| OSQPost | 发送消息到消息队列 |
2、函数定义概览
（1）OSQCreate函数定义：
void OSQCreate
(
OS_Q* p_q,
CPU_CHAR* p_name,
OS_MSG_QTY max_qty,
OS_ERR* p_err
) | 形参 | 描述 |
| p_q | 指向消息队列结构体的指针 |
| p_name | 指向作为消息队列名的 ASCII 字符串的指针 |
| max_qty | 消息队列的大小 |
| p_err | 指向接收错误代码变量的指针 |
（2）OSQPost函数定义：
void OSQPost
(
OS_Q* p_q,
void* p_void,
OS_MSG_SIZE msg_size,
OS_OPT opt,
OS_ERR* p_err
)
| 形参 | 描述 |
| p_q | 指向消息队列结构体的指针 |
| p_void | 指向消息的指针 |
| msg_size | 消息的大小，单位： 字节 |
| opt | OS_OPT_POST_FIFO ：将发送的消息保存在队列的末尾 |
| p_err | 指向接收错误代码变量的指针 |
（3）OSQPend函数定义：
void OSQPost
(
OS_Q* p_q,
void* p_void,
OS_MSG_SIZE msg_size,
OS_OPT opt,
OS_ERR* p_err
) | 形参 | 描述 |
| p_q | 指向消息队列结构体的指针 |
| timeout | 任务挂起等待消息队列的最大允许时间，当为0时，表示将一直等待，直到接收到消息 |
| opt | OS_OPT_PEND_BLOCKING：如无任何消息存在就阻塞任务OS_OPT_PEND_NON_BLOCKING：如无任何消息就直接返回 |
| p_msg_size | 指向一个变量用来表示接收到的消息长度（字节数） |
| p_ts | 指向接收消息队列接收时的时间戳的变量的指针，为NULL，说明用户没有要求时间戳 |
| p_err | 指向接收错误代码变量的指针 |
三、队列操作实验
1、原理图与实验目标
（1）原理图（未画出OLED屏，接法与stm32教程中的一致）：
（2）实验目标：
①设计4个任务——start_task、task1、task2、task3：
[1]start_task：用于创建其它三个任务，然后删除自身。
[2]task1：当按键key0按下，将当前存储按键次数变量的地址拷贝到队列key_queue中；当按键key1按下，将传输大容量数据，拷贝大容量数据的地址到队列big_date_queue中。（入队）
[3]task2：读取队列key_queue中的消息，在OLED屏上打印出按键次数。（出队）
[4]task3：从队列big_date_queue读取大容量数据地址，通过地址访问大容量数据，并通过OLED显示。（出队）
②预期实验现象：
[1]程序下载到板子上后，暂时没有任何现象。
[2]按下相关按键，OLED屏会有相应变化。
2、实验步骤
（1）将“任务创建和删除实验”的工程文件夹复制一份，在拷贝版中进行实验。
（2）在UCOS_experiment.c文件中添加头文件OLED.h，并定义一个整型数组（全局变量，作为大容量数据）以及两个队列（分别为按键次数队列和大容量数据队列）。
#include "OLED.h"
int buffer[5] = {13, 32, 26, 114, 51};
OS_Q key_queue; //按键次数队列
OS_Q big_data_queue; //大容量数据队列（3）在UCOS_Test函数中需要创建记录按键次数的队列和大容量数据队列，与它们的句柄一一对应。
void UCOS_Test(void)
{
OS_ERR err;
OSInit(&err); //初始化μC/OS-III
//创建Start Task
OSTaskCreate (&start_task_tcb,
"start_task",
(OS_TASK_PTR)start_task,
NULL,
START_TASK_PRIO,
start_task_stack,
START_TASK_STACK_SIZE / 10,
START_TASK_STACK_SIZE,
0,
0,
0,
(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
&err);
OSQCreate(&key_queue, "key_queue", 1, &err); //创建队列key_queue，长度为1
OSQCreate(&big_data_queue, "big_data_queue", 1, &err); //创建队列big_data_queue，长度为1
OSStart(&err);
}（4）更改task1、task2和task3函数的实现。
void task1(void)
{
OS_ERR err;
uint8_t key = 0;
unsigned int num = 0; //记录按键1按下次数
int* buf = buffer; //OSQPost中不能直接传&buffer
while(1)
{
key = Key_GetNum(); //读取按键键值
if(key == 1)
{
num++; //修改计数值
OSQPost(&key_queue, &num, sizeof(num), OS_OPT_POST_FIFO, &err);
}
else if(key == 2)
{
buffer[1]++; //修改大容量数据本身的值
OSQPost(&big_data_queue, &buf, sizeof(buffer), OS_OPT_POST_FIFO, &err);
}
OSTimeDly(10, OS_OPT_TIME_DLY, &err); //自我阻塞10ms
}
}
void task2(void)
{
OS_ERR err;
CPU_SR_ALLOC();
OS_MSG_SIZE num_length = sizeof(unsigned int);
int* buffer1;
while(1)
{
buffer1 = OSQPend(&key_queue, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, &num_length, NULL, &err); //读不出来就死等
CPU_CRITICAL_ENTER(); //要屏蔽中断，防止与OLED通信时产生差错
OLED_ShowNum(1, 1, *buffer1, 5);
CPU_CRITICAL_EXIT();
OSTimeDly(500, OS_OPT_TIME_DLY, &err); //自我阻塞500ms
}
}
void task3(void)
{
OS_ERR err;
OS_MSG_SIZE big_data_length = sizeof(int*);
int** buffer2;
while(1)
{
buffer2 = OSQPend(&big_data_queue, 0, OS_OPT_PEND_BLOCKING, &big_data_length, NULL, &err); //读不出来就死等
OLED_ShowNum(2, 1, buffer[1], 5);
OLED_ShowNum(3, 1, (*buffer2)[1], 5);
OSTimeDly(500, OS_OPT_TIME_DLY, &err); //自我阻塞500ms
}
}（5）在main.c文件中初始化OLED屏模块和按键模块。
int main(void)
{
/*模块初始化*/
OLED_Init(); //OLED初始化
Key_Init(); //按键初始化
UCOS_Test();
while (1)
{
}
}（6）程序完善好后点击“编译”，然后将程序下载到开发板上，根据程序注释进行调试。
3、程序执行流程
（1）main函数全流程：
①初始化OLED模块、按键模块。
②调用UCOS_Test函数。
（2）测试函数全流程：
①创建记录按键次数的队列和大容量数据队列（下图未示出）。
②创建任务start_task。
（3）多任务调度执行阶段（发生在开启任务调度器以后）：
①在前面的实验中已对任务调度方面做了多次详细解释，从本实验开始简单的任务调度将不再详解。
②按下按键1，task1函数中记录的按键1按下次数自增，并将存储按键次数变量的地址写进队列key_queue中；紧接着，原本task2函数中的OSQPend函数因为key_queue为空读不到数据而进入无限阻塞，现在key_queue有数据，OSQPend函数则将key_queue中的数据，也就是存储按键次数变量的地址取出，并解引用获取最新的按键次数，显示在OLED屏上；以此往复，每次按下按键1，task1就会往key_queue中写一次存储按键次数变量的地址，而task2会将它马上取出并解引用获取最新的按键次数。
③按下按键2，task1函数先修改大容量数据本身的值，然后将大容量数据的地址写进队列big_data_queue中；紧接着，原本task3函数中的OSQPend函数因为big_data_queue为空读不到数据而进入无限阻塞，现在big_data_queue有数据，OSQPend函数则将big_data_queue中的数据，也就是大容量数据的地址取出，并通过这个地址访问大容量数据，显示一部分在OLED屏上；以此往复，每次按下按键2，task1就会往big_data_queue中写一个数据的地址，而task3会将它马上取出，然后可以通过地址访问数据。
