十三、队列的特性

1、队列(Queue)概述

        队列可以用于"任务到任务"、"任务到中断"、"中断到任务"直接传输信息。队列涉及内容如下:

• 怎么创建、清楚、删除队列
• 队列中消息如何保存
• 怎么向队列发送数据、怎么从队列读取数据、怎么覆盖队列的数据
• 在队列上阻塞式什么意思
• 怎么在多个队列上阻塞
• 读写队列时如何影响任务的优先级

2、队列的特性

2.1、常规操作

(1)队列的简化操如入下图所示，从此图可知：

• 队列可以包含若干个数据：队列中有若干项，这被称为“长度”(length)
• 每个数据大小固定
• 创建队列时就要指定长度、数据大小
• 数据的操作采用先进先出的方式(FIFO，First In First Out)：写数据时放到尾部，读数据时从头部读
• 把数据写到队列头部，不会覆盖原来的数据。(队列中的数据使用环形缓冲区管理数据，把数据放到头部时，会先移动头部位置，并不会覆盖原来的数据)

(2)更详细的操作如下图所示：

2.2、传输数据的两种方式

(1)使用队列传输数据时有两种方法:

• 拷贝：把数据、把变量的值复制进队列里
• 引用：把数据、把变量的地址复制进队列里

(2)FreeRTOS使用拷贝值的方法特点：

• 局部变量的值可以发送到队列中，后续即使函数退出、局部变量被回收，也不会影响队列中的数据
• 无需分配buffer来保存数据，队列中有buffer
• 变量可以马上再次使用(赋予其他值，引用则不行)
• 发送任务、接收任务解耦：接收任务不需要知道这数据是谁的、也不需要发送任务来解释数据
• 队列的空间有FreeRTOS内核分配，无需任务操心
• 对于有内存保护功能的系统，如果队列使用引用方法，也就是使用地址，必须确保双方任务对这个地址都有访问权限。使用拷贝方法时，则无此限制：内核有足够的权限，把数据复制进队列、再把数据复制出队列。

(3)引用的特点：

• 如果数据实在太大，可以使用队列传输它的地址

2.3、队列的阻塞访问

(1)只要知道队列的句柄，谁都可以读、写队列。任务、ISR都可以读、写队列。可以多个任务读写队列。

(2)任务读写队列时，简单地说：如果读写不成功，则阻塞；可以指定超时时间。口语化地说，就是可以定个闹钟：如果能读写了就马上进入就绪态，否则就阻塞直到超时。

(3)某个任务读队列时，如果队列没有数据，则该任务可以进入阻塞状态：还可以指定阻塞的时间。如果队列有数据了，则该阻塞的任务会变为就绪态。如果一直都没有数据，则时间到之后它也会进入就绪态。

(4)既然读取队列的任务个数没有限制，那么当多个任务读取空队列时，这些任务都会进入阻塞状态：有多个任务在等待同一个队列的数据。当队列中有数据时，哪个任务会进入就绪态？

• 优先级最高的任务。
• 如果大家的优先级相同，那等待时间最久的任务会进入就绪态。

(5)跟读队列类似，一个任务要写队列时，如果队列满了，该任务也可以进入阻塞状态：还可以指定阻塞的时间。如果队列有空间了，则该阻塞的任务会变为就绪态。如果一直都没有空间，则时间到之后它也会进入就绪态。

(6)既然写队列的任务个数没有限制，那么当多个任务写"满队列"时，这些任务都会进入阻塞状态：有多个任务在等待同一个队列的空间。当队列中有空间时，哪个任务会进入就绪态？

• 优先级最高的任务。
• 如果大家的优先级相同，那等待时间最久的任务会进入就绪态。