利用STM32CubeMX和Keil模拟器，3天入门FreeRTOS（5.1） —

利用STM32CubeMX和Keil模拟器，3天入门FreeRTOS（5.1） —— 队列集

前言

（1）FreeRTOS是我一天过完的，由此回忆并且记录一下。个人认为，如果只是入门，利用STM32CubeMX是一个非常好的选择。学习完本系列课程之后，再去学习网上的一些其他课程也许会简单很多。
（2）本系列课程是使用的keil软件仿真平台，所以对于没有开发板的同学也可也进行学习。
（3）叠甲，再次强调，本系列课程仅仅用于入门。学习完之后建议还要再去寻找其他课程加深理解。
（4）本系列博客对应代码仓库：gitee仓库

前期准备

（1）将前一章信号量的示例代码复制一份

实战

使用STM32CubeMX创建队列集

（1）STM32CubeMX中似乎没有添加队列集的选项。可能是因为，队列集本身就是队列，只不过队列集存放的是句柄而非数据，所以STM32CubeMX将队列集和队列当成同一个对待了。
（2）虽然STM32CubeMX将队列集和队列当成同样的方法对待，但是我们尽量还是进行区分编程。

使用keil端创建队列集

（1）首先，我们需要进入FreeRTOS.h中将configUSE_QUEUE_SETS宏定义置1。

在这里插入图片描述

（2）按Ctrl+F搜索Private variables即可找到如下代码块，进行补充。

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Variables */
osThreadId_t keilTaskHandle; //任务句柄

static xSemaphoreHandle KeilBinarySemHandle;   // 二进制信号量
static xSemaphoreHandle KeilCountingSemHandle; // 计数型信号量
static QueueHandle_t    KeilQueueHandle;       // 队列
static QueueSetHandle_t KeilQueuesetHandle;    // 队列集
/* USER CODE END Variables */

（3）按Ctrl+F搜索BEGIN RTOS_QUEUES即可找到如下代码块，进行补充。

  /* USER CODE BEGIN RTOS_QUEUES */
  /* add queues, ... */
	// 创建一个队列
	KeilQueueHandle   = xQueueCreate(3, sizeof(uint16_t));
	
	//创建一个队列集，可以存放2个队列或信号量
	KeilQueuesetHandle = xQueueCreateSet( 2 );
	if(KeilQueuesetHandle != NULL)
	{
		printf("xQueueCreateSet succeeded！\r\n");
	}
	
	//将队列存入队列集中
	xQueueAddToSet(KeilQueueHandle,KeilQueuesetHandle);
	//将信号量存入队列集中
	xQueueAddToSet(KeilBinarySemHandle,KeilQueuesetHandle);
  /* USER CODE END RTOS_QUEUES */

应用程序

（1）按下K0向队列中写入数据，按下K1释放信号量。如果检测到队列集中数据有余量，那么就打印是队列还是信号量。
（2）需要注意一个点，StartKeilTask()任务中的时候，存在printf()线程安全问题，所以我加了一个延时5ms，目的是为了StartKeilTask()任务中的数据能够打印出来。

/* USER CODE BEGIN Header_StartCubemxTask */
/**
* @brief Function implementing the CubemxTask thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_StartCubemxTask */
#define Test_Binary   0 //如果为1测试二进制信号量，否则是测试计数型信号量
void StartCubemxTask(void *argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartCubemxTask */
  /* Infinite loop */
	BaseType_t status;
	uint16_t Buf = 0;
  for(;;)
  {
		// 按下K0队列写数据
		if(HAL_GPIO_ReadPin(Key_0_GPIO_Port,Key_0_Pin) == GPIO_PIN_SET)
		{
			Buf++;
			status = xQueueSendToFront(KeilQueueHandle, &Buf, 0);
			if (status == pdTRUE)
			{
				printf("xQueueSendToFront writes data successfully : %d\r\n", Buf);
			}
			else
			{
				printf("xQueueSendToFront failed to write data\r\n");
			}
			// 关于按键检测在讲解完FreeRTOS基础知识后会进行一次专题讲解
			while(HAL_GPIO_ReadPin(Key_0_GPIO_Port,Key_0_Pin) == GPIO_PIN_SET);
		}
		if(HAL_GPIO_ReadPin(Key_1_GPIO_Port,Key_1_Pin) == GPIO_PIN_SET)
		{
			status = xSemaphoreGive(KeilBinarySemHandle);
			if(status == pdTRUE)
			{
				printf("xSemaphoreGive succeed\r\n");
			}
			else
			{
				printf("xSemaphoreGive failed\r\n");
			}
			// 关于按键检测在讲解完FreeRTOS基础知识后会进行一次专题讲解
			while(HAL_GPIO_ReadPin(Key_1_GPIO_Port,Key_1_Pin) == GPIO_PIN_SET);
		}
  }
  /* USER CODE END StartCubemxTask */
}

/* Private application code --------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Application */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
	unsigned char temp[1]={ch};
	HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,0xffff);
	return ch;
}
void StartKeilTask(void *argument)
{
	char *KeilTaskPrintf = (char *)argument;
	QueueSetMemberHandle_t QueueSetHandle;
	uint16_t Buf = 0;
	while(1)
	{
		printf(KeilTaskPrintf);
		// 等待队列集中有数据
		QueueSetHandle = xQueueSelectFromSet( KeilQueuesetHandle,portMAX_DELAY);
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
		// 这个延时用于解决printf互斥问题，注意，这里只是因为任务简单才这么做。实际项目应考虑printf线程安全
		vTaskDelay(5/portTICK_PERIOD_MS);
		printf("xQueueSelectFromSet finish\r\n");
		if(QueueSetHandle == KeilQueueHandle)
		{
			xQueueReceive( QueueSetHandle,&Buf,portMAX_DELAY);
			printf("xQueueReceive was successfully :%d\r\n", Buf);		
		}
		else if(QueueSetHandle == KeilBinarySemHandle)
		{
			xSemaphoreTake( QueueSetHandle, portMAX_DELAY );
			printf("xSemaphoreTake was successful\r\n");
		}
	}
}
/* USER CODE END Application */

仿真结果

（1）

在这里插入图片描述

理论

（1）学习了前面的队列知识，我们会发现一个问题，就是队列只能存放同一种类型的数据，那如果我们需要在任务之间传输不同类型的消息，应该如何处理呢？例如我们的遥控车，可能是按键式的遥控器（传输的是整型数据），也可能会兼容遥感式的遥控器（传输的是浮点数据）。这两种遥控器都能够控制我们的小车，那么应当如何进行数据传输呢？此时，就需要利用到本讲的队列集了。
（2）队列集的本质也是队列，只不过里面存放的是队列句柄，而不是数据。
（3）如果感兴趣的话，我们可以看看队列集的函数实现，其实本质上就是调用的队列操作函数。因此，如果为了节约空间，可以把队列集的宏定义关闭，这样能够节约一点点code段。之后如果需要使用队列集的时候，直接使用队列的操作函数。不过个人不建议，因为这样会导致队列和队列集搞混，开发大型项目的时候尽量区分清楚好一点。

QueueSetHandle_t xQueueCreateSet( const UBaseType_t uxEventQueueLength )
{
QueueSetHandle_t pxQueue;

	pxQueue = xQueueGenericCreate( uxEventQueueLength, ( UBaseType_t ) sizeof( Queue_t * ), queueQUEUE_TYPE_SET );

	return pxQueue;
}

API函数介绍

创建队列集

（1）创建队列集

/**
 * @brief  创建队列集
 *
 * @param  uxEventQueueLength 队列集长度，最多能存放多少个数据(队列或信号量句柄)
 *
 * @return  如果成功创建队列集，则返回所创建队列集的句柄，否则返回 NULL
 */
QueueSetHandle_t xQueueCreateSet( const UBaseType_t uxEventQueueLength );

添加队列或信号量到队列集

（1）往队列集中添加队列或信号量。
（2）注意：队列被添加到队列集之前，队列中不能有效的消息。

/**
 * @brief  把队列或信号量加入队列集
 *
 * @param  xQueueOrSemaphore  队列或信号量的句柄
 *        -xQueueSet          队列集句柄
 *
 * @return  如果队列或信号量成功添加到队列集，那么返回 pdPASS，否则 pdFAIL 
 */
BaseType_t xQueueAddToSet(QueueSetMemberHandle_t xQueueOrSemaphore,QueueSetHandle_t xQueueSet);

从队列集中删除队列或信号量

（1）仅当队列或信号量为空时，才能从队列集中删除队列或信号量。

/**
 * @brief  从队列集中删除队列或信号量
 *
 * @param  xQueueOrSemaphore  队列或信号量的句柄
 *        -xQueueSet          队列集句柄
 *
 * @return  如果队列或信号量已成功从队列集中删除， 则返回 pdPASS。 如果队列不在队列集中，或者 队列（或信号量）不为空，则返回 pdFAIL。
 */
BaseType_t xQueueRemoveFromSet(QueueSetMemberHandle_t xQueueOrSemaphore,QueueSetHandle_t xQueueSet);

获取队列集中有效信息的队列

（1）在任务中获取队列集中有效信息的队列。

/**
 * @brief  在任务中获取队列集中有效信息的队列
 *
 * @param  xQueueSet     队列集
 *        -xTicksToWait  阻塞超时时间，表示立即返回，portMAX_DELAY表示无限等待
 *
 * @return  返回队列集中包含数据的队列的句柄或队列集中可用信号量的句柄，如果在指定的阻塞时间到期之前不存在这样的队列或信号量，则返回NULL
 */
QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSet(QueueSetHandle_t xQueueSet,const TickType_t xTicksToWait);

获取队列集中有效信息的队列（中断）

（1）在中断中获取队列集中有效信息的队列。

/**
 * @brief  在中断中获取队列集中有效信息的队列
 *
 * @param  xQueueSet 正在查询的队列集
 *
 * @return  返回队列集中包含数据的队列的句柄或队列集中可用信号量的句柄，如果在指定的阻塞时间到期之前不存在这样的队列或信号量，则返回NULL
 */
 QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSetFromISR(QueueSetHandle_t xQueueSet);