FreeRTOS基础（十三）：队列集

队列集（Queue Set）通常指的是一组队列，它们可以用于处理不同的任务或数据流。每个队列可以独立地处理自己的元素，但作为一个集群，它们可以协同工作来完成更复杂的任务。下面进行介绍。

一、队列集简介

二、队列集相关API函数介绍

2.1 队列集使用流程

2.2 队列集相关API函数接口

2.2.1 创建队列集

2.2.2 向队列集中添加消息

2.2.3 从队列集中移除队列

2.2.4 获取队列集中有有效消息的队列

三、队列集操作实验

一、队列集简介

一个队列只允许任务间传递的消息为同一种数据类型，如果需要在任务间传递不同数据类型的消息时，那么就可以使用队列集！它的作用：用于对多个队列或信号量进行“监听”，其中不管哪一个消息到来，都可让任务退出阻塞状态。如下所示，假设：有个接收任务，使用到队列接收和信号量的获取，如下：

队列集（Queue Set）是一个高级的同步机制，它允许一个任务同时等待多个队列或信号量的事件，并在任何一个队列或信号量变为可用时被唤醒。相比于单纯的队列，队列集具有以下几个优点：

集中管理多路事件：队列集可以将多个队列和信号量集中在一起，任务只需等待一个队列集，就可以响应多个事件源。这大大简化了任务需要处理多个队列和信号量的情况。

减少任务切换：如果一个任务需要从多个队列中接收数据，使用队列集可以避免任务在多个队列上阻塞和切换。任务只需阻塞在一个队列集上，当任何一个队列有数据时，任务就会被唤醒处理，减少了不必要的任务切换，提高了系统效率。

简化代码逻辑：队列集简化了等待多个事件源的代码逻辑，避免了复杂的多重等待和查询操作。代码更加清晰和易于维护。

提高响应速度： 任务可以立即响应队列集中任意一个队列或信号量的变化，而不需要轮询多个队列或信号量，提升了系统的实时响应能力。

二、队列集相关API函数介绍

2.1 队列集使用流程

启用队列集功能需要将宏configUSE_ QUEUE SETS配置为1
创建队列集
创建队列或信号量
往队列集中添加队列或信号量
任务往队列发送信息或释放信号量
其他任务获取队列集任意一个的队列的消息或者信号量；

2.2 队列集相关API函数接口

函数	描述
xQueueCreateSet()	创建队列集
xQueueAddToSet()	队列添加到队列集中
xQueueRemoveFromSet()	从队列集中移除队列
xQueueSelectFromSet()	获取队列集中有有效消息的队列
xQueueSelectFromSetFromISR()	在中断中获取队列集中有有效消息的队列

2.2.1 创建队列集

QueueSetHandle_t    xQueueCreateSet( const UBaseType_t  uxEventQueueLength );

从上面可以知道，利用此函数可以创建一个队列集，需要指定队列集可容纳的队列的数量，队列集创建成功，返回队列集句柄，因此，需要提前定义好队列集句柄！

2.2.2 向队列集中添加消息

BaseType_t xQueueAddToSet( QueueSetMemberHandle_t  xQueueOrSemaphore ,QueueSetHandle_t   xQueueSet  );

此函数用于往队列集中添加队列，要注意的时，队列在被添加到队列集之前，队列中不能有有效的消息。

从上面可以知道，利用此函数可以往队列集中添加队列，需要指定添加的队列句柄，以及队列集句柄。

2.2.3 从队列集中移除队列

BaseType_t   xQueueRemoveFromSet( QueueSetMemberHandle_t  	xQueueOrSemaphore ,						          QueueSetHandle_t   xQueueSet );

此函数用于从队列集中移除队列，要注意的是，队列在从队列集移除之前，必须没有有效的消息

从上面可以知道，利用此函数可以从队列集中移除队列，需要指定移除的队列句柄，以及队列集句柄。

2.2.4 获取队列集中有有效消息的队列

QueueSetMemberHandle_t     xQueueSelectFromSet( QueueSetHandle_t 		xQueueSet,TickType_t const  xTicksToWait )

此函数用于在任务中获取队列集中有有效消息的队列。

这个函数，用于从队列集中选择一个有数据或可用的队列或信号量。它允许任务阻塞等待，直到队列集中的任意一个队列或信号量变为可用，从而简化了任务需要同时等待多个队列或信号量的情况。返回队列集中的一个成员（队列或信号量）的句柄，该成员已变为可用。如果在指定时间内没有任何队列或信号量变为可用，则返回 NULL。

当一个任务需要同时等待多个队列或信号量时，使用 xQueueSelectFromSet 可以简化代码逻辑并提高效率。任务不需要分别等待每个队列或信号量，而是可以统一等待队列集。

三、队列集操作实验

任务创建文件

#include "stm32f4xx.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "dynamic.h"
#include "mydelay.h"
#include "mykey.h"
#include "queue.h"
#include "semphr.h"/**********************START_TASK任务配置******************************/
/***********包括任务堆栈大小、任务优先级、任务句柄、创建任务***********/#define        START_TASK_STACK_SIZE  128   //定义堆栈大小为128字（1字等于4字节）
#define        START_TASK_PRIO         1    //定义任务优先级，0-31根据任务需求
TaskHandle_t   start_task_handler;    //定义任务句柄（结构体指针）
void start_task(void* args);/**********************TASK1任务配置******************************/
/***********包括任务堆栈大小、任务优先级、任务句柄、创建任务***********/
#define  TASK1_STACK_SIZE  128            //定义堆栈大小为128字（1字等于4字节）
#define  TASK1_PRIO         2             //定义任务优先级，0-31根据任务需求
TaskHandle_t   task1_handler;           //定义任务句柄（结构体指针）
void task1(void* args);/**********************TASK2任务配置******************************/
/***********包括任务堆栈大小、任务优先级、任务句柄、创建任务***********/
#define  TASK2_STACK_SIZE  128            //定义堆栈大小为128字（1字等于4字节）
#define  TASK2_PRIO         3             //定义任务优先级，0-31根据任务需求
TaskHandle_t   task2_handler;           //定义任务句柄（结构体指针）
void task2(void* args);QueueSetHandle_t queueset_handle;        //队列集句柄
QueueHandle_t  queue_handle;             //队列句柄
QueueHandle_t  semphr_handle;             //信号量句柄/*********开始任务用来创建一个任务，只创建一次，不能是死循环,创建完这个任务后删除开始任务本身***********/
void start_task(void* args)
{taskENTER_CRITICAL();        /*进入临界区*/queueset_handle = xQueueCreateSet(2);              //创建队列集，可以存放两个队列，一个是队列，一个是信号量if(queueset_handle!=NULL){printf("队列集创建成功！\n");}queue_handle = xQueueCreate(1,sizeof(uint8_t));   //创建队列semphr_handle = xSemaphoreCreateBinary();         //创建二值信号量xQueueAddToSet(queue_handle,queueset_handle);      //将队列添加到队列集xQueueAddToSet(semphr_handle,queueset_handle);     //将信号量添加到队列集xTaskCreate( (TaskFunction_t)         task1,(char *)     "task1",  ( configSTACK_DEPTH_TYPE)   TASK1_STACK_SIZE,(void *)      NULL,(UBaseType_t) TASK1_PRIO ,(TaskHandle_t *)  &task1_handler );xTaskCreate( (TaskFunction_t)         task2,(char *)     "task2",  ( configSTACK_DEPTH_TYPE)   TASK2_STACK_SIZE,(void *)      NULL,(UBaseType_t) TASK2_PRIO ,(TaskHandle_t *)  &task2_handler );							vTaskDelete(NULL);    //删除开始任务自身，传参NULLtaskEXIT_CRITICAL();   /*退出临界区*///临界区内不会进行任务的调度切换，出了临界区才会进行任务调度，抢占式						
}/********任务1的任务函数，无返回值且是死循环***********//*****任务1：实现队列发送消息以及信号量的释放*******/
void task1(void* args)
{uint8_t  key=0;	BaseType_t xReturn;while(1){key= KEY_Scan(0);if(key==KEY0_PRES){xReturn=xQueueSend(queue_handle,&key,portMAX_DELAY);    //按键1按下，向队列写入消息if(xReturn==pdPASS){printf("往队列queue_handle写入数据成功！！\n");}}else if(key==KEY1_PRES){xSemaphoreGive(semphr_handle);                  //按键0按下，释放二值信号量if(xReturn==pdPASS){printf("释放信号量成功！！\n");}}vTaskDelay(10);       //FreeRTOS自带的延时函数,延时10毫秒}	
}/********任务2的任务函数，无返回值且是死循环***********//***任务2：获取队列集的消息*******/
void task2(void* args)
{QueueSetMemberHandle_t member_handle;uint8_t key;while(1){member_handle=xQueueSelectFromSet(queueset_handle,portMAX_DELAY);if(member_handle==queue_handle){xQueueReceive(member_handle,&key,portMAX_DELAY);printf("获取到的队列数据为：%d\n",key);}else if(member_handle==semphr_handle){xSemaphoreTake(member_handle,portMAX_DELAY);printf("获取信号量成功！\n");}}	
}//FreeRTO入口例程函数，无参数，无返回值
void freertos_demo(void)
{/***开始任务的创建***/xTaskCreate( (TaskFunction_t)     start_task,(char *)     "start_task",  ( configSTACK_DEPTH_TYPE)   START_TASK_STACK_SIZE,(void *)      NULL,(UBaseType_t) START_TASK_PRIO ,(TaskHandle_t *)  &start_task_handler );vTaskStartScheduler();  //开启任务调度器}

主函数调用文件

#include "stm32f4xx.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "myled.h"
#include "myusart.h"#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "dynamic.h"extern TaskHandle_t Start_Handle;int main(void)
{//硬件初始化My_UsartInit();//调用入口函数freertos_demo();}

至此，已经讲解完毕！初次学习，循序渐进，一步步掌握即可！以上就是全部内容！请务必掌握，创作不易，欢迎大家点赞加关注评论，您的支持是我前进最大的动力！下期再见！