GD32F103RCT6/GD32F303RCT6-UCOSIII底层移植（4）消息队列实验

2024-05-25 06:52
文章标签 实验 移植 队列 底层 消息 ucosiii gd32f303rct6 gd32f103rct6

本文主要是介绍GD32F103RCT6/GD32F303RCT6-UCOSIII底层移植（4）消息队列实验，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

   本文章基于兆易创新GD32 MCU所提供的2.2.4版本库函数开发

       后续项目主要在下面该专栏中发布：

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 向上代码兼容GD32F303RCT6中使用

本项目配套开发板：

基于GD32F103RCT6国产GD32平台，以下教程编写基于该开发板

图片：

a83f44e3ba7542238ec2f3c3d9002bbe.jpeg​​​

原理图以及例程请联系客服获取！

注意：

本教程致力于解决所有在调试中出现的所有问题，如有未包含在的问题，请联系QQ：2049363803，有奖更新文档！

参考资料：

《UCOS-III开发指南_V1.5》

《µC/OS-III Documentation》

《ARM Cortex-M3 与 Cortex-M4 权威指南（第 3 版）》

《uCOS-III内核实现与应用开发实战指南—基于STM32》

介绍

消息队列，又称为消息队列，是实时操作系统中一种重要的内核对象，它用于任务间或中断与任务间的通信，实现数据传递。消息队列的特点和工作方式灵活，支持多种通信模式，以下是其基本概念的详细解析：

 数据结构与功能：       

 消息息队列是一种数据结构，通常由一系列消息单元组成，每个单元存放一条消息。每个消息可能包含指针指向实际数据的指针、消息的大小、时间戳等元数据，以及指向下一个消息的指针，形成链表或队列。

  1. 先进先出列（FIFO） 默认情况下，消息队列遵循先进先出原则，即先加入队列的消息会被首先取出。这适用于大多数需要顺序处理消息的场景。

  2. 后进先出（LIFO） uCOS还支持后进先出（LIFO），紧急消息会排在队列头部。这种模式下，新来的消息优先被处理，适用于紧急或优先级较高的消息传递。

  3. 超时机制   在尝试读取空队列时，任务可以选择等待（阻塞），并指定超时长。超时未等到消息，任务自动恢复就绪，继续执行。

  4. 发送模式   任务或中断服务程序可以发送消息到队列。发送时，若队列未满，操作成功；满则返回错误。

  5. 资源管理   为提高效率，uCOSOSIII引入了消息池概念，预先初始化时将数组链表为链表，动态分配消息。消息池简化了消息分配与回收，减少了开销耗时开销操作。

  6. 删除    当队列不再使用，可通过API删除，资源被清理，释放关联的内存，不可再用，除非重新创建。

  7. 消息类型和长度    uCOS支持不同长度的消息，不限类型，通过指针传递，无论数据大小，处理时间复杂度一致，便于内存管理。

  8. 任务消息队列     与普通列不同，任务消息队列专属于特定任务，仅该任务可接收，其他任务发送。它不带等待列表，简化了等待处理，提高了效率。

应用场景：

  • 传感器数据处理：  在物联网应用中，传感器任务定期收集数据发送数据到处理任务，使用消息列。处理任务从列中获取数据进行分析，实现异步操作。

  • 任务间协作：  多任务合作场景，如生产者-消费者模型，生产者任务生产消息到列，消费者任务消费。列作为缓冲区，平衡任务速率差异，防止数据丢失。

  • 状态更新：   系统状态更新，如任务状态改变，如任务状态变化，通过消息列告知其他任务。这样，其他任务能即时响应状态变化，实现动态调整。

实现细节：

  • 队列控制块：每个队列在uCOSIII由控制块管理，包含队列的属性如队列的指针、消息数、入队指针、出队针等。

  • API安全性：uCOSIII提供安全API如OS_QPost、QPend等，检查错误处理，确保安全，如参数验证、中断锁调度、队列状态。

  • 中断中使用：uCOSIII允许中断中使用列操作，如中断服务例程向列发送消息，需注意配置中断安全使用，确保不破坏系统稳定性。

消息队列的阻塞机制

消息队列的阻塞机制是uCOSIII中用于解决任务间通信的同步问题的一种重要机制。该机制确保了任务在尝试访问共享资源时的竞争公平性和同步性，尤其是当资源暂时不可被任务调用时，任务能够被允许等待直至消息队列资源可用。

  1. 阻塞：当任务尝试从空列读取消息而列无消息时，可以选择进入阻塞状态。这意味着任务暂停执行，直到满足特定条件（如消息到达）才继续。

  2. 超时：任务等待时长：在阻塞时，任务可以指定超时长，即最长等待时间。若超时未收到消息，任务将自动恢复执行，任务不会继续等待，哪怕这个时候任务依旧没有等到消息队列更新。

  3. 优先级排序：如果多个任务阻塞在同一个消息队列上，此时优先级更高的任务会被调度器优先唤醒获得消息的处理权。uCOSIII根据任务优先级自动管理等待队列，有效保证了任务与任务之间从消息队列中获取消息的顺序。

  4. 模式：uCOSIII提供了不同的任务阻塞模式，比如OS_OPT_PEND用于等待，OS_OPT_NO_WAIT不等待。在实际使用中我们需要根据需求去选择不同的工作模式。

  5. 唤醒：一旦消息列存在消息更新，调度器会重新唤醒当前因消息队列阻塞而等待的任务。任务由阻塞态重新变为就绪态，此时该任务可以被调度执行。

消息队列常用函数

OSQend()

功能：用于从消息队列中获取（接收）消息。任务会等待直到消息可用（如果设置了等待选项为阻塞等待模式）或超时才继续执行。

参数：

  OS_Q *p_q：指向消息队列的指针
 OS_TICK timeout：等待时长，单位为0表示无限等待；非0则为等待时长
 OS_OPTopt：操作选项，如OS_OPT_PEND_BLOCKING表示阻塞等待，OS_OPT_NO_WAIT`表示不等待
 OS_MSG_SIZE *p_msg_size：传出参数，返回消息的大小
 CPU_TS *p_ts：传出参数，消息发送时戳
 OS_ERR *p_err：传出错误代码

void *OSQPend (
OS_Q *p_q,  
// 消息队列指针
OS_TICK timeout,  
// 等待期限（单位：时钟节拍）
OS_OPT opt,  
// 选项
OS_MSG_SIZE *p_msg_size,  
// 返回消息大小（单位：字节）
CPU_TS *p_ts,  
// 获取等到消息时的时间戳
OS_ERR *p_err)
// 返回错误类型

例子：
CPU_TS ts;
OS_MSG_SIZE msg_size;
char *pMsg;
OS_ERR err;
pMsg = OSQPend(&queue, 0, OS_OPT_PEND, &msg_size, &ts, &err);
if (err == OS_ERR_NONE) {printf("Message received, size=%d: %d, content: %.*s\n", msg_size, msg_size, pMsg);
} else if (err == OS_ERR_PEND_TIMEOUT) {printf("Timeout waiting for message.\n");} else {printf("Error %d\n", err);}

OSQPost()

功能：向消息列发送消息。任务或中断服务程序可以将消息放入队列，如果有任务等待则唤醒它们。
参数：
OS_Q *p_q：指向消息队列的指针
void *p_void：指向消息内容的指针- OS_MSG_SIZE msg_size：消息大小- OS_OPT opt：选项，如OS_FIFO先进先出列，OS_LIFO后出列
OS_ERR *p_err：传出错误代码

void OSQPost (
OS_Q *p_q, 
// 消息队列指针
void *p_void, 
// 消息指针
OS_MSG_SIZE msg_size,
// 消息大小（单位：字节）
OS_OPT opt, 
// 选项
OS_ERR *p_err) 
// 返回错误类型

例子：
char msg[] = "Hello World!";
OS_ERR err;
OSQPost(&queue, (void *)msg, sizeof(msg), OS_FIFO, &err);
if (err == OS_ERR_NONE) {printf("Message sent.\n");}
else {printf("Error sending: %d\n", err);}

OSQDel()

功能：删除消息列。此操作永久删除队列，删除后不可再使用。确保删除前无任务等待队列。
参数：
OS_Q *p_q：指向队列的指针- OS_OPTopt：删除选项，如OS_OPT_DEL_ALWAYS总是立即删除
OS_ERR *p_err：传出错误

OS_OBJ_QTY      OSQDel (
OS_Q *p_q,   // 消息队列指针
OS_OPT opt, // 选项
OS_ERR *p_err)   // 返回错误类型

例子：
_OS_ERR err;
if (OSQDel(&queue, OS_OPT_DEL_ALWAYS, &err) == OS_ERR_NONE) {printf("Queue deleted.\n");}
else {printf("Error deleting: %d\n", err);}

OSQCreate()

功能：创建新队列。为任务间通信分配内存并初始化队列结构。
参数：
OS_Q *p_q：指向队列的指针- CPU_CHAR *name：队列名称- OS_MSG_QTY：队列大小。
OS_ERR *p_err：传出错误。

void OSQCreate (
OS_Q *p_q, 
// 消息队列指针
  CPU_CHAR *p_name, 
// 消息队列名称
OS_MSG_QTY max_qty,
// 消息队列大小（不能为 0 ）
OS_ERR *p_err) 
// 返回错误类型

例子：
_OS_Q queue;
_OS_ERR err;
OSQCreate(&queue, "ExampleQueue", 10, &err);
if (err == OS_ERR_NONE) {printf("Queue created.\n");}
else {printf("Error creating: %d\n", err);}

消息队列实验

接下来，让我们来建立一下消息队列的实验，其中AppTaskPost()用于向队列中发送信息；AppTaskPend()用于从队列中接收信息。然后用串口打印接收到的信息。

在本次实验之前，我们还没有在系统中加入我们常用的串口调试打印的代码，那么本次开始我们将逐渐完善。

首先从之前定义的外设库中取出usart的头文件和源文件，具体的也可以参考：GD32F103RCT6/GD32F303RCT6（6.3）USART通讯实验

  

复制到User中的Bsp文件下：

  

不要忘记载入和头文件包含了：

  

  

然后初始化

  

这样我们就可以在系统中对其进行调用了！

记得关闭串口中断，我们本次实验使用不到：

  

app.c

#include <includes.h>/*
*************************************************************************
* 任务栈存放区域
*************************************************************************
*/static CPU_STK AppTaskStartStk[APP_TASK_START_STK_SIZE];static CPU_STK AppTaskPostStk [ APP_TASK_LED1_STK_SIZE ]; 
static CPU_STK AppTaskPendStk [ APP_TASK_LED2_STK_SIZE ]; /*
*************************************************************************
* 定义任务控制块存放区域
*************************************************************************
*/
static OS_TCB AppTaskStartTCB;static OS_TCB AppTaskPostTCB;
static OS_TCB AppTaskPendTCB;/*
*************************************************************************
* 函数原型存放区域
*************************************************************************
*/static void AppTaskStart (void *p_arg);static void AppTaskPost ( void * p_arg ); 
static void AppTaskPend ( void * p_arg ); /*
*************************************************************************
* 消息队列存放区域
*************************************************************************
*/OS_Q queue; //声明消息队列/*
*************************************************************************
* main 函数
*************************************************************************
*/
/**
* @brief 主函数
* @param 无
* @retval 无
*/
int main(void)
{OS_ERR err;OSInit(&err);OSTaskCreate((OS_TCB *)&AppTaskStartTCB, (CPU_CHAR *)"App Task Start",(OS_TASK_PTR ) AppTaskStart,(void *) 0,(OS_PRIO ) APP_TASK_START_PRIO,(CPU_STK *)&AppTaskStartStk[0],(CPU_STK_SIZE) APP_TASK_START_STK_SIZE / 10,(CPU_STK_SIZE) APP_TASK_START_STK_SIZE,(OS_MSG_QTY ) 5u,(OS_TICK ) 0u,(void *) 0,(OS_OPT )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),(OS_ERR *)&err);OSStart(&err);}/*
*************************************************************************
* 空闲任务存放区域
*************************************************************************
*/static void AppTaskStart (void *p_arg)
{CPU_INT32U cpu_clk_freq;CPU_INT32U cnts;OS_ERR err;(void)p_arg;BSP_Init(); /* Initialize BSP functions */CPU_Init();cpu_clk_freq = BSP_CPU_ClkFreq(); /* Determine SysTick reference freq. */cnts = cpu_clk_freq / (CPU_INT32U)OSCfg_TickRate_Hz; /* Determine nbr SysTick increme nts */OS_CPU_SysTickInit(cnts); /*Init uC/OS periodic time src(SysTick).*/Mem_Init(); /* Initialize Memory Management Module */#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0uOSStatTaskCPUUsageInit(&err); /* Compute CPU capacity with no task running */#endifCPU_IntDisMeasMaxCurReset();/* 创建消息队列 queue */OSQCreate ((OS_Q *)&queue, //指向消息队列的指针(CPU_CHAR *)"Queue For Test", //队列的名字(OS_MSG_QTY )20, //最多可存放消息的数目(OS_ERR *)&err); //返回错误类型OSTaskCreate((OS_TCB *)&AppTaskPostTCB,/*Create the Led1 task */ (CPU_CHAR *)"App Task Led1", (OS_TASK_PTR ) AppTaskPost, (void *) 0, (OS_PRIO ) APP_TASK_LED1_PRIO, (CPU_STK *)&AppTaskPostStk[0], (CPU_STK_SIZE) APP_TASK_LED1_STK_SIZE / 10, (CPU_STK_SIZE) APP_TASK_LED1_STK_SIZE, (OS_MSG_QTY ) 5u, (OS_TICK ) 0u, (void *) 0, (OS_OPT )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR), (OS_ERR *)&err); OSTaskCreate((OS_TCB *)&AppTaskPendTCB, /*Create the Led2 task*/ (CPU_CHAR *)"App Task Led2", (OS_TASK_PTR ) AppTaskPend, (void *) 0, (OS_PRIO ) APP_TASK_LED2_PRIO, (CPU_STK *)&AppTaskPendStk[0], (CPU_STK_SIZE) APP_TASK_LED2_STK_SIZE / 10, (CPU_STK_SIZE) APP_TASK_LED2_STK_SIZE, (OS_MSG_QTY ) 5u, (OS_TICK ) 0u, (void *) 0, (OS_OPT )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR), (OS_ERR *)&err); OSTaskDel ( & AppTaskStartTCB, & err ); }/********************************************************************** LED1 TASK*********************************************************************/static void AppTaskPost ( void * p_arg ) 
{ OS_ERR err; CPU_SR_ALLOC();(void)p_arg; while (DEF_TRUE) {char Post_test[]=" uC/OS-III test";/* 发布消息到消息队列 queue */OSQPost ((OS_Q *)&queue, //消息变量指针(void *)Post_test, //要发送的数据的指针，将内存块首地址通过队列“发送出去”(OS_MSG_SIZE )sizeof ( Post_test ),//数据字节大小(OS_OPT )OS_OPT_POST_FIFO | OS_OPT_POST_ALL, //先进先出和发布给全部任务的形式(OS_ERR *)&err); //返回错误类型if ( err == OS_ERR_NONE ) //如果接收成功{OS_CRITICAL_ENTER(); //进入临界段printf ( "\r\n 发送消息的长度：%d 字节，内容：%s\r\n", sizeof ( Post_test ), Post_test );OS_CRITICAL_EXIT();}OSTimeDlyHMSM ( 0, 0, 0, 500, OS_OPT_TIME_DLY, & err );}} /************************************************************************* LED2 TASK*************************************************************************/static void AppTaskPend ( void * p_arg ) 
{ OS_ERR err; OS_MSG_SIZE msg_size;CPU_SR_ALLOC();	char * pMsg;(void)p_arg; while (DEF_TRUE) { /* 请求消息队列 queue 的消息 */pMsg = OSQPend ((OS_Q *)&queue, //消息变量指针(OS_TICK )0, //等待时长为无限(OS_OPT )OS_OPT_PEND_BLOCKING, //如果没有获取到信号量就等待(OS_MSG_SIZE *)&msg_size, //获取消息的字节大小(CPU_TS *)0, //获取任务发送时的时间戳(OS_ERR *)&err); //返回错误if ( err == OS_ERR_NONE ) //如果接收成功{OS_CRITICAL_ENTER(); //进入临界段printf ( "\r\n 接收消息的长度：%d 字节，内容：%s\r\n", msg_size, pMsg );OS_CRITICAL_EXIT();}}
}

烧录下载：

  

完成实验！

这篇关于GD32F103RCT6/GD32F303RCT6-UCOSIII底层移植（4）消息队列实验的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1000780。

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