消息隊列

使用信號量、事件標志組和線標志進行任務同步時，只能提供同步的時刻信息，無法在任務之間進行數據傳輸。要實現任務間的數據傳輸，一般使用兩種方式：

1. 全局變量

在 RTOS 中使用全局變量時，必須保證每個任務對全局變量的互斥訪問，一般借助互斥量來實現。另一個方法是在任務設計時，設計成只有一個任務修改這個全局變量，其他任務只是讀取這個全局變量，而不修改它的值，并在全局變量前面加上 volatile 的關鍵字修飾，以避免編澤器的優化。

2. 消息隊列

消息隊列類似于一個數據緩沖區，可以保存有限個、具有確定大小的數據。通常情況下，消息隊列按照 FI FO（先進先出）的模式使用，即數據由隊尾寫入，從隊首讀出。
任務向消息隊列中放人消息時，需要判斷消息隊列是否有多余的空間：如果有空間，則放人一個新的消息；如果消息隊列已經存滿，該任務將進人到阻塞態，直到消息隊列中有多余的空間。
任務從消息隊列中獲取消息時，需要判斷消息隊列是否有消息：如果消息隊列中沒有消息，該任務將進人到阻塞態。當消息隊列中有新的消息時，處于阻塞態的任務將被喚醒并獲得該消息。任務在獲取消息時，需要提前定義存放消息的緩沖區，這個緩沖區的大小不能小于消息隊列中單個消息的大小。
注意： FreeRTOS 利用消息隊列進行消息傳遞時，放入消息隊列的是實際的數據，而不是數據的地址。例如，串口一次接收 10 字節的數據，如果使用消息隊列來傳遞串口接收的數據，則應該將消息隊列的單個消息大小設置為 10 字節，以便一次性存放串口接收的10 字節數據。
消息隊列和全局變量相比，解決了多任務訪問共享資源的沖突問題，還提供了任務的同步和超時處理等機制，并且可以實現中斷服務程序和任務之間的數據傳遞。例如，多個任務都要使用串口進行數據傳輸時，可以采用兩種方法：一種方法是利用互斥量實現對串口的互斥訪問；另一種方法是創建一個消息隊列和一個負責串口數據收發的任務。任務 A 發送的數據放人消息隊列，任務 B 發送的數據也放人消息隊列，串口發送任務則按照 FIFO 的原則從消息隊列中取出消息發送。
在實際應用時，由于消息隊列采用數據復制的方式傳輸數據，而不是傳輸存放數據的地址。如果任務間傳輸的數據量較大時，使用消息隊列的效率會比較低。這時，可以考慮使用全局變量來實現任務間的通信，只是要注意全局變量的互斥訪問（利用互斥量實現）。

應用示例

利用消息隊列傳輸串口接收的數據。串口采用中斷方式接收 10 字節的數據，并放入消息隊列。數據處理任務從消息隊列中取出數據并發送到 PC 顯示。消息隊列設置為可以容納 5 個消息，每個消息的大小為10 字節。

// main.h
/*** @file main.h* @brief 主程序頭文件，包含系統所需的基本定義和聲明*//* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <stdio.h>			// 標準輸入輸出頭文件，用于printf和fputc
#include "cmsis_os2.h"		// CMSIS RTOS2，支持FreeRTOS
#include "usart.h"			// USART頭文件，包含串口相關函數
#define LENGTH 10			// 緩沖區長度
extern uint8_t RxBuf[LENGTH];	// 串口接收緩沖區，用于存儲接收到的數據
extern uint8_t TxBuf[LENGTH];	// 串口發送緩沖區，用于存儲待發送的數據
extern osMessageQueueId_t ComQueueHandle;	// RTOS消息隊列句柄，用于任務間通信
/* USER CODE END Includes */

// main.c
/*** @file main.c* @brief 主程序源文件，包含系統初始化和中斷回調函數*//* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/*** @brief 重定向printf函數相關配置* @note 支持不同編譯器（ARMCC、GNUC）下的printf功能實現*/
/* suport printf function, usemicrolib is unnecessary */
#if (__ARMCC_VERSION > 6000000)
__asm (".global __use_no_semihosting\n\t");
void _sys_exit(int x)
{x = x;
}
/* __use_no_semihosting was requested, but _ttywrch was */
void _ttywrch(int ch)
{ch = ch;
}
FILE __stdout;
#else
#ifdef __CC_ARM
#pragma import(__use_no_semihosting)
struct __FILE
{int handle;
};
FILE __stdout;
void _sys_exit(int x)
{x = x;
}
#endif
#endif
#if defined ( __GNUC__ ) && !defined (__clang__)
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif/*** @brief  Retargets the C library printf function to the USART.* @param  None* @retval None*/
PUTCHAR_PROTOTYPE
{	// 采用輪詢方式發送1字節數據，使用阻塞方式，超時時間設置為無限等待HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);return ch;
}int fgetc(FILE *f)
{	// 采用輪詢方式接收1字節數據，使用阻塞方式，超時時間設置為無限等待uint8_t ch;	HAL_UART_Receive( &huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY );return ch;
}
/* USER CODE END 0 *//* USER CODE BEGIN 2 */printf("/**  FreeRTOS for task creat  **/\n");HAL_UART_Receive_IT(&huart1,RxBuf,LENGTH);		// 啟動串口中斷接收功能，接收長度為 LENGTH 的數據到 RxBuf 緩沖區
/* USER CODE END 2 *//* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)	
{	// 串口接收完成中斷回調函數,當串口接收到指定長度的數據后，會觸發此回調函數if(huart->Instance==USART1)	// 檢查觸發中斷的串口是否為 USART1{	// 將收到的數據放入消息隊列 ComQueueHandle中osMessageQueuePut(ComQueueHandle, (void *)RxBuf,0,0);	HAL_UART_Receive_IT(&huart1,RxBuf,LENGTH);	// 重新開始串口中斷接收，準備接收下一組數據}
}
/* USER CODE END 4 */

// app_freertos.c/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Variables */
uint8_t RxBuf[LENGTH];	// 串口接收緩沖區
uint8_t TxBuf[LENGTH];	// 串口發送緩沖區
/* USER CODE END Variables *//* USER CODE BEGIN Header_StartProcessTask */
/**
* @brief Function implementing the ProcessTask thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_StartProcessTask */
void StartProcessTask(void *argument)
{/* USER CODE BEGIN StartProcessTask *//* Infinite loop */for(;;){		// 從消息隊列中獲取數據，無限等待if(osMessageQueueGet(ComQueueHandle,(void *)TxBuf,NULL,osWaitForever)==osOK){	// 通過UART1發送數據HAL_UART_Transmit(&huart1,(void *)&TxBuf,LENGTH,HAL_MAX_DELAY);}}/* USER CODE END StartProcessTask */
}