uC/OS-III 队列相关接口

在 uC/OS（Micro-Controller Operating System）中，队列（Queue）是任务间通信的核心机制之一，用于实现数据缓冲和异步消息传递。uC/OS 的队列设计兼顾了实时性和内存效率，以下从代码结构、核心接口和实现特点进行分析：

一、uC/OS 队列的核心数据结构

uC/OS 中队列的控制块（OS_Q）定义了队列的全部状态信息，关键成员如下（以 uC/OS-III 为例）：

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typedef struct os_q {
    CPU_CHAR          Name[OS_OBJ_NAME_LEN];  // 队列名称（调试用）
    OS_MSG_Q          MsgQ;                   // 消息队列容器
    OS_OBJ_QTY        MaxMsg;                 // 最大消息数
    OS_MSG_SIZE       MaxMsgSize;             // 单条消息最大字节数
    OS_OBJ_TYPE       Type;                   // 对象类型（标识为队列）
    // 等待队列（任务阻塞时的等待链表）
    OS_PEND_LIST      PendList;
    // 其他状态变量（如是否使用动态内存、计数器等）
    OS_FLAGS          Flags;
    CPU_INT32U        MsgQty;                 // 当前消息数量
    // ...
} OS_Q;

OS_MSG_Q：实际存储消息的缓冲区，通常为环形队列结构
PendList：记录等待该队列的任务（用于阻塞机制）

二、核心接口及实现分析

uC/OS 的队列操作接口封装在os_q.c文件中，核心功能如下：

1. 队列创建（`OSQCreate()`）

功能：初始化队列控制块，分配消息缓冲区。
关键代码逻辑：

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OS_Q *OSQCreate(OS_Q        *p_q,
                CPU_CHAR    *p_name,
                OS_OBJ_QTY   max_msg,
                OS_MSG_SIZE  max_msg_size,
                OS_ERR      *p_err)
{
    // 参数校验（空指针、长度合法性）
    if (p_q == (OS_Q *)0) {
        *p_err = OS_ERR_OBJ_PTR_NULL;
        return ((OS_Q *)0);
    }
    // 初始化队列控制块成员
    p_q->MaxMsg      = max_msg;
    p_q->MaxMsgSize  = max_msg_size;
    p_q->MsgQty      = 0u;
    // 初始化等待链表（无任务等待）
    OS_PendListInit(&p_q->PendList);
    // 初始化消息缓冲区（环形队列）
    OS_MsgQInit(&p_q->MsgQ, max_msg, max_msg_size, p_err);
    // ...
    return (p_q);
}

特点：

支持静态创建（用户提供OS_Q结构体）和动态创建（内部调用malloc）
需指定最大消息数和单条消息长度，避免内存溢出

2. 发送消息（`OSQPost()`）

功能：向队列尾部发送消息，支持阻塞 / 非阻塞模式。
核心逻辑：

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OS_OBJ_QTY OSQPost(OS_Q        *p_q,
                   void        *p_msg,
                   OS_MSG_SIZE  msg_size,
                   OS_FLAGS     opt,
                   OS_ERR      *p_err)
{
    CPU_SR_ALLOC();  // 用于临界区保护
    
    CPU_CRITICAL_ENTER();  // 关中断（确保操作原子性）
    // 检查队列是否已满
    if (p_q->MsgQty >= p_q->MaxMsg) {
        CPU_CRITICAL_EXIT();
        *p_err = OS_ERR_Q_FULL;
        return (0u);
    }
    // 复制消息到队列缓冲区（支持指针传递或数据拷贝）
    OS_MsgQPut(&p_q->MsgQ, p_msg, msg_size, opt, p_err);
    p_q->MsgQty++;
    // 唤醒等待该队列的任务（如有）
    if (OS_PendListIsEmpty(&p_q->PendList) == DEF_NO) {
        OS_PendListPost(&p_q->PendList, p_msg, msg_size, opt, p_err);
    }
    CPU_CRITICAL_EXIT();  // 开中断
    // ...
    return (1u);
}

关键特性：

支持OS_OPT_POST_FIFO（先进先出）和OS_OPT_POST_LIFO（后进先出）模式
消息可通过指针传递（零拷贝，适合大数据）或拷贝（内存独立，安全但耗时）

3. 接收消息（`OSQPend()`）

功能：从队列头部获取消息，队列为空时可阻塞等待。
核心逻辑：

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void *OSQPend(OS_Q         *p_q,
              OS_TICK       timeout,
              OS_OPT        opt,
              OS_MSG_SIZE  *p_msg_size,
              CPU_TS       *p_ts,
              OS_ERR       *p_err)
{
    void        *p_msg;
    CPU_SR_ALLOC();
    
    CPU_CRITICAL_ENTER();
    // 队列有消息：直接取消息
    if (p_q->MsgQty > 0u) {
        p_msg = OS_MsgQGet(&p_q->MsgQ, p_msg_size, p_err);
        p_q->MsgQty--;
        CPU_CRITICAL_EXIT();
        return (p_msg);
    }
    // 队列空：任务进入阻塞状态
    else {
        // 将当前任务加入等待链表
        OS_PendListWait(&p_q->PendList, 
                       (OS_PEND_OBJ *)p_q, 
                       OS_TASK_PEND_ON_Q,
                       timeout,
                       opt,
                       p_err);
        CPU_CRITICAL_EXIT();
        // 任务调度（切换到其他就绪任务）
        OSSched();
        // 被唤醒后获取消息
        p_msg = OSTCBCur->MsgPtr;
        *p_msg_size = OSTCBCur->MsgSize;
        // ...
        return (p_msg);
    }
}

阻塞机制：

任务调用OSQPend()时若队列空，会被加入PendList并进入阻塞态
超时时间timeout为 0 表示非阻塞（立即返回错误），OS_OPT_PEND_BLOCKING表示无限等待
当消息到来时，OSQPost()会唤醒等待队列中优先级最高的任务

4. 其他关键接口

OSQFlush()：清空队列所有消息（重置缓冲区指针）
OSQDel()：删除队列（需确保无任务等待）
OSQQuery()：查询队列状态（当前消息数、最大容量等）

uC/OS-III 队列相关接口

一、uC/OS 队列的核心数据结构

二、核心接口及实现分析

1. 队列创建（OSQCreate()）

2. 发送消息（OSQPost()）

3. 接收消息（OSQPend()）

4. 其他关键接口

1. 队列创建（`OSQCreate()`）

2. 发送消息（`OSQPost()`）

3. 接收消息（`OSQPend()`）