FreeRTOS（六）之队列：任务间通信的基石

前言

任务之间怎么传数据？答案是队列。它是 FreeRTOS 最核心的通信机制------信号量、互斥量底层都是队列实现的。

前言

一、队列是什么

[六、其他常用队列 API](#六、其他常用队列 API)

一、队列是什么

队列是任务间传递数据的桥梁：一个任务往队列里写数据，另一个任务从队列里读数据，双方不用关心对方什么时候处理。

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任务A ──写入──> [队列缓冲区] ──读出──> 任务B

队列的特性：

先进先出（FIFO）：先写入的先被读出；
数据拷贝 ：写入时数据被复制进队列，读出时再复制出来------队列里存的是数据的副本；
有长度限制：队列满了再写会失败（或阻塞），空了再读也会失败（或阻塞）。

二、传输数据的两种方法

FreeRTOS 队列传输数据有两种方式：

方式	做法	适用
直接传数据	把数据本体拷进队列	小数据（结构体、数值）
传指针	只把数据的地址拷进队列	大块数据（数组、字符串、缓冲区）

⚠️ 传指针要注意：指针指向的内存必须长期有效（全局/静态/堆内存），不能传函数局部变量------函数返回后内存就没了，队列里存的是悬空指针。

三、队列常规操作

使用队列的标准流程：创建 → 写 → 读 → 删除。

创建队列

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QueueHandle_t xQueueCreate(UBaseType_t uxQueueLength,  // 队列长度
                           UBaseType_t uxItemSize);    // 每个元素大小（字节）
QueueHandle_t xQueue;   // 队列句柄
xQueue = xQueueCreate(5, sizeof(int));   // 长度为 5、元素为 int 的队列

写队列

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BaseType_t xQueueSend(QueueHandle_t xQueue,   // 队列句柄
                      const void *pvItemToQueue, // 要发送的数据指针
                      TickType_t xTicksToWait);  // 阻塞等待时间（0=不等待）

读队列

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BaseType_t xQueueReceive(QueueHandle_t xQueue,
                         void *pvBuffer,         // 接收缓冲区
                         TickType_t xTicksToWait);

四、队列的阻塞访问

队列操作支持阻塞------这是它最强大的地方：

写队列时队列满 → 任务进入阻塞态，等队列有空位（最多等 xTicksToWait 时间）；
读队列时队列空 → 任务进入阻塞态，等有数据（最多等 xTicksToWait 时间）；
超时还没等到 → 返回 pdFALSE（失败）。

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int num;
// 阻塞等待 1000ms 内的数据，没有就返回 pdFALSE
if (xQueueReceive(xQueue, &num, pdMS_TO_TICKS(1000)) == pdPASS)
{
    printf("Received: %d\n", num);
}

阻塞期间任务不占 CPU------调度器会去运行其他就绪任务，这就是 RTOS 高效的来源。

五、示例：队列的基本使用

本示例创建 1 个队列、2 个发送任务、1 个接收任务：发送任务优先级 1，分别往队列写入 100、200；接收任务优先级 2，读队列并打印。

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QueueHandle_t xQueue;

void vSenderTask(void *pvParameters)   // 两个发送任务共用
{
    int num = *(int *)pvParameters;
    while (1)
    {
        xQueueSend(xQueue, &num, portMAX_DELAY);   // 无限等待
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}

void vReceiverTask(void *pvParameters)
{
    int num;
    while (1)
    {
        xQueueReceive(xQueue, &num, portMAX_DELAY);
        printf("Received: %d\n", num);
    }
}

int main(void)
{
    static int num1 = 100, num2 = 200;
    xQueue = xQueueCreate(5, sizeof(int));

    xTaskCreate(vSenderTask, "sender1", 128, &num1, 1, NULL);
    xTaskCreate(vSenderTask, "sender2", 128, &num2, 1, NULL);
    xTaskCreate(vReceiverTask, "receiver", 128, NULL, 2, NULL);
    vTaskStartScheduler();
}

运行结果：接收任务（优先级 2）先运行，阻塞等数据；发送任务写入 100、200，接收任务依次打印。两个发送任务轮流发送，接收任务按 FIFO 读出。

六、其他常用队列 API

函数	功能	说明
`xQueuePeek()`	偷看：读出但不移除数据	多任务共享读同一数据时用
`xQueueOverwrite()`	覆盖：直接覆盖队首数据	仅限队列长度为 1 时使用，不会阻塞
`xQueueReset()`	复位队列	清空所有数据
`uxQueueMessagesWaiting()`	查询队列中有多少数据	调试用
`uxQueueSpacesAvailable()`	查询队列剩余空间	调试用
`vQueueDelete()`	删除队列	释放内存
`xQueueSendFromISR()`	在中断里写队列	中断中使用，详见后文

覆盖与偷看的区别

覆盖（xQueueOverwrite） ：队列长度必须为 1，队列满时新数据直接覆盖旧数据------不会阻塞，适合"只保留最新值"的场景（如最新的传感器读数）；
偷看（xQueuePeek） ：从队列复制出数据但不移除，数据留给后面的人读。队列空时偷看会阻塞；一旦有数据，以后每次偷看都成功。

七、邮箱（覆盖模式）

队列长度为 1 + 覆盖写入 = 邮箱：只存最新的一份数据，新数据来了直接顶掉旧的。常用于"最新状态通知"（如最新温度、最新配置）。

八、队列集

队列集（Queue Set）：把多个队列"打包"成一个集合，一个任务可以同时等待多个队列：

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QueueSetHandle_t xQueueSet = xQueueCreateSet(10);   // 创建队列集
xQueueAddToSet(xQueue1, xQueueSet);                  // 把队列加入集合
xQueueAddToSet(xQueue2, xQueueSet);
xQueueSetMemberHandle_t xMember = xQueueSelectFromSet(xQueueSet, portMAX_DELAY);
// 返回哪个队列有数据，再针对该队列读取

适用场景：一个任务要监听多个数据源（串口、按键、传感器），用队列集就不用开多个任务。

九、总结

队列 = 任务间传数据的先进先出缓冲区，数据拷贝进出；
阻塞访问是核心：满/空时任务自动阻塞，不浪费 CPU；
小数据直接传，大块数据传指针（注意指针生命周期）；
队列长度 1 + 覆盖 = 邮箱（存最新值）；
队列集让一个任务同时等多个队列。