4.4 队列

概述

基本概念

队列又称消息队列，是一种常用于任务间通信的数据结构，实现了接收来自任务或中断的不固定长度的消息，并根据不同的接口选择传递消息是否存放在自己空间。任务能够从队列里面读取消息，当队列中的消息是空时，挂起读取任务；当队列中有新消息时，挂起的读取任务被唤醒并处理新消息。

用户在处理业务时，消息队列提供了异步处理机制，允许将一个消息放入队列，但并不立即处理它，同时队列还能起到缓冲消息作用。

Huawei LiteOS中使用队列数据结构实现任务异步通信工作，具有如下特性：

• 消息以先进先出方式排队，支持异步读写工作方式。
• 读队列和写队列都支持超时机制。
• 发送消息类型由通信双方约定，可以允许不同长度（不超过队列节点最大值）消息。
• 一个任务能够从任意一个消息队列接收和发送消息。
• 多个任务能够从同一个消息队列接收和发送消息。
• 当队列使用结束后，如果是动态申请的内存，需要通过释放内存函数回收。

运作机制

队列控制块

 /** 
   * @ingroup los_queue 
   * Queue information block structure 
   */ 
 typedef struct  
 { 
     UINT8       *queueHandle;             /**< 队列指针 */ 
     UINT16      queueState;          /**< 队列状态 */ 
     UINT16      queueLen;            /**< 队列中消息个数 */ 
     UINT16      queueSize;           /**< 消息节点大小 */ 
     UINT16      queueID;             /**< 队列ID */ 
     UINT16      queueHead;           /**< 消息头节点位置（数组下标）*/ 
     UINT16      queueTail;           /**< 消息尾节点位置（数组下标）*/ 
     UINT16      readWriteableCnt[2]; /**< 队列中可读或可写消息数，
                                        0：可读，1：可写 */ 
     LOS_DL_LIST readWriteList[2];    /**< 读取或写入消息任务等待链表，  
                                        0：读取链表，1：写入链表 */ 
     LOS_DL_LIST memList;             /**< MailBox模块使用 */ 
 } LosQueueCB;

每个队列控制块中都含有队列状态，表示该队列的使用情况：

• OS_QUEUE_UNUSED：队列没有使用。
• OS_QUEUE_INUSED：队列被使用。

队列运作原理

创建队列时，根据用户传入队列长度和消息节点大小来开辟相应的内存空间以供该队列使用，返回队列ID。

在队列控制块中维护一个消息头节点位置Head和一个消息尾节点位置Tail来表示当前队列中消息存储情况。Head表示队列中被占用消息的起始位置。Tail表示队列中被空闲消息的起始位置。刚创建时Head和Tail均指向队列起始位置。

写队列时，根据Tail找到被占用消息节点末尾的空闲节点作为数据写入对象。如果Tail已经指向队列尾则采用回卷方式。根据readWriteableCnt[1]判断队列是否可以写入，不能对已满（readWriteableCnt[1]为0）队列进行写队列操作。

读队列时，根据Head找到最先写入队列中的消息节点进行读取。如果Head已经指向队列尾则采用回卷方式。根据readWriteableCnt[0]判断队列是否有消息读取，对全部空闲（readWriteableCnt[0]为0）队列进行读队列操作会引起任务挂起。

删除队列时，根据传入的队列ID寻找到对应的队列，把队列状态置为未使用，释放原队列所占的空间，对应的队列控制头置为初始状态。

图 1 队列读写数据操作示意图

开发指导

功能

Huawei LiteOS中Message消息处理模块提供了以下功能。

开发流程

使用队列模块的典型流程如下：

1. 创建消息队列LOS_QueueCreate。

   创建成功后，可以得到消息队列的ID值。

2. 写队列操作函数LOS_QueueWriteCopy。

3. 读队列操作函数LOS_QueueReadCopy。

4. 获取队列信息函数LOS_QueueInfoGet。

5. 删除队列LOS_QueueDelete。

QUEUE错误码

对队列存在失败可能性的操作，包括创建队列、删除队列等等，均需要返回对应的错误码，以便快速定位错误原因。

平台差异性

无。

注意事项

• 系统可配置的队列资源个数是指：整个系统的队列资源总个数，而非用户能使用的个数。例如：系统软件定时器多占用一个队列资源，那么系统可配置的队列资源就会减少一个。
• 调用 LOS_QueueCreate 函数时所传入的队列名暂时未使用，作为以后的预留参数。
• 队列接口函数中的入参uwTimeOut是指相对时间。
• LOS_QueueReadCopy和LOS_QueueWriteCopy及LOS_QueueWriteHeadCopy是一组接口，LOS_QueueRead和LOS_QueueWrite及LOS_QueueWriteHead是一组接口，两组接口需要配套使用。
• 鉴于LOS_QueueWriteHead和LOS_QueueRead这组接口实际操作的是数据地址，用户必须保证调用LOS_QueueRead获取到的指针所指向内存区域在读队列期间没有被异常修改或释放，否则可能会导致不可预知的后果。
• 鉴于LOS_QueueWrite和LOS_QueueWriteHead和LOS_QueueRead这组接口实际操作的是数据地址，也就意味着实际Write和Read的长度仅仅是一个指针数据，因此用户使用这组接口之前，需确保相关队列在创建时的消息长度为一个指针的长度，避免不必要的浪费和读取失败。
• LOS_QueueWrite和LOS_QueueWriteHead和LOS_QueueRead这组接口正在被逐步废弃，建议使用LOS_QueueWriteCopy和LOS_QueueWriteHeadCopy和LOS_QueueReadCopy做为替代。

编程实例

实例描述

创建一个队列，两个任务。任务1调用发送接口发送消息；任务2通过接收接口接收消息。

1. 通过LOS_TaskCreate创建任务1和任务2。
2. 通过LOS_QueueCreate创建一个消息队列。
3. 在任务1 send_Entry中发送消息。
4. 在任务2 recv_Entry中接收消息。
5. 通过LOS_QueueDelete删除队列。

编程示例

 #include "los_task.h" 
 #include "los_queue.h" 
 static UINT32 g_uwQueue; 
 CHAR abuf[] = "test is message x"; 
 /*任务1发送数据*/ 
 void *send_Entry(void *arg) 
 { 
     UINT32 i = 0,uwRet = 0; 
     UINT32 uwlen = sizeof(abuf); 
     while (i <5) 
     { 
         abuf[uwlen -2] = '0' + i; 
         i++; 
         /*将abuf里的数据写入队列*/ 
         uwRet = LOS_QueueWrite(g_uwQueue, abuf, uwlen, 0); 
         if(uwRet != LOS_OK) 
         { 
             dprintf("send message failure,error:%x\n",uwRet); 
         } 
         LOS_TaskDelay(5); 
     } 
 } 
 /*任务2接收数据*/ 
 void *recv_Entry(void *arg) 
 { 
     UINT32 uwReadbuf; 
     UINT32 uwRet = 0; 
     while (1) 
     { 
         /*读取队列里的数据存入uwReadbuf里*/ 
         uwRet = LOS_QueueRead(g_uwQueue, &uwReadbuf, 50, 0); 
         if(uwRet != LOS_OK) 
         { 
             dprintf("recv message failure,error:%x\n",uwRet); 
             break; 
         } 
         dprintf("recv message:%s\n", (char *)uwReadbuf); 
         LOS_TaskDelay(5); 
     } 
     /*删除队列*/ 
     while (LOS_OK != LOS_QueueDelete(g_uwQueue)) 
     { 
         LOS_TaskDelay(1); 
     } 
     dprintf("delete the queue success!\n"); 
 } 
 int Example_creat_task(void) 
 { 
     UINT32 uwRet = 0; 
     UINT32 uwTask1, uwTask2; 
     TSK_INIT_PARAM_S stInitParam1; 
     /*创建任务1*/ 
     stInitParam1.pfnTaskEntry = send_Entry; 
     stInitParam1.usTaskPrio = 9; 
     stInitParam1.uwStackSize = 0x400; 
     stInitParam1.pcName = "sendQueue"; 
     stInitParam1.uwResved = LOS_TASK_STATUS_DETACHED; 
     LOS_TaskLock();//锁住任务，防止新创建的任务比本任务高而发生调度
     uwRet = LOS_TaskCreate(&uwTask1, &stInitParam1); 
     if(uwRet != LOS_OK) 
     { 
         dprintf("create task1 failed!,error:%x\n",uwRet); 
         return uwRet; 
     } 
     /*创建任务2*/ 
     stInitParam1.pfnTaskEntry = recv_Entry; 
     uwRet = LOS_TaskCreate(&uwTask2, &stInitParam1); 
     if(uwRet != LOS_OK) 
     { 
         dprintf("create task2 failed!,error:%x\n",uwRet); 
         return uwRet; 
     } 
     /*创建队列*/ 
     uwRet = LOS_QueueCreate("queue", 5, &g_uwQueue, 0, 50); 
     if(uwRet != LOS_OK) 
     { 
         dprintf("create queue failure!,error:%x\n",uwRet); 
     } 
     dprintf("create the queue success!\n"); 
     LOS_TaskUnlock();//解锁任务，只有队列创建后才开始任务调度
 }

结果验证

完整实例代码

sample_queue.c