tags: [source-summary] type: source source: "尚硅谷嵌入式技术之FreeRTOS实时操作系统 V1.0.3 — 第10章消息队列" author: "尚硅谷研究院" date: 2026-07-17

created: 2026-07-17

消息队列

用生活理解：消息队列就像快递柜。寄件人（发送任务）把包裹放进柜子，收件人（接收任务）从柜子里取走。柜子有固定数量的格子（队列长度），格子满了寄件人就得排队等空位，格子空了收件人就得等新包裹。每个格子只放固定尺寸的物品（数据拷贝），而不是放一把钥匙让你自己去取（传指针）。

Concept

Basic concept

队列（Queue）是 FreeRTOS 中任务间通信的主要形式，用于在任务之间以及中断和任务之间发送消息。

FIFO 顺序：先发送的消息会被先接收
线程安全：队列操作是原子的，确保多任务环境中的数据完整性
阻塞操作：队列满时发送方可阻塞等待，队列空时接收方可阻塞等待
传值而非传指针：数据被拷贝到队列中（对于大数据可传指针优化）

Working principle

队列内部结构包含：

环形缓冲区：存储实际数据
发送等待列表：队列满时，等待发送的任务进入阻塞
接收等待列表：队列空时，等待接收的任务进入阻塞

当队列有空间时，最高优先级的等待发送任务将解除阻塞；当队列有数据时，最高优先级的等待接收任务将解除阻塞。

Core API

Function	Params	Description
`xQueueCreate()`	`uxQueueLength`, `uxItemSize`	动态创建队列
`xQueueSend()`	`xQueue`, `pvItemToQueue`, `xTicksToWait`	尾部写入消息
`xQueueSendToBack()`	同上	同 xQueueSend()
`xQueueSendToFront()`	同上	头部写入消息
`xQueueReceive()`	`xQueue`, `pvBuffer`, `xTicksToWait`	头部读取并删除消息
`xQueuePeek()`	同上	头部读取消息（不删除）
`xQueueOverwrite()`	`xQueue`, `pvItemToQueue`	覆写（仅队列长度=1时可用）

Experiment

Requirements

学习使用 FreeRTOS 队列相关函数，包括创建队列、入队和出队操作：

task1：按键 KEY1/KEY2 按下时，将键值发送到 queue1（小数据队列）；按键 KEY3 按下时，将大数据的地址发送到 big_queue（指针队列）
task2：从 queue1 读取消息并打印键值
task3：从 big_queue 读取大数据地址，通过地址访问数据

Code Implementation

File: P09/09_消息队列/Core/Src/freertos_demo.c

#include "queue.h"                          /* 队列操作头文件 */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

/* 任务配置 */
#define START_TASK_PRIORITY     1
#define START_TASK_STACK_DEPTH  128
TaskHandle_t start_task_handler;
void Start_Task(void *pvParameters);

#define TASK1_PRIORITY          2
#define TASK1_STACK_DEPTH       128
TaskHandle_t task1_handler;
void Task1(void *pvParameters);

#define TASK2_PRIORITY          3
#define TASK2_STACK_DEPTH       128
TaskHandle_t task2_handler;
void Task2(void *pvParameters);

#define TASK3_PRIORITY          4
#define TASK3_STACK_DEPTH       128
TaskHandle_t task3_handler;
void Task3(void *pvParameters);

QueueHandle_t queue1;           /* 小数据队列句柄 */
QueueHandle_t big_queue;        /* 大数据队列句柄 */
char buff[100] = {"大大大fdahjk324hjkhfjksdahjk#$@!@#jfaskdfhjka"};

/* FreeRTOS入口函数 */
void FreeRTOS_Start(void)
{
    /* 创建queue1队列：长度2，每个元素1字节 */
    queue1 = xQueueCreate(2, sizeof(uint8_t));
    if (queue1 != NULL) {
        printf("queue1队列创建成功\r\n");
    } else {
        printf("queue1队列创建失败\r\n");
    }

    /* 创建big_queue队列：长度1，每个元素为指针(char*) */
    big_queue = xQueueCreate(1, sizeof(char *));
    if (big_queue != NULL) {
        printf("big_queue队列创建成功\r\n");
    } else {
        printf("big_queue队列创建失败\r\n");
    }

    xTaskCreate((TaskFunction_t)Start_Task,
                (char *)"Start_Task",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE)START_TASK_STACK_DEPTH,
                (void *)NULL,
                (UBaseType_t)START_TASK_PRIORITY,
                (TaskHandle_t *)&start_task_handler);
    vTaskStartScheduler();
}

/* 启动任务：创建三个工作任务 */
void Start_Task(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL();       /* 进入临界区 */

    xTaskCreate((TaskFunction_t)Task1,
                (char *)"Task1",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE)TASK1_STACK_DEPTH,
                (void *)NULL,
                (UBaseType_t)TASK1_PRIORITY,
                (TaskHandle_t *)&task1_handler);

    xTaskCreate((TaskFunction_t)Task2,
                (char *)"Task2",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE)TASK2_STACK_DEPTH,
                (void *)NULL,
                (UBaseType_t)TASK2_PRIORITY,
                (TaskHandle_t *)&task2_handler);

    xTaskCreate((TaskFunction_t)Task3,
                (char *)"Task3",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE)TASK3_STACK_DEPTH,
                (void *)NULL,
                (UBaseType_t)TASK3_PRIORITY,
                (TaskHandle_t *)&task3_handler);

    vTaskDelete(NULL);          /* 删除启动任务自身 */
    taskEXIT_CRITICAL();        /* 退出临界区 */
}

/* task1：扫描按键，入队 */
void Task1(void *pvParameters)
{
    uint8_t key = 0;
    char *buf;
    BaseType_t err = 0;
    buf = &buff[0];             /* 获取大数据缓冲区地址 */

    while (1) {
        key = Key_Detect();
        if (key == KEY1_PRESS || key == KEY2_PRESS) {
            /* 发送键值到queue1队列，永久等待直到成功 */
            err = xQueueSend(queue1, &key, portMAX_DELAY);
            if (err != pdTRUE) {
                printf("queue1队列发送失败\r\n");
            }
        } else if (key == KEY3_PRESS) {
            /* 发送大数据地址到big_queue队列 */
            err = xQueueSend(big_queue, &buf, portMAX_DELAY);
            if (err != pdTRUE) {
                printf("big_queue队列发送失败\r\n");
            }
        }
        vTaskDelay(10);
    }
}

/* task2：从queue1出队（小数据） */
void Task2(void *pvParameters)
{
    uint8_t key = 0;
    BaseType_t err = 0;

    while (1) {
        /* 从queue1读取键值，永久等待 */
        err = xQueueReceive(queue1, &key, portMAX_DELAY);
        if (err != pdTRUE) {
            printf("queue1队列读取失败\r\n");
        } else {
            printf("queue1读取队列成功，数据：%d\r\n", key);
        }
    }
}

/* task3：从big_queue出队（大数据） */
void Task3(void *pvParameters)
{
    char *buf;
    BaseType_t err = 0;

    while (1) {
        /* 从big_queue读取指针，永久等待 */
        err = xQueueReceive(big_queue, &buf, portMAX_DELAY);
        if (err != pdTRUE) {
            printf("big_queue队列读取失败\r\n");
        } else {
            printf("数据：%s\r\n", buf);    /* 通过指针访问大数据 */
        }
    }
}

Key Config

/* FreeRTOSConfig.h */
#define configQUEUE_REGISTRY_SIZE   8   /* 可注册的队列/信号量个数 */

Core API Reference Table

Function	Parameters	Return	Description
`QueueHandle_t xQueueCreate(uxQueueLength, uxItemSize)`	队列长度, 每项字节数	NULL=失败, 非NULL=句柄	动态创建队列
`BaseType_t xQueueSend(xQueue, pvItemToQueue, xTicksToWait)`	队列句柄, 数据指针, 超时ticks	pdPASS/errQUEUE_FULL	尾部写入
`BaseType_t xQueueSendToFront(xQueue, pvItemToQueue, xTicksToWait)`	同上	同上	头部写入
`BaseType_t xQueueReceive(xQueue, pvBuffer, xTicksToWait)`	队列句柄, 接收缓冲区指针, 超时ticks	pdPASS/errQUEUE_EMPTY	读取并删除
`BaseType_t xQueuePeek(xQueue, pvBuffer, xTicksToWait)`	同上	同上	读取不删除
`BaseType_t xQueueOverwrite(xQueue, pvItemToQueue)`	队列句柄, 数据指针	pdPASS	覆写(长度须为1)
`UBaseType_t uxQueueMessagesWaiting(xQueue)`	队列句柄	当前消息数	查询队列中消息数量

Common Issues & Pitfalls

队列项大小与发送不匹配：xQueueCreate 的 uxItemSize 必须与发送数据大小一致。传结构体时特别注意大小。
队列满导致死等：发送时若 xTicksToWait = portMAX_DELAY 且队列始终无空位，任务将永久阻塞。建议设计时确保接收方及时取走数据。
大数据拷贝开销：队列默认传值（拷贝数据）。大数据建议传指针（如 xQueueCreate(1, sizeof(char*))），但需确保指针指向的内存生命周期有效。
中断中发送：在 ISR 中使用 xQueueSendFromISR() 而非 xQueueSend()，且末尾调用 portYIELD_FROM_ISR() 触发切换。

10-消息队列.md 8.8 KB تاريخچه خام