一.概述
1.介绍
队列(queue)可以用于"任务到任务"、“任务到中断”、"中断到任务"直接传输信息。
2.核心功能
线程安全：自动处理多任务访问时的互斥问题。
数据复制：入队时复制数据（而非引用），避免内存共享风险。
阻塞机制：当队列满 / 空时，任务可选择阻塞等待。
优先级支持：高优先级任务优先获取队列资源。
3.关键属性
固定长度：创建时需指定队列长度（元素个数）。
固定大小：每个元素的字节数固定（如sizeof(int)）。
先进先出（FIFO）：默认按入队顺序出队（也支持 LIFO）。
4.原理图
二.队列的基本操作
1.创建
队列的创建有两种方法：动态分配内存、静态分配内存，
（1）动态分配内存：xQueueCreate，队列的内存在函数内部动态分配
QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize );
（2）静态分配内存：xQueueCreateStatic，队列的内存要事先分配好
QueueHandle_t xQueueCreateStatic(
UBaseType_t uxQueueLength,
UBaseType_t uxItemSize,
uint8_t *pucQueueStorageBuffer,
StaticQueue_t *pxQueueBuffer
);
（3）示例代码：
// 示例代码
#define QUEUE_LENGTH 10
#define ITEM_SIZE sizeof( uint32_t )
// xQueueBuffer用来保存队列结构体
StaticQueue_t xQueueBuffer;
// ucQueueStorage 用来保存队列的数据
// 大小为：队列长度 * 数据大小
uint8_t ucQueueStorage[ QUEUE_LENGTH * ITEM_SIZE ];
void vATask( void *pvParameters )
{
QueueHandle_t xQueue1;
// 创建队列: 可以容纳QUEUE_LENGTH个数据，每个数据大小是ITEM_SIZE
xQueue1 = xQueueCreateStatic( QUEUE_LENGTH,
ITEM_SIZE,
ucQueueStorage,
&xQueueBuffer );
}
2.复位
队列刚被创建时，里面没有数据；使用过程中可以调用xQueueReset()把队列恢复为初始状态，此函数原型为：
/* pxQueue : 复位哪个队列;
* 返回值: pdPASS(必定成功)
*/
BaseType_t xQueueReset( QueueHandle_t pxQueue);
3.删除
删除队列的函数为vQueueDelete()，只能删除使用动态方法创建的队列，它会释放内存。原型如下：
void vQueueDelete( QueueHandle_t xQueue );
4.写队列
可以把数据写到队列头部，也可以写到尾部，这些函数有两个版本：在任务中使用、在ISR中使用。函数原型如下：
/* 等同于xQueueSendToBack
* 往队列尾部写入数据，如果没有空间，阻塞时间为xTicksToWait
*/
BaseType_t xQueueSend(
QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait
);
/*
* 往队列尾部写入数据，如果没有空间，阻塞时间为xTicksToWait
*/
BaseType_t xQueueSendToBack(
QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait
);
/*
* 往队列尾部写入数据，此函数可以在中断函数中使用，不可阻塞
*/
BaseType_t xQueueSendToBackFromISR(
QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
);
/*
* 往队列头部写入数据，如果没有空间，阻塞时间为xTicksToWait
*/
BaseType_t xQueueSendToFront(
QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
TickType_t xTicksToWait
);
/*
* 往队列头部写入数据，此函数可以在中断函数中使用，不可阻塞
*/
BaseType_t xQueueSendToFrontFromISR(
QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
);
5 读队列
使用xQueueReceive()函数读队列，读到一个数据后，队列中该数据会被移除。这个函数有两个版本：在任务中使用、在ISR中使用。函数原型如下：
BaseType_t xQueueReceive( QueueHandle_t xQueue,
void * const pvBuffer,
TickType_t xTicksToWait );
BaseType_t xQueueReceiveFromISR(
QueueHandle_t xQueue,
void *pvBuffer,
BaseType_t *pxTaskWoken
);
6.查询
可以查询队列中有多少个数据、有多少空余空间。函数原型如下：
/*
* 返回队列中可用数据的个数
*/
UBaseType_t uxQueueMessagesWaiting( const QueueHandle_t xQueue );
/*
* 返回队列中可用空间的个数
*/
UBaseType_t uxQueueSpacesAvailable( const QueueHandle_t xQueue );
7.覆盖/偷看
当队列长度为1时，可以使用xQueueOverwrite()或xQueueOverwriteFromISR()来覆盖数据。
注意，队列长度必须为1。当队列满时，这些函数会覆盖里面的数据，这也以为着这些函数不会被阻塞。
函数原型如下：
/* 覆盖队列
* xQueue: 写哪个队列
* pvItemToQueue: 数据地址
* 返回值: pdTRUE表示成功, pdFALSE表示失败
*/
BaseType_t xQueueOverwrite(
QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue
);
BaseType_t xQueueOverwriteFromISR(
QueueHandle_t xQueue,
const void * pvItemToQueue,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
);
8.队列的基本使用
本程序会创建一个队列，然后创建2个发送任务、1个接收任务：
发送任务优先级为1，分别往队列中写入100、200
接收任务优先级为2，读队列、打印数值
（1）main函数中创建的队列、创建了发送任务、接收任务，代码如下：
/* 队列句柄, 创建队列时会设置这个变量 */
QueueHandle_t xQueue;
int main( void )
{
prvSetupHardware();
/* 创建队列: 长度为5，数据大小为4字节(存放一个整数) */
xQueue = xQueueCreate( 5, sizeof( int32_t ) );
if( xQueue != NULL )
{
/* 创建2个任务用于写队列, 传入的参数分别是100、200
* 任务函数会连续执行，向队列发送数值100、200
* 优先级为1
*/
xTaskCreate( vSenderTask, "Sender1", 1000, ( void * ) 100, 1, NULL );
xTaskCreate( vSenderTask, "Sender2", 1000, ( void * ) 200, 1, NULL );
/* 创建1个任务用于读队列
* 优先级为2, 高于上面的两个任务
* 这意味着队列一有数据就会被读走
*/
xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 2, NULL );
/* 启动调度器 */
vTaskStartScheduler();
}
else
{
/* 无法创建队列 */
}
/* 如果程序运行到了这里就表示出错了, 一般是内存不足 */
return 0;
}
（2）发送任务的函数中，不断往队列中写入数值，代码如下：
static void vSenderTask( void *pvParameters )
{
int32_t lValueToSend;
BaseType_t xStatus;
/* 我们会使用这个函数创建2个任务
* 这些任务的pvParameters不一样
*/
lValueToSend = ( int32_t ) pvParameters;
/* 无限循环 */
for( ;; )
{
/* 写队列
* xQueue: 写哪个队列
* &lValueToSend: 写什么数据? 传入数据的地址, 会从这个地址把数据复制进队列
* 0: 不阻塞, 如果队列满的话, 写入失败, 立刻返回
*/
xStatus = xQueueSendToBack( xQueue, &lValueToSend, 0 );
if( xStatus != pdPASS )
{
printf( "Could not send to the queue.\r\n" );
}
}
}
（3）接收任务的函数中，读取队列、判断返回值、打印，代码如下：
static void vReceiverTask( void *pvParameters )
{
/* 读取队列时, 用这个变量来存放数据 */
int32_t lReceivedValue;
BaseType_t xStatus;
const TickType_t xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS( 100UL );
/* 无限循环 */
for( ;; )
{
/* 读队列
* xQueue: 读哪个队列
* &lReceivedValue: 读到的数据复制到这个地址
* xTicksToWait: 如果队列为空, 阻塞一会
*/
xStatus = xQueueReceive( xQueue, &lReceivedValue, xTicksToWait );
if( xStatus == pdPASS )
{
/* 读到了数据 */
printf( "Received = %d\r\n", lReceivedValue );
}
else
{
/* 没读到数据 */
printf( "Could not receive from the queue.\r\n" );
}
}
}
三.邮箱
1.FreeRTOS的邮箱概念跟别的RTOS不一样，这里的邮箱称为"橱窗"也许更恰当：
它是一个队列，队列长度只有1；
写邮箱：新数据覆盖旧数据，在任务中使用xQueueOverwrite()，在中断中使用xQueueOverwriteFromISR()。
既然是覆盖，那么无论邮箱中是否有数据，这些函数总能成功写入数据。
读邮箱：读数据时，数据不会被移除；在任务中使用xQueuePeek()，在中断中使用xQueuePeekFromISR()。
这意味着，第一次调用时会因为无数据而阻塞，一旦曾经写入数据，以后读邮箱时总能成功。
2.代码示例
main函数中创建了队列(队列长度为1)、创建了发送任务、接收任务：
发送任务的优先级为2，它先执行
接收任务的优先级为1
代码如下：
/* 队列句柄, 创建队列时会设置这个变量 */
QueueHandle_t xQueue;
int main( void )
{
prvSetupHardware();
/* 创建队列: 长度为1，数据大小为4字节(存放一个char指针) */
xQueue = xQueueCreate( 1, sizeof(uint32_t) );
if( xQueue != NULL )
{
/* 创建1个任务用于写队列
* 任务函数会连续执行，构造buffer数据，把buffer地址写入队列
* 优先级为2
*/
xTaskCreate( vSenderTask, "Sender", 1000, NULL, 2, NULL );
/* 创建1个任务用于读队列
* 优先级为1
*/
xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 1, NULL );
/* 启动调度器 */
vTaskStartScheduler();
}
else
{
/* 无法创建队列 */
}
/* 如果程序运行到了这里就表示出错了, 一般是内存不足 */
return 0;
}
发送任务、接收任务的代码和执行流程如下：
运行结果如下图所示：
四.队列与其他 FreeRTOS 对象的对比
五.队列的性能考虑
1.内存开销：
队列本身的控制结构（约 40 字节）。
数据缓冲区（长度 × 元素大小）。
3.复制开销：
入队 / 出队时复制数据，大元素（如结构体）会影响性能。
优化方案：传递指针而非完整数据（需确保内存安全）。
3.阻塞唤醒开销：
任务从阻塞到就绪的上下文切换成本。
——如何调用Huggingface的模型并实现实时返回生成结果)
