FreeRTOS 队列集源码剖析:一个任务同时等 8 条队列,它是怎么做到的?

/* queue.c QueueDefinition 中的队列集字段 */typedef struct QueueDefinition{    ...    #if ( configUSE_QUEUE_SETS == 1 )        Queue_t * pxQueueSetContainer;      /* 指向所属队列集, NULL = 不属于任何集 */    #endif} xQUEUE;

/* queue.c  xQueueCreateSet */QueueSetHandle_t xQueueCreateSet(const UBaseType_t uxEventQueueLength ){    QueueSetHandle_t pxQueue;    pxQueue = xQueueGenericCreate( uxEventQueueLength,                                   sizeof( Queue_t * ),   /* 条目 = 队列指针! */                                   queueQUEUE_TYPE_SET );    return pxQueue;}

/* queue.c xQueueAddToSet (精简) */BaseType_t xQueueAddToSet( QueueSetMemberHandle_t xQueueOrSemaphore,                           QueueSetHandle_t xQueueSet ){    BaseType_t xReturn;    taskENTER_CRITICAL();    {        if( ( ( Queue_t * ) xQueueOrSemaphore )->pxQueueSetContainer != NULL )            xReturn = pdFAIL;      /* 一个成员只能属于一个队列集 */        else if( ( ( Queue_t * ) xQueueOrSemaphore )->uxMessagesWaiting != 0 )            xReturn = pdFAIL;      /* 必须空队列才能挂入 */        else        {            /* 挂入动作 = 写反向指针, 仅此而已 */            ( ( Queue_t * ) xQueueOrSemaphore )->pxQueueSetContainer = xQueueSet;            xReturn = pdPASS;        }    }    taskEXIT_CRITICAL();    return xReturn;}

/* queue.c  prvNotifyQueueSetContainer (精简) */static BaseType_t prvNotifyQueueSetContainer(const Queue_t * const pxQueue ){    Queue_t * pxQueueSetContainer = pxQueue->pxQueueSetContainer;    BaseType_t xReturn = pdFALSE;    configASSERT( pxQueueSetContainer );    configASSERT( pxQueueSetContainer->uxMessagesWaiting < pxQueueSetContainer->uxLength );    if( pxQueueSetContainer->uxMessagesWaiting < pxQueueSetContainer->uxLength )    {        const int8_t cTxLock = pxQueueSetContainer->cTxLock;        /* 上报的数据 = 自己的指针 */        xReturn = prvCopyDataToQueue( pxQueueSetContainer, &pxQueue, queueSEND_TO_BACK );        if( cTxLock == queueUNLOCKED )        {            if( listLIST_IS_EMPTY( &( pxQueueSetContainer->xTasksWaitingToReceive ) ) == pdFALSE )            {                if( xTaskRemoveFromEventList( &( pxQueueSetContainer->xTasksWaitingToReceive ) ) != pdFALSE )                    xReturn = pdTRUE;   /* 唤醒了更高优先级任务, 要求调用处 yield */            }            /* else: 等待链表为空 → 没人可唤醒, 什么都不做 */        }        else        {            prvIncrementQueueTxLock( pxQueueSetContainer, cTxLock );  /* 集被锁定: 只记数不碰链表 */        }    }    return xReturn;}

/* queue.c  xQueueGenericSend 快路径中的队列集分支 */if( pxQueue->pxQueueSetContainer != NULL ){    if( ( xCopyPosition == queueOVERWRITE ) && ( uxPreviousMessagesWaiting != 0 ) )        /* overwrite 覆盖了已有条目, 条目数没变, 不上报 */        ...    else if( prvNotifyQueueSetContainer( pxQueue ) != pdFALSE )        queueYIELD_IF_USING_PREEMPTION();   /* 唤醒了更高优先级的等待者 */}else    ...  /* 普通队列: 唤醒 xTasksWaitingToReceive 的任务 */

/* queue.c xQueueGenericSendFromISR 中的队列集分支 */if( cTxLock == queueUNLOCKED ){    if( pxQueue->pxQueueSetContainer != NULL )    {        if( ( xCopyPosition == queueOVERWRITE ) && ( uxPreviousMessagesWaiting != 0 ) )            ...  /* 同 4.4: 覆盖不增条数, 不上报 */        else if( prvNotifyQueueSetContainer( pxQueue ) != pdFALSE )        {            if( pxHigherPriorityTaskWoken != NULL )                *pxHigherPriorityTaskWoken = pdTRUE;   /* 通知 ISR 退出时切上下文 */        }    }    else        ...  /* 普通队列: 唤醒 xTasksWaitingToReceive */}else    prvIncrementQueueTxLock( pxQueue, cTxLock );   /* 成员自身被锁定: 只记数, 上报推迟 */

/* queue.c xQueueSelectFromSet */QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSet( QueueSetHandle_t xQueueSet,                                            TickType_t const xTicksToWait ){    QueueSetMemberHandle_t xReturn = NULL;    ( void ) xQueueReceive( ( QueueHandle_t ) xQueueSet, &xReturn, xTicksToWait );    return xReturn;}

#define QS_CMD_QUEUE_LEN    2#define QS_DATA_QUEUE_LEN   3/* 集长度必须 >= 所有成员容量之和: 每个成员最多上报自己容量个事件 */#define QS_SET_LEN          ( QS_CMD_QUEUE_LEN + QS_DATA_QUEUE_LEN )static QueueSetHandle_t xQueueSet;static QueueHandle_t    xCmdQueue, xDataQueue;voidqueue_set_demo(void){    /* 集本质是"装成员指针"的队列; 三个对象都从 4096B 堆里分配 */    xQueueSet  = xQueueCreateSet(QS_SET_LEN);    xCmdQueue  = xQueueCreate(QS_CMD_QUEUE_LEN, sizeof(int));    xDataQueue = xQueueCreate(QS_DATA_QUEUE_LEN, sizeof(int));    if (xQueueSet == NULL || xCmdQueue == NULL || xDataQueue == NULL)        return;   /* 堆不足 */    /* 挂入: 只能挂空队列, 且一个成员只能属于一个集 */    if (xQueueAddToSet(xCmdQueue, xQueueSet) != pdPASS ||        xQueueAddToSet(xDataQueue, xQueueSet) != pdPASS)        return;    /* 消费者优先级(+2)高于生产者(+1): 成员一入队即触发上报并唤醒消费者 */    printf("[队列集] xQueueCreateSet+命令/数据两成员队列, 消费者+2 生产者+1\r\n");    xTaskCreate(qs_consumer_task, "qs_rx", configMINIMAL_STACK_SIZE * 2, NULL,                tskIDLE_PRIORITY + 2, NULL);    xTaskCreate(qs_cmd_producer_task, "qs_cmd", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL,                tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);    xTaskCreate(qs_data_producer_task, "qs_data", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL,                tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);}

/* 命令生产者: 每秒发一条递增命令号 */static void qs_cmd_producer_task(void *pvParameters){    int iCmd = 0;    for (;;)    {        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));        iCmd++;        /* 消费者优先级更高且即时取走, 队列不会满, 0 超时即可 */        xQueueSendToBack(xCmdQueue, &iCmd, 0);    }}/* 数据生产者: 错开 500ms 启动, 每秒发 10 的倍数(便于区分来源) */static void qs_data_producer_task(void *pvParameters){    int iData = 0;    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));   /* 与命令源错开, 输出交替 */    for (;;)    {        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));        iData += 10;        xQueueSendToBack(xDataQueue, &iData, 0);    }}

staticvoidqs_consumer_task(void *pvParameters){    QueueSetMemberHandle_t xActivatedMember;    int iVal;    for (;;)    {        /* 单点阻塞: 集中任何成员来事件就醒, 返回"是哪个成员"的句柄 */        xActivatedMember = xQueueSelectFromSet(xQueueSet, portMAX_DELAY);        if (xActivatedMember == (QueueSetMemberHandle_t)xCmdQueue)        {            /* 第二段(必须做): Select 只消费了"事件指针", 真数据还在成员里;*/            /* 且可能已被更高优先级消费者抢先取走——失败要容忍, 不是错误 */            if (xQueueReceive(xCmdQueue, &iVal, 0) == pdPASS)                printf("[队列集] 来自命令队列: cmd=%d\r\n", iVal);            else                printf("[队列集] 命令队列事件被其它消费者取走(正常竞争)\r\n");        }        else if (xActivatedMember == (QueueSetMemberHandle_t)xDataQueue)        {            if (xQueueReceive(xDataQueue, &iVal, 0) == pdPASS)                printf("[队列集] 来自数据队列: data=%d\r\n", iVal);            else                printf("[队列集] 数据队列事件被其它消费者取走(正常竞争)\r\n");        }    }}

[队列集] xQueueCreateSet+命令/数据两成员队列, 消费者+2 生产者+1[队列集] 来自命令队列: cmd=1[队列集] 来自数据队列: data=10[队列集] 来自命令队列: cmd=2[队列集] 来自数据队列: data=20  ......(每500ms一条, 命令/数据交替, cmd递增1, data递增10)......

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