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uC/OS-III 队列相关接口

网友: 技术文档 2025-09-02 19:13:12

在 uC/OS（Micro-Controller Operating System）中，队列（Queue）是任务间通信的核心机制之一，用于实现数据缓冲和异步消息传递。uC/OS 的队列设计兼顾了实时性和内存效率，以下从代码结构、核心接口和实现特点进行分析：

一、uC/OS 队列的核心数据结构

uC/OS 中队列的控制块（OS_Q）定义了队列的全部状态信息，关键成员如下（以 uC/OS-III 为例）：

typedef struct os_q { CPU_CHAR Name[OS_OBJ_NAME_LEN]; // 队列名称（调试用） OS_MSG_Q MsgQ;  // 消息队列容器 OS_OBJ_QTY MaxMsg;  // 最大消息数 OS_MSG_SIZE MaxMsgSize; // 单条消息最大字节数 OS_OBJ_TYPE Type;  // 对象类型（标识为队列） // 等待队列（任务阻塞时的等待链表） OS_PEND_LIST PendList; // 其他状态变量（如是否使用动态内存、计数器等） OS_FLAGS Flags; CPU_INT32U MsgQty;  // 当前消息数量 // ...} OS_Q;
  • OS_MSG_Q：实际存储消息的缓冲区，通常为环形队列结构
  • PendList：记录等待该队列的任务（用于阻塞机制）

二、核心接口及实现分析

uC/OS 的队列操作接口封装在os_q.c文件中，核心功能如下：

1. 队列创建（OSQCreate()）

功能：初始化队列控制块，分配消息缓冲区。
关键代码逻辑：

OS_Q *OSQCreate(OS_Q *p_q, CPU_CHAR *p_name, OS_OBJ_QTY max_msg, OS_MSG_SIZE max_msg_size, OS_ERR *p_err){ // 参数校验（空指针、长度合法性） if (p_q == (OS_Q *)0) { *p_err = OS_ERR_OBJ_PTR_NULL; return ((OS_Q *)0); } // 初始化队列控制块成员 p_q->MaxMsg = max_msg; p_q->MaxMsgSize = max_msg_size; p_q->MsgQty = 0u; // 初始化等待链表（无任务等待） OS_PendListInit(&p_q->PendList); // 初始化消息缓冲区（环形队列） OS_MsgQInit(&p_q->MsgQ, max_msg, max_msg_size, p_err); // ... return (p_q);}

特点：

  • 支持静态创建（用户提供OS_Q结构体）和动态创建（内部调用malloc）
  • 需指定最大消息数和单条消息长度，避免内存溢出
2. 发送消息（OSQPost()）

功能：向队列尾部发送消息，支持阻塞 / 非阻塞模式。
核心逻辑：

OS_OBJ_QTY OSQPost(OS_Q *p_q,  void *p_msg,  OS_MSG_SIZE msg_size,  OS_FLAGS opt,  OS_ERR *p_err){ CPU_SR_ALLOC(); // 用于临界区保护 CPU_CRITICAL_ENTER(); // 关中断（确保操作原子性） // 检查队列是否已满 if (p_q->MsgQty >= p_q->MaxMsg) { CPU_CRITICAL_EXIT(); *p_err = OS_ERR_Q_FULL; return (0u); } // 复制消息到队列缓冲区（支持指针传递或数据拷贝） OS_MsgQPut(&p_q->MsgQ, p_msg, msg_size, opt, p_err); p_q->MsgQty++; // 唤醒等待该队列的任务（如有） if (OS_PendListIsEmpty(&p_q->PendList) == DEF_NO) { OS_PendListPost(&p_q->PendList, p_msg, msg_size, opt, p_err); } CPU_CRITICAL_EXIT(); // 开中断 // ... return (1u);}

关键特性：

  • 支持OS_OPT_POST_FIFO（先进先出）和OS_OPT_POST_LIFO（后进先出）模式
  • 消息可通过指针传递（零拷贝，适合大数据）或拷贝（内存独立，安全但耗时）
3. 接收消息（OSQPend()）

功能：从队列头部获取消息，队列为空时可阻塞等待。
核心逻辑：

void *OSQPend(OS_Q *p_q,  OS_TICK timeout,  OS_OPT opt,  OS_MSG_SIZE *p_msg_size,  CPU_TS *p_ts,  OS_ERR *p_err){ void *p_msg; CPU_SR_ALLOC(); CPU_CRITICAL_ENTER(); // 队列有消息：直接取消息 if (p_q->MsgQty > 0u) { p_msg = OS_MsgQGet(&p_q->MsgQ, p_msg_size, p_err); p_q->MsgQty--; CPU_CRITICAL_EXIT(); return (p_msg); } // 队列空：任务进入阻塞状态 else { // 将当前任务加入等待链表 OS_PendListWait(&p_q->PendList, (OS_PEND_OBJ *)p_q, OS_TASK_PEND_ON_Q, timeout, opt, p_err); CPU_CRITICAL_EXIT(); // 任务调度（切换到其他就绪任务） OSSched(); // 被唤醒后获取消息 p_msg = OSTCBCur->MsgPtr; *p_msg_size = OSTCBCur->MsgSize; // ... return (p_msg); }}

阻塞机制：

  • 任务调用OSQPend()时若队列空，会被加入PendList并进入阻塞态
  • 超时时间timeout为 0 表示非阻塞（立即返回错误），OS_OPT_PEND_BLOCKING表示无限等待
  • 当消息到来时，OSQPost()会唤醒等待队列中优先级最高的任务
4. 其他关键接口
  • OSQFlush()：清空队列所有消息（重置缓冲区指针）
  • OSQDel()：删除队列（需确保无任务等待）
  • OSQQuery()：查询队列状态（当前消息数、最大容量等）
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