freeRTOS中的消息邮箱

**1、freeRTOS中的消息邮箱 **

freeRTOS实现的消息邮箱是基于任务通知方式而实现的。

采用这种方式有什么优势呢？

从官方给出的测试报告中有说明到，唤醒由于信号量和事件标志组而处于阻塞态的任务，消息邮箱的速度会提升大约 45%，而且这种方式需要的 RAM 空间更小。

freeRTOS中的消息邮箱使用是比较灵活的，它可以实现二值信号量、计数信号量、事件标志组、消息队列等通知方式。

但用这种 方式实现信号量和事件标志组也有它的局限性，主要表现在以下两个方面：

1）任务通知方式仅可以用在只有一个任务等待信号量，消息邮箱或者事件标志组的情况。

2）如果使用任务通知方式实现消息邮箱替代消息队列时，发送消息的任务是不支持超时等待的。在消息队列中，当数据已经满时，是可以等待消息队列有空间才存新的数据的，但是任务通知方式实现的消 息邮箱就不支持超时等待。

2、有关freeRTOS中的任务控制块

freeRTOS中的每一个任务都有一个任务控制块，而任务控制块本质就是一个结构体变量，用于记录任务的相关的消息。

而在结构体变量中有一个32位的变量成员ulNotifiedValue是可以专门用于任务通知的。这个变量可以实现计数信号量，二值信号量，事件标志组和消息邮箱（消息邮箱就是消息队 列长度为 1 的情况）。

ulNotifiedValue 实现的：

1）设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 可以实现消息邮箱。

2）如果接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 还没有被其接收到，也可以用新数据覆盖原有数据 ，这就是 覆盖方式的消息邮箱 。

3）设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 的 bit0-bit31 数值可以实现事件标志组。

4）设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 数值进行加一或者减一操作可以实现计数信号量和二 值信号量。

3、freeRTOS中消息邮箱的管理API函数

消息邮箱实现的相关API函数：

3.1、消息邮箱的创建

freeRTOS中的消息邮箱是用于任务之间的一种通知方式，它的使用是不需要像信号量这样要专门创建的。是直接发送通知的。

3.2、消息邮箱的发送

1）在任务函数中发送

函数原型：

复制BaseType_t xTaskNotify( TaskHandle_t xTaskToNotify, /* 任务句柄 */
                     uint32_t ulValue,           /* 更新任务控制块中的变量 ulNotifiedValue */
                       eNotifyAction eAction );    /* 任务通知模式设置 */

函数描述：

第 1 个参数是任务句柄。

第 2 个参数是用来更新任务控制块中的 32 位变量 ulNotifiedValue。

第 3 个参数是任务通知模式设置，支持以下 5 个参数：

返回值，根据上面第3个参数的说明，将其设置为 ：

eSetValueWithoutOverwrite ，有可能返回 pdFALSE，其余所有情况都返回值 pdPASS。

使用这个函数要注意以下问题：

1）任务创建后，任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 初始计数值是 0。

2）默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：

复制#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS  1

当然，如果不需要使用任务通知功能相关的函数，可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定 义为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。

3）此函数是用于任务代码中调用的，故不可以在中断服务程序中调用此函数，中断服务程序中使用的是 xTaskNotifyFromISR。

4）根据 FreeRTOS 的建议，实现二值信号量和计数信号量时使用函数 xTaskNotifyGive()替代此函数 xTaskNotify()。

2）在中断中发送

函数原型：

复制BaseType_t xTaskNotifyFromISR( TaskHandle_t xTaskToNotify, /* 任务句柄 */
                    uint32_t ulValue,       /* 更新任务控制块中的变量 ulNotifiedValue */
                        eNotifyAction eAction,     /* 任务通知模式设置 */
                    BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken ); /* 高优先级任务是否被唤醒的状态保存 */

函数描述：

函数 xTaskNotifyFromISR 通过设置任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 可以在中断服务程序中实现任 务事件标志组，任务计数信号量，任务消息邮箱和任务二值信号量四种方式的消息通知。

第 1 个参数是任务句柄。

第 2 个参数是用来更新任务控制块中的 32 位变量 ulNotifiedValue。

第 3 个参数是任务通知模式设置，支持以下 5 个参数：

第4个参数用于保存是否有高优先级任务准备就绪。如果函数执行完毕后，此参数的数值是 pdTRUE ， 说明有高优先级任务要执行，否则没有。

返回值，根据上面第 3 个参数的说明，将其设置为：

eSetValueWithoutOverwrite ，有可能返回 pdFALSE ，其余所有情况都返回值 pdPASS 。

使用这个函数要注意以下问题：

1. 任务创建后，任务控制块中的变量** ulNotifiedValue **初始计数值是 0。
2. 默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：

复制#define  configUSE_TASK_NOTIFICATIONS   1

当然，如果用户不需要使用任务通知功能相关的函数，可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定 义为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。

3）此函数是用于中断服务程序中调用的，故不可以在任务代码中调用此函数，任务代码中使用的是 xTaskNotify。

4）FreeRTOS 的建议，实现二值信号量和计数信号量时使用函数 vTaskNotifyGiveFromISR ()替代 此函数 xTaskNotifyFromISR ()。

3.3、等待消息邮箱

（1）等待消息邮箱

函数原型：

复制BaseType_t xTaskNotifyWait(
          /* 设置函数执行前清零任务控制块中变量 ulNotifiedValue 那些位 */
            uint32_t ulBitsToClearOnEntry,
          /*设置函数退出前清零任务控制块中变量 ulNotifiedValue 那些位 */
            uint32_t ulBitsToClearOnExit,
          /* 保存任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 到指针变量 pulNotifiedValue 所指向的存储单元 */
            uint32_t *pulNotificationValue,
          /* 等待消息通知的最大等待时间 */
            TickType_t xTicksToWait
              );

函数描述：

函数 xTaskNotifyWait 可以在任务代码中实现任务事件标志组，任务计数信号量，任务消息邮箱和任务二 值信号量四种方式的消息获取。

第 1 个参数 ulBitsToClearOnEntry 用于函数执行之前，将任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 进 行如下操作 ：

ulNotifiedValue &= ~ulBitsToClearOnEntry

简单的说就是参数 ulBitsToClearOnEntry 哪个位是 1，那么变量 ulNotifiedValue 的那个位就会被 清零。比如 ulBitsToClearOnEntry = 0x01 表示将变量 ulNotifiedValue 的 bit0 清零，又比如 ulBitsToClearOnEntry = 0xffffffff 表示将变量 ulNotifiedValue 的所有位清零。

第 2 个参数 ulBitsToClearOnExit 用于函数退出前，将任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 进行如 下操作 ：

ulNotifiedValue &= ~ ulBitsToClearOnExit

简单的说就是参数 ulBitsToClearOnExit 哪个位是 1，那么变量 ulNotifiedValue 的那个位就会被清 零。比如 ulBitsToClearOnExit= 0x01 表示将变量 ulNotifiedValue 的 bit0 清零，又比如 ulBitsToClearOnExit= 0xffffffff 表示将变量 ulNotifiedValue 的所有位清零。

第 3 个参数用于将任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 保存到此参数指针所指向的存储单元。如果 此参数没有用上，可以将其设置为 NULL。

第 4 个参数是没有消息时，等待消息的最大等待时间，单位系统时钟节拍。

返回值，如果成功接收到消息返回 pdTRUE，否则返回 pdFALSE，比如在设置的超时时间内没有收 到消息。

使用这个函数要注意以下问题：

1）任务创建后，任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 初始计数值是 0。

2）默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：

复制#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS  1

当然，如果用户不需要使用任务通知功能相关的函数，可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定 义为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。

3）如果用户将 FreeRTOSConfig.h 文件中的宏定义 INCLUDE_vTaskSuspend 配置为 1 且第 2 个参数配 置为：

portMAX_DELAY ，那么此函数会永久等待直到消息可用。

4）根据 FreeRTOS 的建议，实现二值信号量和计数信号量时使用函数 ulTaskNotifyTake ()替代此函数 xTaskNotifyWait ()。

4、消息邮箱的应用示例

为了更好的说明freeRTOS中的消息邮箱的使用。下面给出了一个简单的示例。

代码思路如下：

创建3个任务：start_task,led0_task,led2_task。start_task任务用于创建led0_task和led2_task任务，led0_task任务判断按键的情况，然后根据按键按下，消息邮箱发送不同的消息到任务led2_task，在这个任务中改变LED2和LED3的状态。代码示例如下：

复制void start_task(void *pvParameters)
{
    pvParameters =  pvParameters;
    taskENTER_CRITICAL();  //进入临界区

    xTaskCreate((TaskFunction_t)  led0_task,
                 (const char*)    "led0_task",
                  (uint16_t)      TASK_STK_LED0_SIZE,
                  (void*)         NULL,
                  (UBaseType_t)   TASK_LED0_PRIO,
                  (TaskHandle_t*) &LED0_Handler );

    xTaskCreate((TaskFunction_t)  led2_task,
                 (const char*)    "led2_task",
                  (uint16_t)      TASK_STK_LED2_SIZE,
                  (void*)         NULL,
                  (UBaseType_t)   TASK_LED2_PRIO,
                  (TaskHandle_t*) &LED2_Handler );
    vTaskDelete(StartTask_Handler);   //删除开始任务
    taskEXIT_CRITICAL();   //退出临界区
}


void led0_task(void *pvParameters)
{
  //pvParameters =  pvParameters;
  BaseType_t err = pdFALSE;
  uint32_t MboxValue=0;
  for(;;)
  {
     if(gd_eval_key_state_get(KEY_WAKEUP) == RESET)
     {
       MboxValue = 10;
       err = xTaskNotify((TaskHandle_t )  LED2_Handler, //任务句柄，指明往哪个任务发送消息，很重要
                         (uint32_t )      MboxValue,    //发送的消息
                         (eNotifyAction)  eSetValueWithOverwrite //消息发送方式
                        );
     }
     else if(gd_eval_key_state_get(KEY_TAMPER) == RESET)
     {
       MboxValue = 50;
       err = xTaskNotify((TaskHandle_t )  LED2_Handler, //任务句柄
                         (uint32_t )     MboxValue,     //发送的消息
                         (eNotifyAction) eSetValueWithOverwrite //消息发送方式
                        );
     }
     else{}
     gd_eval_led_toggle(LED4);
     vTaskDelay(200);
  }
}


void led2_task(void *pvParameters)
{
  //pvParameters = pvParameters;
  uint32_t notifyValue = 0;
  BaseType_t err;
  for(;;)
  {
     err = xTaskNotifyWait((uint32_t )  0x00,         //进入函数时不清楚bit
                           (uint32_t)   0xffffffff,   //退出函数时清除所有的bit
                           (uint32_t*)  ¬ifyValue, //保存消息的内容
                           (TickType_t) portMAX_DELAY //阻塞时间
                          );
    if(err == pdTRUE)
    {
       switch(notifyValue)
       {
         case 10:
           gd_eval_led_toggle(LED2);
           break;
         case 50:
           gd_eval_led_toggle(LED3);
           break;
         default:
           break;
       }
    }
    vTaskDelay(100);
  }
}