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嵌入式操作系统实验：实验三 消息队列
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实验三 消息队列
一、实验目的
理解消息队列的定义及其功能； 掌握消息队列相关数据结构定义及操作规则； 掌握初始化消息队列、建立消息队列、发消息到消息队列、等待消息队列中的消息的流程； 实现OS_QInit( )、OSQCreate( )、OSQPost( )、OSQPend( )。 二、实验内容假设有任务TaskQSen和TaskQRec, TaskQSen在时间片1创建一个消息队列，然后每秒向消息队列中发邮件，其余时间延时。TaskQRec每2秒从消息队列中取邮件，然后延时。 三、对相关数据结构、函数（函数名、返回值，参数）及关键代码进行详细说明(一)、主函数 int main(int argc, char **argv) { int p[2],Experiment ; p[0]=0; p[1]=100; VCInit(); printf("0.没有用户任务\n"); printf("1.第一个例子，一个用户任务\n"); printf("2.第二个例子，两个任务共享CPU交替运行\n"); printf("3.第三个例子，任务的挂起和恢复\n"); printf("4.第四个例子，信号量管理\n"); printf("5.第五个例子，互斥信号量管理\n"); printf("6.第六个例子，事件标志组\n"); printf("7.第七个例子，消息邮箱\n"); printf("8.第八个例子，消息队列\n"); printf("9.第九个例子，内存管理\n"); printf("请输入序号选择例子:\n"); scanf("%d",&Experiment); if ((Experiment10)) { printf("无效的输入!"); return(1); } OSInit(); OSTaskCreate(TaskStart, 0, &TaskStk[1][TASK_STK_SIZE-1], TaskStart_Prio); switch(Experiment) { case 1://一个任务运行 OSTaskCreate(FirstTask, 0, &TaskStk[5][TASK_STK_SIZE-1], 5); break; case 2://两个任务共享CPU OSTaskCreate(E2_task1, 0, &TaskStk[5][TASK_STK_SIZE-1], 5); OSTaskCreate(E2_task2, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6); break; case 3://任务的挂起和恢复 OSTaskCreate(E3_task0, 0, &TaskStk[5][TASK_STK_SIZE-1], 5); OSTaskCreate(E3_task1, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6); OSTaskCreate(E3_task2, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 7); break; case 4://信号量管理例程 OSTaskCreate(UserTaskSemA, 0, &TaskStk[5][TASK_STK_SIZE-1], 7); OSTaskCreate(UserTaskSemB, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6); OSTaskCreate(UserTaskSemC, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 5); break; case 5://互斥信号量管理例程 OSTaskCreate(TaskMutex1, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6); OSTaskCreate(TaskMutex2, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 50); OSTaskCreate(TaskPrint, 0, &TaskStk[8][TASK_STK_SIZE-1], 30); break; case 6://时间标志组管理例程 OSTaskCreate(TaskDataProcess, 0, &TaskStk[5][TASK_STK_SIZE-1],5); OSTaskCreate(TaskIO1, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6); OSTaskCreate(TaskIO2, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 7); OSTaskCreate(TaskIO3, 0, &TaskStk[8][TASK_STK_SIZE-1], 8); OSTaskCreate(TaskIO4, 0, &TaskStk[9][TASK_STK_SIZE-1], 9); break; case 7://消息邮箱 OSTaskCreate(TaskMessageSen, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6); OSTaskCreate(TaskMessageRec, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 7); break; case 8://消息队列 OSTaskCreate(TaskQSen, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 5); OSTaskCreate(TaskQRec, 0, &TaskStk[8][TASK_STK_SIZE-1], 6); OSTaskCreate(TaskQRec, 0, &TaskStk[9][TASK_STK_SIZE-1], 7); break; case 9://内存管理 OSTaskCreate(TaskM, 0, &TaskStk[8][TASK_STK_SIZE-1], 6); break; default: ; } OSStart(); return(0); }这段代码是一个简化的实时操作系统的例程选择器，它允许用户选择不同的操作系统任务演示。代码的主要部分包括初始化、用户输入接收以及根据输入启动对应的任务。以下是对关键数据结构、函数和代码片段的详细说明： 数据结构int p[2]: 一个整数数组，用来存放相关数据，但在此代码片段中未见其它用途。TaskStk[][]: 一个二维数组，看起来像是为不同任务预设的栈空间。实时操作系统中每个任务通常有自己的栈。TASK_STK_SIZE: 预定义的常量，指定了任务栈的大小。 函数main函数类型: int 参数：int argc: 命令行参数的数量char **argv: 命令行参数的字符串数组指针。 返回值：程序退出码。0表示正常退出，非 0 值表示有错误发生。 VCInit：用于初始化线程的上下文。 OSInit：初始化操作系统环境的函数。它可能会设置一些关键的数据结构、定时器、任务调度器等。 OSTaskCreate：用来创建一个新的任务。 参数可能包括：任务函数指针：指向任务执行体的函数指针。传递给任务的可选参数。任务的栈顶指针：指指向任务栈顶的指针。任务的优先级。 OSStart：用来启动操作系统调度，使得创建的任务开始按照优先级和调度策略执行。 关键代码片段： 1.接收用户输入 scanf("%d", &Experiment); if ((Experiment < 0) || (Experiment > 10)) { printf("无效的输入!"); return (1); }此段代码要求用户输入一个数字来选择示例任务，并检查输入是否有效。 2.根据输入创建任务 switch(Experiment) { case 1: // 一个任务运行 OSTaskCreate(...); break; // …后续case语句类似地创建不同的任务集合… }根据用户输入（通过Experiment变量），使用switch结构来选择创建和启动不同的任务例程。 (二)、VCInit函数 void VCInit(void) { HANDLE cp,ct; Context.ContextFlags = CONTEXT_CONTROL; cp = GetCurrentProcess(); //得到当前进程句柄 ct = GetCurrentThread(); //得到当前线程伪句柄 DuplicateHandle(cp, ct, cp, &mainhandle, 0, TRUE, 2); //伪句柄转换,得到线程真句柄 }这段代码提供VCInit函数的实现，下面对该函数进行详细分析： HANDLE cp, ct;: HANDLE是一个Windows API中用来指代资源（如进程、线程、文件等）的类型。在这里，`cp` 用来存储当前进程的句柄，而 ct 用来存储当前线程的句柄。 Context.ContextFlags = CONTEXT_CONTROL: CONTEXT_CONTROL通常表示我们只对线程的控制寄存器感兴趣，这可能包括程序计数器和栈指针。Context是一个结构体，可能在这个代码片段之外定义，用来存储线程上下文信息。 GetCurrentProcess();: 这个函数调用返回一个当前进程的句柄。 GetCurrentThread();: 返回一个当前线程的伪句柄，所谓的“伪句柄”是一个特殊值，它只对拥有它的进程有效，并且在该进程的上下文中可以代表它引用的对象（这里是指线程）。 DuplicateHandle(cp, ct, cp, &mainhandle, 0, TRUE, 2);: 该函数用来复制对象的句柄，使得句柄有更多的权限或者在新的进程中有效。参数列表意义如下：cp: 源句柄所在的进程，这里是当前进程。ct: 需要被复制的句柄，这里是当前线程的伪句柄。cp: 目标句柄所在的进程，依然是当前进程。&mainhandle: 一个指向 `HANDLE` 类型的指针，复制成功后这里将保存新句柄。0: 新句柄的所需访问权限，这里设为0表示默认。TRUE: 是否继承标志，在新进程中是否可以继承该句柄。2: 选项标志，`DUPLICATE_SAME_ACCESS` 的值通常定义为2，意味着复制的句柄将和原句柄有相同的访问权限。 (三)、TaskStart函数 void TaskStart(void * pParam) { char err; OS_EVENT *sem1; /*模拟设置定时器中断。开启一个定时器线程,每秒中断100次,中断服务程序OSTickISRuser*/ timeSetEvent(1000/OS_TICKS_PER_SEC, 0, OSTickISRuser, 0, TIME_PERIODIC); OSStatInit(); /*统计任务初始化*/ sem1 = OSSemCreate(0); OSSemPend(sem1, 0, &err); //等待事件发生，被阻塞； }该函数详细说明如下： void * pParam: 是一个指向任意数据类型的指针，通常用于传递用户定义数据给任务。在此函数实现中并没有使用这个参数。char err: 用于接收错误代码，它在 OSSemPend函数调用时作为错误状态的输出。 OS_EVENT *sem1: 变量 sem1是指向 OS_EVENT` 类型的指针，OS_EVENT是一种用来处理各种事件的结构体，在这里特指一个信号量。 函数内部的重要操作说明如下：timeSetEvent(1000/OS_TICKS_PER_SEC, 0, OSTickISRuser, 0, TIME_PERIODIC): 这行代码调用了一个函数 timeSetEvent，目的是设置一个定时器，以便周期性地调用中断服务例OSTickISRuser。这个定时器每 1000/OS_TICKS_PER_SEC`毫秒，也就是 OS_TICKS_PER_SEC 次/秒触发一次。这里 TIME_PERIODIC表示定时器是周期性的，也就是说，它会按照指定的间隔无限期地重复触发。OS_TICKS_PER_SEC是一个常量，它说明了操作系统的时钟节拍频率，即每秒钟时钟中断的次数。OSTickISRuser可能是用户定义的中断服务例程，它将在每个时钟节拍被调用。OSStatInit(): 这是一个初始化操作系统统计任务的函数调用。它可能会允许系统收集关于任务执行的统计数据，例如CPU占用和任务切换频率等。 sem1 = OSSemCreate(0): 此调用创建一个新的信号量并将其计数器初始化为0，信号量是用于线程或任务同步的一种手段。OSSemPend(sem1, 0, &err): 这行代码将任务置于等待状态，直到信号量 sem1 变得可用，也就是它的计数器超过0。第二个参数表示任务在获取不到信号量时无限期等待。如果等待过程中出现错误，err将存储相应的错误代码。 四、实验结果与分析
通过本次实验，我对消息队列的概念有了更直观的理解。实验中我创建了两个任务，TaskQSen负责定时发送消息至队列，TaskQRec则从队列中接收消息。这个过程深刻展示了消息队列在任务间通信中的异步性和缓冲能力。我体会到了，在嵌入式实时系统中，消息队列是一种重要的数据交换手段，它可以有效地解耦任务的生产者和消费者。对消息队列进行编程操作的过程中，我学习到了如何使用 OSQCreate和 OSQPend等API，不仅理解了函数背后的逻辑，也对应用编程接口的使用有了更加深入的了解。 |
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