阻塞多个 RTOS 对象

队列集简介

队列集是一个 FreeRTOS 功能，可让 RTOS 任务在同时从多个队列和（或）信号量接收数据时进行阻塞（挂起）。队列和信号量被分成集合，之后任务并非对单个队列或信号量进行阻塞，而是对集合进行阻塞。

注意：虽然有时需要阻塞（挂起）多个队列（当 FreeRTOS 与遗留代码的第三方集成时），但不受此类限制的设计通常能以更有效的方式实现相同的功能，方法是使用替代设计模式（记录在此页面底部）。

使用队列集

队列集的使用方式与 select() API 函数和相关函数类似，后者是标准伯克利套接字网络 API 的一部分。

队列集可能包含队列和信号量，合称队列集成员。能获得队列句柄或信号量句柄的 API 函数参数和返回值使用 QueueSetMemberHandle_t 类型。 QueueHandle_t 和 SemaphoreHandle_t 类型的变量通常可以隐式转换为 QueueSetMemberHandle_t 参数或返回值，而不会生成编译器警告（通常不需要显式转换到 QueueSetMemberHandle_t 类型或从该类型进行显式转换）。

创建一个队列集

在使用队列集之前，必须使用 xQueueCreateSet() API 函数来创建队列集。创建后，队列集由 QueueSetHandle_t 类型的变量引用。

添加成员到队列集

使用 xQueueAddToSet() API 函数添加队列或信号量至队列集。

阻塞队列集 (pending)

使用 xQueueSelectFromSet() API 函数测试任何集合成员是否已为读取准备就绪 ——当成员是队列时读取指的是“接收” (receiving)，当成员是信号量时读取指的是“获得” (taking)。

就像使用 xQueueReceive() 和 xSemaphoreTake() API 函数一样，xQueueSelectFromSet() 允许调用任务选择性阻塞，直到队列集成员已为读取准备就绪为止。

如果调用 xQueueSelectFromSet() 超时，则返回 NULL。否则 xQueueSelectFromSet() 会返回已为读取准备就绪的队列集成员的句柄，允许调用任务立即调用 xQueueReceive() 或 xSemaphoreTake()（分别在队列句柄或信号量句柄上），保证操作将成功。

源代码示例

xQueueCreateSet() API 函数文档页面包括源代码示例。

标准演示/测试文件名为 QueueSet.c（位于主 FreeRTOS zip 下载文件的 FreeRTOS/Demo/Common/Minimal/ 目录下）包含一个全面的示例。

使用队列集的替代方案

除非有特定的集成问题需要在多个队列上进行阻塞，否则可以使用单个队列以较小的代码大小、RAM 大小和运行时间开销实现相同的功能。 FreeRTOS-Plus-UDP 实现提供了一个实用的示例，说明了如何完成此操作，相关描述请见以下部分。

UDP/IP 堆栈：问题定义

管理 FreeRTOS-Plus-UDP 堆栈的任务是事件驱动的。事件有多种来源。有些事件没有与之关联的任何数据。有些事件有与之关联的可变数据量。事件包括：

接收帧的以太网硬件。帧包含大型可变的数据量。
完成帧传输、释放网络和 DMA 缓冲区的以太网硬件。

发送数据包的应用程序任务。数据包可以包含大型可变的数据量。

各种软件定时器，包括 ARP 定时器。定时器事件不与任何数据关联。

UDP/IP 堆栈：解决方案

UDP/IP 堆栈本可以为每个事件源使用不同的队列，然后使用队列集一次阻塞所有队列。相反， UDP/IP 堆栈会：

定义一个结构体，其中一个成员保存事件类型，另一成员保存与该事件关联的数据（或数据指针）。
使用创建的单个队列来保存定义的结构体。各事件源会发布到同一队列。

结构体定义如下所示。

typedef struct IP_TASK_COMMANDS
{
    eIPEvent_t eEventType; /* Tells the receiving task what the event is. */
    void *pvData; /* Holds or points to any data associated with the event. */

} xIPStackEvent_t;

使用该结构体的示例：

当 ARP 定时器到期时，它会向队列发送一个事件，同时将 eEventType 设置为 eARPTimerEvent （枚举类型）。 ARP 定时器事件不与任何数据关联，因此未设置 pvData。
当以太网驱动器接收帧时，它会向队列发送一个事件，同时将 eEventType 设置为 eEthernetRxEvent，且将 pvData 设置为指向帧缓冲区。
等等。

UDP/IP 任务使用简单循环处理事件：

/* The variable used to receive from the queue. */
xIPStackEvent_t xReceivedEvent;

for( ;; )
{
    /* Wait until there is something to do. */
    xQueueReceive( xNetworkEventQueue, &xReceivedEvent, portMAX_DELAY );

    /* Perform a different action for each event type. */
    switch( xReceivedEvent.eEventType )
    {
        case eNetworkDownEvent :
            prvProcessNetworkDownEvent();
            break;

        case eEthernetRxEvent :
            prvProcessEthernetFrame( xReceivedEvent.pvData );
            break;

        case eARPTimerEvent :
            prvAgeARPCache();
            break;

        case eStackTxEvent :
            prvProcessGeneratedPacket( xReceivedEvent.pvData );
            break;

        case eDHCPEvent:
            vDHCPProcess();
            break;

        default :
            /* Should not get here. */
            break;
    }
}

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