当前位置：首页 > news >正文

Freertos中队列头尾指针及读写指针工作机制

news 2026/6/2 5:27:07

1.数据结构定义

// 简化版队列结构体（仅保留指针相关成员）
typedef struct QueueDefinition
{
int8_t *pcHead; // 队列存储区起始地址
int8_t *pcWriteTo; // 写指针，指向下一个可写入的位置
union
{
struct
{
int8_t *pcTail; // 队列存储区结束地址（最后一个字节的下一个位置）
int8_t *pcReadFrom; // 读指针，指向最后一次读取的末尾（经典实现）
} xQueue;
// 其他成员（用于互斥量等）省略
} u;
UBaseType_t uxLength; // 队列长度（消息个数）
UBaseType_t uxItemSize; // 每个消息的字节数
UBaseType_t uxMessagesWaiting; // 当前消息数量
} Queue_t;

2. 队列创建与初始化

假设我们创建一个能存放3个uint32_t类型数据的队列（每个消息 4 字节）。

QueueHandle_t xQueue = xQueueCreate(3, sizeof(uint32_t));

QueueHandle_t xQueue = xQueueCreate(3, sizeof(uint32_t)) { xQueueGenericCreate() { pxNewQueue = ( Queue_t * ) pvPortMalloc( sizeof( Queue_t ) + xQueueSizeInBytes ); pucQueueStorage = ( uint8_t * ) pxNewQueue;//消息头部地址 pucQueueStorage += sizeof( Queue_t ); //消息内容地址 prvInitialiseNewQueue() { // 1. 设置存储区边界 pxNewQueue->pcHead = ( int8_t * ) pucQueueStorage; xQueueGenericReset() { pxQueue->u.xQueue.pcTail = pxQueue->pcHead + ( pxQueue->uxLength * pxQueue->uxItemSize ); // 2. 写指针指向头部 pxQueue->pcWriteTo = pxQueue->pcHead; // 3. 读指针指向存储区的最后一个消息的起始位置（关键！） pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom = pxQueue->pcHead + ( ( pxQueue->uxLength - 1U ) * pxQueue->uxItemSize ); } } } }

初始化后内存示意图如下（假设起始地址 0x1000）：

地址: 0x1000 0x1004 0x1008 0x100C |-------------|-------------|-------------| 存储区: | 消息槽 1 | 消息槽 2 | 消息槽 3 | |-------------|-------------|-------------| ^ ^ pcHead ^ pcTail pcwriteTo pcReadFrom

消息边界头：pcHead = 0x1000 消息边界尾：pcTail = 0x100C (0x1000 + 12) 写指针：pcWriteTo = 0x1000 读指针：pcReadFrom = 0x1008 (0x100C - 4) 消息计数器：uxMessagesWaiting = 0，队列为空。

3. 发送一个消息到队列尾部（写入）

调用xQueueSend()写入一个值，比如0x12345678。

xQueueSend() { xQueueGenericSend() { prvCopyDataToQueue() { else if( xPosition == queueSEND_TO_BACK ) { //将数据拷贝到 pcWriteTo 指向的位置 memcpy( pxQueue->pcWriteTo, pvItemToQueue, pxQueue->uxItemSize ); // 移动写指针 pxQueue->pcWriteTo += pxQueue->uxItemSize; // 如果写指针到达尾部，回绕到头部 if( pxQueue->pcWriteTo >= pxQueue->u.xQueue.pcTail ) { pxQueue->pcWriteTo = pxQueue->pcHead; } } // 消息计数增加 pxQueue->uxMessagesWaiting++; } } }

地址: 0x1000 0x1004 0x1008 0x100C |-------------|-------------|-------------| 存储区: |0x12345678 | 消息槽 2 | 消息槽 3 | |-------------|-------------|-------------| ^ ^ pcHead ^ ^ pcTail pcwriteTo pcReadFrom 写入前: pcWriteTo = 0x1000 写入后: pcWriteTo = 0x1004 (指向槽2)，先拷贝数据再移动写指针读指针不变: pcReadFrom = 0x1008 (仍指向槽3) 消息计数器：uxMessagesWaiting = 1

4. 接收一个消息到队列（读取）

调用xQueueReceive()读取数据。

xQueueReceive() { prvCopyDataFromQueue() { // 1. 先移动读指针（经典实现） pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom += pxQueue->uxItemSize; // 2. 如果移动后到达或超过尾部，回绕到头部 if (pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom >= pxQueue->pcTail) { pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom = pxQueue->pcHead; } // 3. 从新的 pcReadFrom 位置拷贝数据 memcpy(pvBuffer,pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom, pxQueue->uxItemSize ); } // 4. 消息计数减1 pxQueue->uxMessagesWaiting = uxMessagesWaiting - ( UBaseType_t ) 1; }

地址: 0x1000 0x1004 0x1008 0x100C |-------------|-------------|-------------| 存储区: |0x12345678 | 消息槽 2 | 消息槽 3 | |-------------|-------------|-------------| ^ ^ pcHead ^ pcTail pcReadFrom pcwriteTo 读取前: pcReadFrom= 0x1008 读取后: pcReadFrom= 0x1000 (移动指针后到达尾部，回绕到头部)，先移动读指针后再拷贝数据，读出0x12345678 写指针不变: pcWriteTo = 0x1008 (仍指向槽2) 消息计数器：uxMessagesWaiting = 0

5.发送一个消息到队列头部（在序列3基础上写入）

调用 xQueueSendToFront()写入一个值，比如0x87654321。

xQueueSendToFront() { xQueueGenericSend() { prvCopyDataToQueue() { else if( xPosition == queueSEND_TO_BACK ) { ... } else { //将数据拷贝到 pcReadFrom指向的位置 memcpy( pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom, pvItemToQueue,pxQueue->uxItemSize ) // 移动读指针 pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom -= pxQueue->uxItemSize; //如果超过头部，回绕到尾部的最后一个消息槽起始地址 if( pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom < pxQueue->pcHead ) { pxQueue->u.xQueue.pcReadFrom = ( pxQueue->u.xQueue.pcTail - pxQueue->uxItemSize ); } } // 消息计数增加 pxQueue->uxMessagesWaiting++; } } }

地址: 0x1000 0x1004 0x1008 0x100C |-------------|-------------|-------------| 存储区: |0x12345678 | 消息槽 2 | 0x87654321 | |-------------|-------------|-------------| ^ ^ pcHead ^ pcTail pcwriteTo pcReadFrom 写入前: pcReadFrom = 0x1008，先拷贝数据再移动读指针写入后: pcReadFrom = 0x1004 写指针不变: pcWriteTo = 0x1004 (仍指向槽1) 消息计数器：uxMessagesWaiting = 2 此时若读取一条消息，则读指针+4后拷贝数据，读出头部消息0x87654321

以上例程基于队列未满时写入、队列有消息时读出。其他情况可对照源码查看，本文旨在说明一般情况下队列读写时读指针与写指针的工作机制。

核心设计思想：