RT-Thread-[RealTouch例程]消息队列的基本使用RT-Thread问答社区

[RealTouch例程]消息队列的基本使用

发布于 2012-08-18 15:05:10 浏览：13561 订阅该版

实验目的
?	了解消息队列的基本使用
?	熟练使用消息队列实现多个线程间通信
硬件说明
本实验使用RT-Thread官方的Realtouch开发板作为实验平台。涉及到的硬件主要为：
?	串口3，作为rt_kprintf输出
需要连接JTAG扩展板，具体请参见《Realtouch开发板使用手册》
实验原理及程序结构
实验设计
本实验演示消息队列在RT-Thread中作为线程间通信的手段是如何使用的。
实验中创建三个线程，线程1从消息队列中获取消息；线程2向消息队列中发送普通消息，即消息会被放在消息队列的尾部；线程3向消息队列中发送一个紧急消息，即这个消息会被放在消息队列的头部。
本实验同样使用静态消息队列来作为演示，涉及静态消息队列初始化/脱离。动态消息创建/删除类似，不再赘述。
源程序说明
本实验对应kernel_message_queue
系统依赖
在rtconfig.h中需要开启
```	#define RT_USING_HEAP```
此项可选，开启此项可以创建动态线程和动态互斥量，如果使用静态线程和静态互斥量，则此项不是必要的
```	#define RT_USING_MESSAGEQUEUE```
此项必须，开启此项后才可以使用消息队列相关API
```	#define RT_USING_CONSOLE```
此项必须，本实验使用rt_kprintf向串口打印按键信息，因此需要开启此项
主程序说明
在applications/application.c中定义静态消息队列控制块、存放消息的缓冲区。如下所示
定义全局变量代码
```#define MSG_VIP "over"

/* 消息队列控制块 */
static struct rt_messagequeue mq;
/* 消息队列中用到的放置消息的内存池 */
static char msg_pool[2048];
```在applications/application.c中的 int rt_application_init()函数中，初始化消息队列代码如下所示。
初始化消息队列代码
```    rt_err_t result;

/* 初始化消息队列 */
    rt_mq_init(&mq, "mqt", 
        &msg_pool[0], /* 内存池指向msg_pool */ 
        128 - sizeof(void*), /* 每个消息的大小是 128 - void* */
        sizeof(msg_pool), /* 内存池的大小是msg_pool的大小 */
        RT_IPC_FLAG_FIFO);/* 如果有多个线程等待，按照先来先得到的方法分配消息 */
    if (result != RT_EOK)
    {
        rt_kprintf("init message queue failed.
");
        return -1;
}
```在int rt_application_init()初始化名为”thread1”的thread1的静态线程，如下所示。
初始化线程1代码
```    rt_thread_init(&thread1,
                   "thread1",
                   thread1_entry,
                   RT_NULL,
                   &thread1_stack[0],
                   sizeof(thread1_stack),10,50);
rt_thread_startup(&thread1);
```其线程入口函数如下所示，线程1不停地从消息队列中取出消息，打印消息内容，并检测是否为特殊消息（宏MSG_VIP表示），若是，则线程1不再循环接收邮件，从while循环中调出，线程函数运行结束；若否，则继续从消息队列中获取消息。
如果消息队列中没有消息，则线程1会被挂起，直到消息中有消息时，线程1会被唤醒，从挂起变为就绪态。
线程1代码
```ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)         //设置下一句线程栈数组为对齐地址
static char thread1_stack[1024];  //设置线程堆栈为1024Bytes
struct rt_thread thread1;        //定义静态线程数据结构
/* 线程1入口 */
static void thread1_entry(void* parameter)
{
    char buf[128];

while (1)
    {
        rt_memset(&buf[0], 0, sizeof(buf));

/* 从消息队列中接收消息 */
        if (rt_mq_recv(&mq, &buf[0], sizeof(buf), RT_WAITING_FOREVER) == RT_EOK)
        {
            rt_kprintf("thread1: recv msg from msg queue, the content:%s
", buf);
            
            /* 检查是否收到了紧急消息 */
            if (strcmp(buf, MSG_VIP) == 0)
                break;
        }

/* 延时1s */
        rt_thread_delay(RT_TICK_PER_SECOND);
    }

rt_kprintf("thread1: got an urgent message, leave
");
}
```在int rt_application_init()初始化名为”thread2”的thread2的静态线程，如下所示。
初始化线程2代码
```    rt_thread_init(&thread2,
                   "thread2",
                   thread2_entry,
                   RT_NULL,
                   &thread2_stack[0],
                   sizeof(thread2_stack),10,50);
rt_thread_startup(&thread2);
```其线程入口函数如下所示，线程2不停地向消息队列中发送消息，直到消息缓冲区被充满后，跳出循环，调用rt_kprintf打印结束信息后，线程函数运行结束。
线程2代码
```ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)         //设置下一句线程栈数组为对齐地址
static char thread2_stack[1024];  //设置线程堆栈为1024Bytes
struct rt_thread thread2;        //定义静态线程数据结构
/* 线程2入口 */
static void thread2_entry(void* parameter)
{
    int i, result;
    char buf[128];

i = 0;
    while (1)    
    {
        rt_snprintf(buf, sizeof(buf), "this is message No.%d", i);

/* 发送消息到消息队列中 */
        result = rt_mq_send(&mq, &buf[0], sizeof(buf));
        if ( result == -RT_EFULL)
            break;

rt_kprintf("thread2: send message - %s
", buf);

i++;
    }

rt_kprintf("message queue full, thread2 leave
");
}
```在int rt_application_init()初始化名为”thread3”的thread3的静态线程，如下所示。
初始化线程3代码
```    rt_thread_init(&thread3,
                   "thread3",
                   thread3_entry,
                   RT_NULL,
                   &thread3_stack[0],
                   sizeof(thread3_stack),10,50);
    rt_thread_startup(&thread3);
```其线程入口函数如下所示，线程3入口函数中，首先使用rt_thread_delay延时5秒钟，使得线程1和线程2充分运行，之后调用rt_mq_urgent函数向消息队列中发送紧急消息，这个函数会将消息插入到消息队列头部，因此接收消息的线程会优先取得。
如果此时消息队列已经满，则延时20个tick后重复发送，直到正确发送紧急消息，发送成功后线程3入口函数执行完毕退出。
```ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)         //设置下一句线程栈数组为对齐地址
static char thread3_stack[1024];  //设置线程堆栈为1024Bytes
struct rt_thread thread3;        //定义静态线程数据结构

/* 线程3入口函数 */
static void thread3_entry(void* parameter)
{
    char msg[] = MSG_VIP;
    int result;

rt_thread_delay(RT_TICK_PER_SECOND * 5);
    rt_kprintf("thread3: send an urgent message <%s> 
", msg);

/* 发送紧急消息到消息队列中 */
    do {
        result = rt_mq_urgent(&mq, &msg[0], sizeof(msg));
        
        if (result != RT_EOK)
            rt_thread_delay(20);
    } while (result != RT_EOK);
}
```3 编译调试及观察输出信息
编译请参见《RT-Thread配置开发环境指南》完成编译烧录，参考《Realtouch开发板使用手册》完成硬件连接，连接扩展板上的串口和jlink。
运行后可以看到如下信息：
串口输出信息
  | /
- RT -     Thread Operating System
 / |      1.1.0 build Aug  9 2012
 2006 - 2012 Copyright by rt-thread team
thread2: send message - this is message No.0
thread2: send message - this is message No.1
thread2: send message - this is message No.2
thread2: send message - this is message No.3
thread2: send message - this is message No.4
thread2: send message - this is message No.5
thread2: send message - this is message No.6
thread2: send message - this is message No.7
thread2: send message - this is message No.8
thread2: send message - this is message No.9
thread2: send message - this is message No.10
thread2: send message - this is message No.11
thread2: send message - thread1: recv msg from msg queue, the content:this is message No.0
tg queue, the content:thread2: send message - this is message No.13
thread2: send message - this is message No.14
thread2: send message - this is message No.15
message queue full, thread2 leave
thread1: recv msg from msg queue, the content:this is message No.1
thread1: recv msg from msg queue, the content:this is message No.2
thread1: recv msg from msg queue, the content:this is message No.3
thread1: recv msg from msg queue, the content:this is message No.4
thread3: send an urgent message <over> 
thread1: recv msg from msg queue, the content:over
thread1: got an urgent message, leave
结果分析
整个程序运行过程中各个线程的状态变化：
rt_application_init中创建了三个线程，thread1（线程1）、thread2（线程2）、thread3（线程3），它们具有相同的优先级和时间片配置。由于先使用rt_thread_startup(&thread1)，故线程1优先运行，其次运行thread2，最后运行thread3。
在线程1中，首先从消息队列中接收消息，此时消息队列中并没有消息，线程1被挂起，内核会调度线程2运行。在线程2的线程处理函数中，不停使用rt_mq_send向消息队列中发送消息。注意，在rt_mq_send这个函数中，线程1就已经从挂起状态恢复为就绪状态，只是线程2和线程1优先级相同，因此线程2继续运行，可以从终端看到如下信息：
thread2: send message - this is message No.0
………
thread2: send message - this is message No.10
thread2: send message - this is message No.11
接下来的信息需要仔细分析：
thread2: send message - thread1: recv msg from msg queue, the content:this is message No.0
tg queue, the content:thread2: send message - this is message No.13
红色字体是线程2要发送的字符串，显然它没有发送完整；绿色字体为线程1发送字符串，因此我们可以得出结论，线程2的时间片在发送完红色字符串后耗尽。由于三个线程优先级相同，线程3依然处于挂起状态，因此线程1被调度执行，在线程1处理函数中，从
rt_mq_recv函数返回，接下来调用
rt_kprintf("thread1: recv msg from msg queue, the content:%s
", buf);
将接收到的消息输出到串口上。
接下来线程1执行rt_thread_delay延时1秒中，线程1被挂起，此时线程3依然处于挂起状态，线程2继续运行，故输出
thread2: send message - this is message No.13
之后线程2继续向消息队列中发送消息，并同时向串口输出
thread2: send message - this is message No.14
thread2: send message - this is message No.15
此时，消息队列已满，thread2打印如下信息后，线程2处理函数退出。
message queue full, thread2 leave 
一段时间之后（刚才线程1不是被挂起1秒钟么），线程1调度运行，并打印
thread1: recv msg from msg queue, the content:this is message No.1
继续休眠1秒钟，内核执行IDLE线程，1秒钟后，线程1恢复运行，再次获取消息，重复这个过程。在这个循环的过程中，向串口上打印如下信息：
thread1: recv msg from msg queue, the content:this is message No.1
thread1: recv msg from msg queue, the content:this is message No.2
thread1: recv msg from msg queue, the content:this is message No.3
thread1: recv msg from msg queue, the content:this is message No.4

接下来串口信息为：
thread3: send an urgent message <over>
这表明线程3的5秒定时终于到达，线程3被唤醒，并在线程1某个休眠的时间中调度运行，它会打印上面这条信息，并使用rt_mq_urgent函数向消息队列中发送一条紧急消息，之所以称之为紧急消息，是因为这个函数会将消息插入到消息队列的头部。之后线程3的处理函数也执行完毕退出。
一段时间后，线程1调度运行，它从消息队列中获取消息，会得到刚才线程3发送的紧急消息，线程1跳出接收循环，打印
thread1: recv msg from msg queue, the content:over
thread1: got an urgent message, leave
线程1的线程处理函数也退出。

以上就是整个实验中，各个线程的状态转换过程。
5 总结
本实验演示了RT-Thread中消息队列作为多线程通信的用法，以静态消息控制块为例，动态消息队列的用法类似，只是创建/删除需要使用 rt_mq_create/rt_mq_delete函数，读者可以使用动态消息队列重复本实验。

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下载附件 [实验2_8消息队列基本使用.pdf](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/88_f38be0a0069cdbee1e84467df990d751.pdf)

下载附件 [1_kernel_message_queue.zip](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/3089_b66479d9ece8241ffc9a3b6f9f075557.zip)