[嵌入式]FreeRTOS记录（六、FreeRTOS消息队列（Enocean模块串口通讯）、RAM空间不足问题分析）

本篇文章记录FreeRTOS消息队列的使用，我不从理论开始介绍，直接用起来，然后从发现的问题分析记录解决。
..补充RAM空间不足问题内容，增加FreeRTOS任务占用的RAM空间说明							2021/11/19

1、创建消息队列

在CubemX中，操作如下：
创建完毕生成代码，在代码中可以看到：

...
osThreadId enoecantaskHandle;
osMessageQId EnoceanQueueHandle;
...
void MX_FREERTOS_Init(void) {
  /* USER CODE BEGIN Init */
       
  /* USER CODE END Init */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_MUTEX */
  /* add mutexes, ... */
  /* USER CODE END RTOS_MUTEX */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_SEMAPHORES */
  /* add semaphores, ... */
  /* USER CODE END RTOS_SEMAPHORES */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_TIMERS */
  /* start timers, add new ones, ... */
  /* USER CODE END RTOS_TIMERS */

  /* Create the queue(s) */
  /* definition and creation of EnoceanQueue */
  osMessageQDef(EnoceanQueue, 100, uint8_t);
  EnoceanQueueHandle = osMessageCreate(osMessageQ(EnoceanQueue), NULL);
  ...
  osThreadDef(enoecantask, StartenoecanTask, osPriorityIdle, 0, 192);
  enoecantaskHandle = osThreadCreate(osThread(enoecantask), NULL);
	/* USER CODE BEGIN RTOS_THREADS */
  /* add threads, ... */
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&hlpuart1,UART_IT_RXNE);
  /* USER CODE END RTOS_THREADS */

在上面代码void MX_FREERTOS_Init(void)最后一部分我加入了__HAL_UART_ENABLE_IT(&hlpuart1,UART_IT_RXNE);串口中断使能，开启串口接收。

为什么在MX_FREERTOS_Init最后加入串口中断使能，是为了防止先使能了串口中断，如果操作系统还没有开始调度之前有中断发送，在中断中有消息队列的入队处理，那么是有可能出问题的。

2、中断中发送消息

我们使用消息队列接收串口的数据，那么需要在stm32l0xx_it.c文件中相关串口的中断处理函数进行消息队列的入队操作：
stm32l0xx_it.c：

...
#include "cmsis_os.h"
...
/* USER CODE BEGIN EV */
extern osMessageQId EnoceanQueueHandle;
/* USER CODE END EV */

...
/**
  * @brief This function handles LPUART1 global interrupt / LPUART1 wake-up interrupt through EXTI line 28.
  */
void LPUART1_IRQHandler(void)
{
  u8 res;
  /* USER CODE BEGIN LPUART1_IRQn 0 */
  if(__HAL_UART_GET_FLAG(&hlpuart1,UART_FLAG_RXNE) == SET){
    res = hlpuart1.Instance->RDR;

    xQueueSendFromISR(EnoceanQueueHandle,&res,NULL);
  }
  /* USER CODE END LPUART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&hlpuart1);
  /* USER CODE BEGIN LPUART1_IRQn 1 */

  /* USER CODE END LPUART1_IRQn 1 */
}

2.1 操作寄存器接收串口数据

上面代码中可以看到，使用的是M0 的内核，操作 ISR 和 RDR 寄存器：

如果是M3、M4 的内核，操作 SR 和 DR 寄存器：

2.1 中断中入队

在串口中断中，使用了xQueueSendFromISR(EnoceanQueueHandle,&res,NULL);向消息队列中发送数据；

为什么使用xQueueSendFromISR而不用osMessagePut。

在CubeMX中，封装好的消息发送函数为osMessagePut，和其他一样，封装好的会自动判断是否在中断中发送，自动引用xQueueSendFromISR或者xQueueSend函数，源码如下：

/**
* @brief Put a Message to a Queue.
* @param  queue_id  message queue ID obtained with \ref osMessageCreate.
* @param  info      message information.
* @param  millisec  timeout value or 0 in case of no time-out.
* @retval status code that indicates the execution status of the function.
* @note   MUST REMAIN UNCHANGED: \b osMessagePut shall be consistent in every CMSIS-RTOS.
*/
osStatus osMessagePut (osMessageQId queue_id, uint32_t info, uint32_t millisec)
{
  portBASE_TYPE taskWoken = pdFALSE;
  TickType_t ticks;
  
  ticks = millisec / portTICK_PERIOD_MS;
  if (ticks == 0) {
    ticks = 1;
  }
  
  if (inHandlerMode()) {
    if (xQueueSendFromISR(queue_id, &info, &taskWoken) != pdTRUE) {
      return osErrorOS;
    }
    portEND_SWITCHING_ISR(taskWoken);
  }
  else {
    if (xQueueSend(queue_id, &info, ticks) != pdTRUE) {
      return osErrorOS;
    }
  }
  
  return osOK;
}

但是注意！！！osMessagePut的第二个参数为uint32_t类型，所以只有当定义的消息Item Size 为 uint32_t 时候才能使用，否则消息会出错！

3、消息队列函数形参分析

3.1 关于 void *p

从源码可知，消息队列接收中定义了一个osEvent event;

osEvent osMessageGet (osMessageQId queue_id, uint32_t millisec)
{
  portBASE_TYPE taskWoken;
  TickType_t ticks;
  osEvent event;

我们在上一篇文章
FreeRTOS记录（五、FreeRTOS任务通知） 中的二、任务通知使用 章节的 3、接收通知 小节 用到过osEvent类型，给出了结构体的定义。

其中结构体中关于 value 是一个联合体，比如如果是uint32_t 类型的数据，直接使用 value.v 读取，但如果是一个地址，而且可能是不同的数据类型，就得使用到 void *p ：

同样的，我们在xQueueReceive和xQueueGenericSend里面，第二个形参也使用了void *类型：

BaseType_t xQueueReceive( QueueHandle_t xQueue, void * const pvBuffer, TickType_t xTicksToWait )
...
...
BaseType_t xQueueGenericSend( QueueHandle_t xQueue, const void * const pvItemToQueue, TickType_t xTicksToWait, const BaseType_t xCopyPosition )

这里要说明的是，void *可以指向任何类型的数据！

来看看我们经常使用的memset原型，是不是能更好的理解：

void *memset(void *s, int ch, size_t n);//将s中当前位置后面的n个字节 （typedef unsigned int size_t ）用 ch 替换并返回 s 

所以消息队列这里使用表示他可以发送和接收任意类型的数据，也就是消息类型，从简单的数据，到结构体，二维数组等消息都是可以传递的。

3.2 关于 void * const pvBuffer 和 const void * const pvItemToQueue

对于第一个void * const pvBuffer：
const 后面紧跟的是 pvBuffer , pvBuffer const 类型的，不可变（这里是指的某个地址不可变）但是 *pvBuffer 可变（该地址的数据是可变的）
消息队列接收的时候使用这个定义的形参；

对应的举个例子，如果是const void *pvBuffer：*pvBuffer 是const ,const 后面紧跟的是void，所以 *pvBuffer 可能是任意类型，但是这个数据不可变。

对于第二个const void * const pvItemToQueue：
pvItemToQueue 和 *pvItemToQueue 都是不可变的（这个地址不可变，这个地址上的数据不可变）
消息队列发送的时候使用这个定义实参；

4、数据接收处理

4.1 在任务中接收

在任务中接收消息,因为要保存到数组里面，使用了xQueueReceive函数：

...
uint8 USART_Enocean_BUF[100];
uint8 Enocean_Data = 0;       //数据长度记录   
...
/* USER CODE END Header_StartenoecanTask */
void StartenoecanTask(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartenoecanTask */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    if(xQueueReceive(EnoceanQueueHandle,&USART_Enocean_BUF[Enocean_Data++],portMAX_DELAY) == pdPASS){
      while(xQueueReceive(EnoceanQueueHandle,&USART_Enocean_BUF[Enocean_Data++],15));
      HAL_UART_Transmit(&huart1,USART_Enocean_BUF, Enocean_Data,0xFFFF); //将串口3接收到的数据通过串口1传出 
      memset(USART_Enocean_BUF,0,sizeof(USART_Enocean_BUF));
      Enocean_Data=0;
    }
    // osDelay(1);
  }

在CubeMX中，封装好的消息发送函数为osMessageGet，和其他一样，封装好的会自动判断是否在中断中，自动引用xQueueReceiveFromISR或者xQueueReceive函数，源码如下：

/**
* @brief Get a Message or Wait for a Message from a Queue.
* @param  queue_id  message queue ID obtained with \ref osMessageCreate.
* @param  millisec  timeout value or 0 in case of no time-out.
* @retval event information that includes status code.
* @note   MUST REMAIN UNCHANGED: \b osMessageGet shall be consistent in every CMSIS-RTOS.
*/
osEvent osMessageGet (osMessageQId queue_id, uint32_t millisec)
{
  portBASE_TYPE taskWoken;
  TickType_t ticks;
  osEvent event;
  
  event.def.message_id = queue_id;
  event.value.v = 0;
  
  if (queue_id == NULL) {
    event.status = osErrorParameter;
    return event;
  }
  
  taskWoken = pdFALSE;
  
  ticks = 0;
  if (millisec == osWaitForever) {
    ticks = portMAX_DELAY;
  }
  else if (millisec != 0) {
    ticks = millisec / portTICK_PERIOD_MS;
    if (ticks == 0) {
      ticks = 1;
    }
  }
  
  if (inHandlerMode()) {
    if (xQueueReceiveFromISR(queue_id, &event.value.v, &taskWoken) == pdTRUE) {
      /* We have mail */
      event.status = osEventMessage;
    }
    else {
      event.status = osOK;
    }
    portEND_SWITCHING_ISR(taskWoken);
  }
  else {
    if (xQueueReceive(queue_id, &event.value.v, ticks) == pdTRUE) {
      /* We have mail */
      event.status = osEventMessage;
    }
    else {
      event.status = (ticks == 0) ? osOK : osEventTimeout;
    }
  }
  
  return event;
}

需要把数据保存至我们自己定义的数组中，所以使用了xQueueReceive函数。

然后等待15ms，确保收到的是一帧完整的数据。接收完一帧数据，通过串口1打印出来，然后清空数据。

4.2 数据解析

根据上面的代码，通过串口助手测试看看效果，发现有下面的问题，最后会多出来一位, 但是每次都是一帧数据正常发送（很简单的问题，仔细看一下代码就知道问题所在了）:

问题的原因很简单，如下图：
然后数据解析函数直接用以前的驱动包，需要稍微修改一下函数：
测试效果，成功：

至此，使用消息队列 串口接收 不定长度的数据测试完成，结果也比较理想。

另外提一下，Enocean除了接收，发送可以直接用以前写好的函数，直接在需要的任务中调用：

5 、RAM空间不足问题

5.1问题的出现

这次测试使用的是STM32L051C8，8KB的RAM，64KB的Flash，Flash还是够用的，但是8KB的RAM使用起来就有点捉襟见肘，在中途编译的时候就已经发现：

具体如何计算我有一篇博文单独介绍 内存问题：STM32的内存管理相关（内存架构，内存管理，map文件分析）

果然，在接下来RAM空间不够了：
原因是由于我发现 FreeRTOS 内存可用字节数不够了：

于是我把 FreeRTOS 可用的内存空间修改大了：

我改大了 1KB， 开始我们编译已经看到用了大概7.7KB，所以这么一加上去，RAM空间不够用，提示溢出 616 bytes，

那么我试一下，如果我减少 200 bytes，那么他编译溢出是不是就只有 416 bytes了：

确实如此，但是注意！！！这个值需要是1024 的倍数，这是只是单纯分配大小测试 RAM的占用情况

5.2 FreeRTOS任务占用的RAM空间

通过上面我们也知道，FreeRTOS

5.3 问题的解决办法

那既然遇到这个问题，该如何解决呢？

首先我们得知道内存分配的相关知识，我们知道 系统的堆空间 Heap Size 默认0x200，而且在程序中如果基本不用malloc动态分配空间，那么这个 Heap Size 是可以不用的，但是不能粗暴的设置为0，部分C库函数还要用，一定要分配一定大小。

所以针对自己使用的芯片RAM大小，任务的大小和任务的分配需要好好考虑一下，可以在产品测试的时候先通过vTaskList查看每个任务需要使用的内存大小，再确定分配多少内存，如何查看，请参考另一篇博文：

FreeRTOS记录（四、FreeRTOS任务堆栈溢出问题和临界区）

学会合理的分配内存空间是很有必要的，FreeRTOS 消息队列 用作串口通讯的测试就到这里，后续有关系消息队列的知识再来补充。