在 FreeRTOS 中使用字符串队列

Question

我正在使用 Ardunio/ESP32，而且我对 FreeRTOS 还很陌生。我想要一个单独负责在串口上打印文本的任务，其他任务可以推送消息。 所以，我决定使用一个容量为 10 项的 char 数组（或 std::string）队列。 但是我不确定队列存储分配对于不同长度的元素是如何工作的！

您能否告诉我应该如何创建和使用队列以及应该考虑哪些因素？

Answer 1

TL;DR：创建一个指向std::string 的指针队列并在任一侧处理new/delete。确保生产者和消费者都在使用共享内存空间。

在像 FreeRTOS Queue 这样的“原始”内存 API 中使用 std::string 的问题实际上并不是对象大小的问题。事实上，std::string 对象的大小是固定的，与对象存储的字符数组的大小无关。不相信我？尝试在您自己的机器上编译和运行这个简单的程序：

#include <iostream>

int main(int argc, char **argv)
{
    std::string str1 = "short";
    std::string str2 = "very very very very very very long";

    std::cout << "str1 length = " << sizeof(str1) << "\n";
    std::cout << "str2 length = " << sizeof(str2) << "\n";
    return 0;
}

你会得到这样的东西（实际大小会因你的平台而异）：

str1 length = 24
str2 length = 24

请注意，如果您使用str1.size()，此结果会有所不同。

原因是像std::string 这样的标准库容器通常将它们的内容存储在malloc'ed 块中，因此std::string 对象本身只会存储一个指向包含字符串中字符数据的数组的指针。在这种情况下，sizeof() 从编译器的角度告诉您对象的大小，这将是指针和其他固定元数据（即结构的字段）的大小。 .size() 方法告诉您实现中的字符串大小，其中将包括对分配的字符数组的字符串长度计算。

您不能将std::string 对象复制到xQueueSend() 变体中的原因是生命周期管理问题。 FreeRTOS API 通过原始memcpy 执行*Send 和*Receive。标准库容器通常不是 POD 类型，这意味着它们必须通过专用的复制构造函数进行复制。如果您不这样做，您可能会使对象的某些内部状态无效，除非您真的知道自己在做什么。

因此，完成这项工作的最简单方法如下所示：

1. 在xQueueCreate() 上，将对象大小设置为sizeof(std::string *)：

xQueue = xQueueCreate(NUM_OBJECTS, sizeof(std::string *));

1. 在xQueueSend() 上，通过运算符new 创建std::string，并将地址传递给该指针以进行复制。不要删除对象。

std::string *pStr = new std::string("hello world!");
xQueueSend(xQueue, &pStr, (TickType_t)0);

1. 在xQueueReceive() 上，复制出指针。用这个指针做你需要做的事情，然后delete它。

std::string *pStr = NULL;
xQueueReceive(xQueue, &pStr, (TickType_t)10);
// do stuff with pStr
delete pStr;

Answer 2

嗨，在这个例子中，我将使用结构体在队列中发送一个字符串数据：

首先我们创建结构体：

typedef struct log_payload_t
{
    uint8_t message[256];
} log_payload_t;

创建队列：

xQueueHandle log_queue;
int main(int argc, char **argv)
{
   log_queue = xQueueCreate(10, sizeof(log_payload_t));
}

将字符串发送到队列：

log_payload_t payload;

memset(payload.message, 0, 256);
memcpy(payload.message, "Example text", strlen(str));

if (xQueueSend(log_queue, &payload, 0))
    {
            printf("added message to log queue  \n");
    }
    else
    {
            printf("failed to add message to log queue\n");
        
    }

从队列接收：

log_payload_t payload;
if (xQueueReceive(log_queue, &payload, 0))
{
    printf("Log Queue Data %s \n", payload.message);

}
else
{
    vTaskDelay(10);
}           

Answer 3

在我看来，使用固定大小缓冲区的容器可能不是最理想的。向/从队列发送/接收的每个操作都将涉及整个缓冲区的完整副本。它还需要更大且精心挑选的堆栈大小。

freeRTOS message buffers 在我看来非常方便解决您将几乎任意大小的数据块从一个任务发送到另一个任务的需求。