实验三 消息队列
一、实验目的
理解消息队列的定义及其功能；
掌握消息队列相关数据结构定义及操作规则；
掌握初始化消息队列、建立消息队列、发消息到消息队列、等待消息队列中的消息的流程；
实现OS_QInit( )、OSQCreate( )、OSQPost( )、OSQPend( )。
二、实验内容
假设有任务TaskQSen和TaskQRec, TaskQSen在时间片1创建一个消息队列，然后每秒向消息队列中发邮件，其余时间延时。TaskQRec每2秒从消息队列中取邮件，然后延时。
三、对相关数据结构、函数（函数名、返回值，参数）及关键代码进行详细说明
(一)、主函数
int main(int argc, char **argv)
{
int p[2],Experiment ;
p[0]=0;
p[1]=100;
VCInit();
printf("0.没有用户任务
");
printf("1.第一个例子，一个用户任务
");
printf("2.第二个例子，两个任务共享CPU交替运行
");
printf("3.第三个例子，任务的挂起和恢复
");
printf("4.第四个例子，信号量管理
");
printf("5.第五个例子，互斥信号量管理
");
printf("6.第六个例子，事件标志组
");
printf("7.第七个例子，消息邮箱
");
printf("8.第八个例子，消息队列
");
printf("9.第九个例子，内存管理
");
printf("请输入序号选择例子:
");
scanf("%d",&Experiment);
if ((Experiment<0)||(Experiment>10))
{
printf("无效的输入!");
return(1);
}
OSInit();
OSTaskCreate(TaskStart, 0, &TaskStk[1][TASK_STK_SIZE-1], TaskStart_Prio);
switch(Experiment)
{
case 1://一个任务运行
OSTaskCreate(FirstTask, 0, &TaskStk[5][TASK_STK_SIZE-1], 5);
break;
case 2://两个任务共享CPU
OSTaskCreate(E2_task1, 0, &TaskStk[5][TASK_STK_SIZE-1], 5);
OSTaskCreate(E2_task2, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6);
break;
case 3://任务的挂起和恢复
OSTaskCreate(E3_task0, 0, &TaskStk[5][TASK_STK_SIZE-1], 5);
OSTaskCreate(E3_task1, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6);
OSTaskCreate(E3_task2, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 7);
break;
case 4://信号量管理例程
OSTaskCreate(UserTaskSemA, 0, &TaskStk[5][TASK_STK_SIZE-1], 7);
OSTaskCreate(UserTaskSemB, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6);
OSTaskCreate(UserTaskSemC, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 5);
break;
case 5://互斥信号量管理例程
OSTaskCreate(TaskMutex1, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6);
OSTaskCreate(TaskMutex2, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 50);
OSTaskCreate(TaskPrint, 0, &TaskStk[8][TASK_STK_SIZE-1], 30);
break;
case 6://时间标志组管理例程
OSTaskCreate(TaskDataProcess, 0, &TaskStk[5][TASK_STK_SIZE-1],5);
OSTaskCreate(TaskIO1, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6);
OSTaskCreate(TaskIO2, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 7);
OSTaskCreate(TaskIO3, 0, &TaskStk[8][TASK_STK_SIZE-1], 8);
OSTaskCreate(TaskIO4, 0, &TaskStk[9][TASK_STK_SIZE-1], 9);
break;
case 7://消息邮箱
OSTaskCreate(TaskMessageSen, 0, &TaskStk[6][TASK_STK_SIZE-1], 6);
OSTaskCreate(TaskMessageRec, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 7);
break;
case 8://消息队列
OSTaskCreate(TaskQSen, 0, &TaskStk[7][TASK_STK_SIZE-1], 5);
OSTaskCreate(TaskQRec, 0, &TaskStk[8][TASK_STK_SIZE-1], 6);
OSTaskCreate(TaskQRec, 0, &TaskStk[9][TASK_STK_SIZE-1], 7);
break;
case 9://内存管理
OSTaskCreate(TaskM, 0, &TaskStk[8][TASK_STK_SIZE-1], 6);
break;
default:
;
}
OSStart();
return(0);
}
这段代码是一个简化的实时操作系统的例程选择器，它允许用户选择不同的操作系统任务演示。代码的主要部分包括初始化、用户输入接收以及根据输入启动对应的任务。以下是对关键数据结构、函数和代码片段的详细说明：
数据结构int p[2]: 一个整数数组，用来存放相关数据，但在此代码片段中未见其它用途。TaskStk[][]: 一个二维数组，看起来像是为不同任务预设的栈空间。实时操作系统中每个任务通常有自己的栈。TASK_STK_SIZE: 预定义的常量，指定了任务栈的大小。
函数main函数类型: int
参数：int argc: 命令行参数的数量char **argv: 命令行参数的字符串数组指针。
返回值：程序退出码。0表示正常退出，非 0 值表示有错误发生。
VCInit：用于初始化线程的上下文。
OSInit：初始化操作系统环境的函数。它可能会设置一些关键的数据结构、定时器、任务调度器等。
OSTaskCreate：用来创建一个新的任务。
参数可能包括：任务函数指针：指向任务执行体的函数指针。传递给任务的可选参数。任务的栈顶指针：指指向任务栈顶的指针。任务的优先级。
OSStart：用来启动操作系统调度，使得创建的任务开始按照优先级和调度策略执行。
关键代码片段：
1.接收用户输入
scanf("%d", &Experiment);
if ((Experiment < 0) || (Experiment > 10)) {
printf("无效的输入!");
return (1);
}
此段代码要求用户输入一个数字来选择示例任务，并检查输入是否有效。
2.根据输入创建任务
switch(Experiment) {
case 1: // 一个任务运行
OSTaskCreate(...);
break;
// …后续case语句类似地创建不同的任务集合…
}
根据用户输入（通过Experiment变量），使用switch结构来选择创建和启动不同的任务例程。
(二)、VCInit函数
void VCInit(void)
{
HANDLE cp,ct;
Context.ContextFlags = CONTEXT_CONTROL;
cp = GetCurrentProcess(); //得到当前进程句柄
ct = GetCurrentThread(); //得到当前线程伪句柄
DuplicateHandle(cp, ct, cp, &mainhandle, 0, TRUE, 2); //伪句柄转换,得到线程真句柄
}
这段代码提供VCInit函数的实现，下面对该函数进行详细分析：
HANDLE cp, ct;: HANDLE是一个Windows API中用来指代资源（如进程、线程、文件等）的类型。在这里，`cp` 用来存储当前进程的句柄，而 ct 用来存储当前线程的句柄。
Context.ContextFlags = CONTEXT_CONTROL: CONTEXT_CONTROL通常表示我们只对线程的控制寄存器感兴趣，这可能包括程序计数器和栈指针。Context是一个结构体，可能在这个代码片段之外定义，用来存储线程上下文信息。
GetCurrentProcess();: 这个函数调用返回一个当前进程的句柄。
GetCurrentThread();: 返回一个当前线程的伪句柄，所谓的“伪句柄”是一个特殊值，它只对拥有它的进程有效，并且在该进程的上下文中可以代表它引用的对象（这里是指线程）。
DuplicateHandle(cp, ct, cp, &mainhandle, 0, TRUE, 2);: 该函数用来复制对象的句柄，使得句柄有更多的权限或者在新的进程中有效。参数列表意义如下：cp: 源句柄所在的进程，这里是当前进程。ct: 需要被复制的句柄，这里是当前线程的伪句柄。cp: 目标句柄所在的进程，依然是当前进程。&mainhandle: 一个指向 `HANDLE` 类型的指针，复制成功后这里将保存新句柄。0: 新句柄的所需访问权限，这里设为0表示默认。TRUE: 是否继承标志，在新进程中是否可以继承该句柄。2: 选项标志，`DUPLICATE_SAME_ACCESS` 的值通常定义为2，意味着复制的句柄将和原句柄有相同的访问权限。
(三)、TaskStart函数
void TaskStart(void * pParam)
{
char err;
OS_EVENT *sem1;
/*模拟设置定时器中断。开启一个定时器线程,每秒中断100次,中断服务程序OSTickISRuser*/
timeSetEvent(1000/OS_TICKS_PER_SEC, 0, OSTickISRuser, 0, TIME_PERIODIC);
OSStatInit(); /*统计任务初始化*/
sem1 = OSSemCreate(0);
OSSemPend(sem1, 0, &err); //等待事件发生，被阻塞；
}
该函数详细说明如下：
void * pParam: 是一个指向任意数据类型的指针，通常用于传递用户定义数据给任务。在此函数实现中并没有使用这个参数。char err: 用于接收错误代码，它在 OSSemPend函数调用时作为错误状态的输出。
OS_EVENT *sem1: 变量 sem1是指向 OS_EVENT` 类型的指针，OS_EVENT是一种用来处理各种事件的结构体，在这里特指一个信号量。
函数内部的重要操作说明如下：timeSetEvent(1000/OS_TICKS_PER_SEC, 0, OSTickISRuser, 0, TIME_PERIODIC): 这行代码调用了一个函数 timeSetEvent，目的是设置一个定时器，以便周期性地调用中断服务例OSTickISRuser。这个定时器每 1000/OS_TICKS_PER_SEC`毫秒，也就是 OS_TICKS_PER_SEC 次/秒触发一次。这里 TIME_PERIODIC表示定时器是周期性的，也就是说，它会按照指定的间隔无限期地重复触发。OS_TICKS_PER_SEC是一个常量，它说明了操作系统的时钟节拍频率，即每秒钟时钟中断的次数。OSTickISRuser可能是用户定义的中断服务例程，它将在每个时钟节拍被调用。OSStatInit(): 这是一个初始化操作系统统计任务的函数调用。它可能会允许系统收集关于任务执行的统计数据，例如CPU占用和任务切换频率等。
sem1 = OSSemCreate(0): 此调用创建一个新的信号量并将其计数器初始化为0，信号量是用于线程或任务同步的一种手段。OSSemPend(sem1, 0, &err): 这行代码将任务置于等待状态，直到信号量 sem1 变得可用，也就是它的计数器超过0。第二个参数表示任务在获取不到信号量时无限期等待。如果等待过程中出现错误，err将存储相应的错误代码。
四、实验结果与分析
五、问题与解决方法、总结。
通过本次实验，我对消息队列的概念有了更直观的理解。实验中我创建了两个任务，TaskQSen负责定时发送消息至队列，TaskQRec则从队列中接收消息。这个过程深刻展示了消息队列在任务间通信中的异步性和缓冲能力。我体会到了，在嵌入式实时系统中，消息队列是一种重要的数据交换手段，它可以有效地解耦任务的生产者和消费者。对消息队列进行编程操作的过程中，我学习到了如何使用 OSQCreate和 OSQPend等API，不仅理解了函数背后的逻辑，也对应用编程接口的使用有了更加深入的了解。