原创 Ucos学习之邮箱与消息队列

一、相关背景知识

邮箱与消息队列常用于任务间的通信，也可用于任务间的同步。一般的邮箱常常保存了任务收发的消息。发消息任务负责将将消息发送至邮箱，收消息则从邮箱取消息。消息的内容可为结构化的，也可为非结构化的。

邮箱可由操作系统维护，也可由任务自身维护。由操作系统维护即意味着操作系统必须暂存任务发来的消息，增加了操作系统负担；由任务维护意味着由任务自己管理邮箱，任务间发送的消息直接发送至任务的邮箱，只需要操作系统进行适当的管理工作。

消息间的传递可以为定向、也可为非定向的。若任务Ａ要接收一消息，可以指定接收任务Ｂ发来的消息，也可接收任何任务发送的。前者为定向的，后者为非定向的。对任务Ａ而言，若任务Ａ接收消息时直至接收到才返回，称为阻塞的接收；而若仅查收邮箱后立即返回，则称为非阻塞式的接收。同理，若任务Ｂ可发送一消息，其可以指定发送给任务Ｂ，也可以发送给被多个任务共享的邮箱。对于任务Ｂ而言，如果在发送消息后立即返回，而不管是否被接收，则称为非阻塞的发送；如果直至接收后才返回，则称为阻塞的发送。

二、ucos邮箱与消息队列

　　Ucos提供了邮箱与消息队列用于任务间的通信。二者都是基于事件控制块结构OS_EVENT。与邮箱相比，消息队列在OS_EVENT结构基础之上添加了一循环队列，可以同时容纳多个消息，而邮箱只能容纳一个。因此，可以将消息队列看作同时接收多条消息的邮箱。

１、ucos的邮箱实现.

与信号量一样,邮箱MBOX同样基于OS_EVENT实现。

typedef struct {

    INT8U   OSEventType;     // 事件控制块的类型              

    INT8U   OSEventGrp;           // 等待的任务组       

INT16U  OSEventCnt;           // 此处不用

void   *OSEventPtr;           // 消息存放处。   

    INT8U   OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE]; // 等待任务表

} OS_EVENT; ( ucos_II.H )

   .OSEventPtr用于存放消息的指针。因为邮箱是由操作系统进行维护，为避免消息传递时不必要的复制，采用了传指针方式进行消息的传递。

基于邮箱的操作包括：邮箱的创建，删除，消息的发送、接收。所有的操作定义大OS_MBOX.C文件中。部分操作依赖于OS_CORE.C中的基于OS_EVENT的操作。

邮箱的创建与删除：

OS_EVENT  *OSMboxCreate (void *msg);  

OS_EVENT  *OSMboxDel (OS_EVENT *pevent, INT8U opt, INT8U *err);

消息的发送与接收：

void  *OSMboxPend (OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err);

INT8U  OSMboxPost (OS_EVENT *pevent, void *msg);

INT8U  OSMboxPostOpt (OS_EVENT *pevent, void *msg, INT8U opt);;

void  *OSMboxAccept (OS_EVENT *pevent);

邮箱状态的查询：

INT8U  OSMboxQuery (OS_EVENT *pevent, OS_MBOX_DATA *pdata);

详细的代码分析，可以查看ucos作者的书。这里主要说明MBox如何在OS_EVENT之上构建。

如OS_EVENT结构体所示，OS_EVENT提供了完整的邮箱描述，包括邮箱的存储与任务的等待。Os_core.c中提供了对于邮箱的等待任务列表的就绪、挂起的操作。实现邮箱时，只需要在这些操作基础之上构建，维护相关信息即可.

OS_EVENT操作 os_core.c中 )

MBOX的操作实现:

OSMboxCreate()  ----------------------> OSEventWaitListInit()，初始化OS_EVENT结构

OSMboxDel() ------------------> OSEventTaskRdy(), 返还OS_EVENT结点，任务调度

OSMboxPend() -----------------> OSEventTaskWait()，挂起，调度，检查消息

OSMboxPost()

OSMboxPostOpt() --------------> OSEventTaskRdy()，获取消息，调度

OSMboxAccept() ---------------> 检查消息，返回

OSMboxQuery() ----------------> 查询状态

在OSMboxPostOpt中提供了广播消息的发送功能。

如果比较信号量与邮箱的实现，会发现二者实现十分相似，并且很好理解。

2）、消息队列的实现

消息队列也是基于OS_EVENT结构，不同于邮箱的是：为了能够同时容纳多条消息。OS_EVENT域中的.OSEventPtr在此指向一队列控制块OS_Q.

OS_Q结构定义：

typedef struct os_q {

    struct os_q   *OSQPtr; //　作链表时用

　　 void         **OSQStart; // MsgTbl起如地址

    void         **OSQEnd; // MsgTbl结束地址

    void         **OSQIn; // 写指针

    void         **OSQOut; // 读指针

    INT16U         OSQSize; // 消息容量

    INT16U         OSQEntries; // 队列中已有的消息量

} OS_Q;

　如上图所示OS_EVENT, OS_Q,MsgTbl的关系。其中MsgTbl是在消息队列创建时传递的二维数据( void * MstTbl[N][M]).

在OS_Q控制下，MstTbl在逻辑上构成了一循环缓冲，以读定消息

消息队列的操作包括，队列的创建、删除，发送／接收消息，查询状态等。

接口：

OS_EVENT  *OSQDel (OS_EVENT *pevent, INT8U opt, INT8U *err); 删除消息队列

消息队列对OS_EVENT操作的调用一致，这里不作分析。

１、消息队列中采用了循环缓冲方法。将二维数组在逻辑上连接成首尾相接的环，提供了读定指针，有效提供了读写的效率及便利。

２、OSQPostFront提供了ＬIFO方式发送消息，可发送优先级消息?

三、信号量、邮箱与消息队列的实现总体比较

信号量、邮箱与消息队列的实现都是基于OS_EVENT事件控制块及基本操作实现。OS_EVENT的基本操作中为三者提供了事件控制块中等待任务列表的管理；再由三者各自维护OS_EVENT内部信息，实现相应功能。

对信号量，信号量主要负责管理.OSEventCnt域，管理信号量计数。

对邮箱，邮箱负责管理.OSEventPtr域，管理单个消息的发帝与接收。

对消息队列，消息队列在OS_EVENT上附加了一队列结构，通过队列中消息的插入与删除实现相应功能。

前面对三者的分析，主要是从数据结构的角度，而没有分析具体的代码。一方面因为这些代码已经在<<嵌入式实时操作系统ucos ii>> 书中有详细说明；另一方面，我觉得对ucos本身的分析其实是操作系统内部数据结构的分析。在理解了基本的数据结构及其基本操作基础之上，很容易理解相应功能的实现。