通过 FREERTOS 队列发送结构数组

Question

我开始使用 ESP32 和 FREERTOS，但在跨队列发送 Struct 数组时遇到问题。我已经发送了另一种变量，但从未发送过 Structs 数组，我遇到了异常。

发送方和接收方在不同的源文件中，我开始认为这可能是问题所在（或至少是部分问题）。

我的简化代码如下所示：

common.h

struct dailyWeather {
  // Day of the week starting in Monday (1)
  int dayOfWeek;

  // Min and Max daily temperature
  float minTemperature;
  float maxTemperature;

  int weather;
};

file1.h

#pragma once
#ifndef _FILE1_
#define _FILE1_

// Queue
extern QueueHandle_t weatherQueue;

#endif

file1.cpp

#include "common.h"
#include "file1.h"

// Queue
QueueHandle_t weatherQueue = xQueueCreate( 2, sizeof(dailyWeather *) ); // also tried "dailyWeather" without pointer and "Struct dailyWeather"

void task1(void *pvParameters) {
  for (;;) {
    dailyWeather weatherDATA[8] = {};

    // Code to fill the array of structs with data

    if (xQueueSend( weatherQueue, &weatherDATA, ( TickType_t ) 0 ) == pdTRUE) {
      // The message was sent sucessfully
    }
  }
}

file2.cpp

#include "common.h"
#include "file1.h"

void task2(void *pvParameters) {
  for (;;) {
    dailyWeather *weatherDATA_P; // Also tried without pointer and as an array of Structs

    if( xQueueReceive(weatherQueue, &( weatherDATA_P ), ( TickType_t ) 0 ) ) {
      Serial.println("Received");
      dailyWeather weatherDATA = *weatherDATA_P;
      Serial.println(weatherDATA.dayOfWeek);
    }
  }
}

当我在我的 ESP32 上运行这段代码时，它一直有效，直到我尝试使用 Serial.println 打印数据。打印了“已收到”消息，但它在下一个 Serial.println 中崩溃并出现此错误。

Guru Meditation Error: Core  1 panic'ed (LoadProhibited). Exception was unhandled.

我被这个问题困住了，我找不到解决它的方法，所以非常感谢任何帮助。

编辑：我在想，也许一个解决方案就是向结构中添加一个订单项，使队列更大（在数量上）并将所有结构分别发送到队列中。然后在 reader 中使用该订单再次订购。

无论如何，了解我在上面的代码中做错了什么会很高兴。

Answer 1

首先，像您这样在全局范围内创建队列并不是一个好主意。全局队列句柄是可以的。但是运行 xQueueCreate() 在创建 task1 和 task2 的同一个函数中（队列必须在任务之前创建），像这样：

QueueHandle_t weatherQueue = NULL;
void main() {
  weatherQueue = xQueueCreate(32, sizeof(struct dailyWeather));
  if (!weatherQueue) {
    // Handle error
  }
  if (xTaskCreate(task1, ...) != pdPASS) {
    // Handle error
  }
  if (xTaskCreate(task2, ...) != pdPASS) {
    // Handle error
  }
}

其次，task1()中的代码循环执行以下操作：

在堆栈中创建一个包含 8 个 dailyWeather 结构的新数组（在单个循环迭代的范围内）
将指向 weatherDATA[] 中第一个项目的指针复制到队列中（task2 稍后会在需要切换任务时收到它）
释放8的数组dailyWeather（因为我们正在退出循环作用域）

稍后 task2() 执行并尝试读取指向 weatherDATA[] 中第一项的指针。然而，这段内存可能已经被释放了。你不能取消引用它。

所以您正在通过队列传递指向无效内存的指针。

如果您只传递要发送的数据而不是指针，那么使用队列会容易得多。您的结构很小并且由基本数据类型组成，因此最好将其整个传递给队列，一次传递一个（如果需要，您可以传递整个数组，但这种方式更简单）。

像这样：

void task1(void *pvParameters) {
  for (;;) {
    dailyWeather weatherDATA[8] = {};

    // Code to fill the array of structs with data

    for (int i = 0; i < 8; i++) {
      // Copy the structs to queue, one at a time
      if (xQueueSend( weatherQueue, &(weatherDATA[i]), ( TickType_t ) 0 ) == pdTRUE) {
        // The message was sent successfully
      }
    }
  }
}

接收端：

void task2(void *pvParameters) {
  for (;;) {
    dailyWeather weatherDATA; 
    if( xQueueReceive(weatherQueue, &( weatherDATA ), ( TickType_t ) 0 ) ) {
      Serial.println("Received");
      Serial.println(weatherDATA.dayOfWeek);
    }
  }
}

我怎么推荐 official FreeRTOS book 都不为过，它对初学者来说是很好的资源。

Answer 2

当您调用 xQueueCreate() 时，freeRTOS 队列使用您在初始化期间指定的缓冲区和数据大小来运行，以复制您想要发送-接收的数据。

当您调用 xQueueSend() 时，相当于 xQueueSendToBack()，它会复制到该缓冲区。

如果另一个任务在调用 xQueueReceive() 时等待队列，在它准备好运行的那一刻，xQueueReceive() 将复制前面的项目将队列的缓冲区放入您在调用 xQueueReceive().

时指定的目标缓冲区

如果你要发送的数据是pointer/array类型，在你的情况下是dailyWeather *，那么你需要确保指针指向的内存没有超出范围被通过调用 xQueueReceive() 接收指针的任务读取。局部变量是在调用任务的堆栈中创建的，并且肯定会超出范围，并且很可能会在函数 returns.

之后被覆盖。

IMO，如果你真的需要传递指针，最好的解决方案是在生成数据的函数中分配结构数组，并在使用数据的任务中释放它。

对于许多场景，非常希望不要滥用动态内存处理，因此在几个通信堆栈中，您会发现缓冲池的使用，缓冲池最后也是在应用程序启动期间初始化的队列。操作大致如下：

初始化：

初始化缓冲池队列（简单的指针队列）。
用适当大小的动态分配缓冲区填充缓冲池。
初始化任务间通信的队列。

提供数据的任务：

从一个缓冲池中获取（接收）一个缓冲指针。
用数据填充缓冲区。
将缓冲区指针发送到通信队列。

接收数据的任务：

从通信队列中获取（接收）数据缓冲区指针。
使用数据。
Return（发送）缓冲池指针。

如果您的结构很小，因此您或多或少地限制了先复制再复制的开销，那么创建队列更有意义，这样您就可以直接使用结构实例和结构副本而不是结构缓冲区指针.

Answer 3

感谢大家的回答。

最后，我添加了一个变量来跟踪项目位置，并将所有数据通过队列传递到目标任务。然后我将所有这些结构放回另一个数组中。

common.h

#include <stdint.h>

struct dailyWeather {
  // Day of the week starting in Monday (1)
  uint8_t dayOfWeek;

  // Min and Max daily temperature
  float minTemperature;
  float maxTemperature;

  uint8_t weather;

  uint8_t itemOrder;
};

file1.h

// Queue
extern QueueHandle_t weatherQueue;

file1.cpp

#include "common.h"
#include "file1.h"

// Queue
QueueHandle_t weatherQueue = xQueueCreate( 2 * 8, sizeof(struct dailyWeather) );

void task1(void *pvParameters) {
  for (;;) {
    dailyWeather weatherDATA[8];

    // Code to fill the array of structs with data

    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
      weatherDATA[i].itemOrder = i;
      if (xQueueSend( weatherQueue, &weatherDATA[i], ( TickType_t ) 0 ) == pdTRUE) {
        // The message was sent sucessfully
      }
    }
  }
}

file2.cpp

#include "common.h"
#include "file1.h"

void task2(void *pvParameters) {
  dailyWeather weatherDATA_D[8];
  for (;;) {
    dailyWeather weatherDATA;

    if( xQueueReceive(weatherQueue, &( weatherDATA ), ( TickType_t ) 0 ) ) {
      Serial.println("Received");
      weatherDATA_D[weatherDATA.itemOrder] = weatherDATA;
    }
  }
}

此致。

通过 FREERTOS 队列发送结构数组

Send an struct array across a FREERTOS queue

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