Message Queue: Khám Phá Bí Mật Giao Tiếp Giữa Các Task Trong FreeRTOS

Giới thiệu nhanh

Trong phần trước, chúng ta đã tìm hiểu về Task trong FreeRTOS – những “nhân viên” trong nhà máy phần mềm, mỗi task đảm nhận một nhiệm vụ cụ thể, chạy độc lập theo lịch của Scheduler. Tuy nhiên, một hệ thống không thể hoạt động hiệu quả nếu mỗi thành phần chỉ làm việc một cách cô lập. Các task cần giao tiếp – chia sẻ dữ liệu, ra lệnh, gửi tín hiệu... và đó chính là lúc Queue xuất hiện.

1. Queue trong FreeRTOS là gì?

Trong FreeRTOS, Queue là một cơ chế IPC (Inter-Process Communication) kiểu FIFO (First In First Out), cho phép truyền dữ liệu an toàn giữa các task, hoặc giữa ISR (Interrupt Service Routine) và task.

Hãy tưởng tượng:

• Task A là một bộ thu tín hiệu từ cảm biến.
• Task B là một bộ xử lý dữ liệu.
• Thay vì chia sẻ trực tiếp biến toàn cục (rất nguy hiểm!), Task A chỉ việc “xếp hàng” dữ liệu vào queue, và Task B lấy dữ liệu ra khi đến lượt.

2. Cách hoạt động của Queue

2.1 Tạo queue

Bạn cần tạo một queue trước khi dùng:

QueueHandle_t xQueue;
xQueue = xQueueCreate(10, sizeof(int));

• 10: số lượng phần tử tối đa trong queue.
• sizeof(int): kích thước mỗi phần tử (ví dụ: kiểu int).

2.2 Gửi dữ liệu vào queue

Từ task:

xQueueSend(xQueue, &value, portMAX_DELAY);

Từ ISR:

BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
xQueueSendFromISR(xQueue, &value, &xHigherPriorityTaskWoken);
portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);

2.3 Nhận dữ liệu từ queue

int value;
xQueueReceive(xQueue, &value, portMAX_DELAY);

3. Queue hoạt động như thế nào bên trong?

Khi một task gọi xQueueSend, dữ liệu được copy vào một buffer vòng (circular buffer) bên trong queue. Một task khác gọi xQueueReceive sẽ nhận phần tử đầu tiên theo thứ tự FIFO.

Nếu queue rỗng? Task sẽ bị block cho đến khi có dữ liệu (nếu dùng portMAX_DELAY) hoặc timeout.

Nếu queue đầy? Task gửi sẽ bị block hoặc trả về lỗi tùy cấu hình.

4. Khi nào nên dùng Queue?

5. Ưu điểm của Queue trong FreeRTOS

• An toàn luồng (thread-safe): Được bảo vệ bằng mutex nội bộ.
• Linh hoạt: Có thể dùng cho ISR <-> task, task <-> task.
• Tự động block: Task không phải chờ polling.
• Rất nhẹ: Phù hợp với hệ thống nhúng nhỏ gọn.

6. Các loại queue trong FreeRTOS

7. Một số tình huống thực tế & ví dụ

7.1 Giao tiếp ISR với task

// ISR
void ADC_IRQHandler() { int val = read_adc(); BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE; xQueueSendFromISR(xQueue, &val, &xHigherPriorityTaskWoken); portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

// Task
void vAdcProcessingTask(void *pvParameters) { int val; while (1) { if (xQueueReceive(xQueue, &val, portMAX_DELAY)) { process(val); } }
}

7.2 Task gửi nhận dữ liệu lẫn nhau

// Task 1
xQueueSend(xQueue, &data, 0); // Task 2
if (xQueueReceive(xQueue, &rx_data, 0)) { // xử lý rx_data
}