邮箱与消息队列实战
本文重点给大家介绍如何将邮箱和消息队列运用到实际项目中去。
本次任务
通过 ENV 工具获取 nrf24l01 软件包，并加载到 MDK 工程里面。
了解多线程间的通信，了解 IPC 中邮箱和消息队列的特性，并能灵活使用，实现 ds18b20 线程与 nrf24l01 线程之间的数据通信。
修改 nrf24l01 软件包，实现多点通信功能。
上述任务的重点，是要学习去灵活运用邮箱和消息队列。
软件包的获取
软件包可以通过 env 工具十分方便的获取到，并且加载到工程里面去，env 工具的下载链接可以在官网找到，点击此处跳转。env 的使用方法可以查看其教程进行学习，点击此处跳转。
值得注意的是，在 env 中获取软件包是需要依赖于 git 的，可以去 git 官网获得下载，点击此处跳转。
本次任务中，我们需要用到 nrf24l01 的软件包，只需要在 menuconfig 中选中 nrf24l01 即可：
RT-Thread online packages --->
peripheral libraries and drivers --->
[*] nRF24L01: Single-chip 2.4GHz wireless transceiver. --->选中之后需要将该软件包获取到本地来，在 env 中输入 pkgs --update 命令回车即可。我们在工程目录的 packages 目录下，可以看到，nrf24l01 软件包被获取到本地来了，如下图所示：
不过该软件包现在仅仅只是获取到本地，尚未加载到 MDK 工程当中来。我们在 env 中输入 scons --target=mdk5 命令回车即可，执行完该命令之后打开 MDK5 工程，发现 nrf24l01 软件包成功加载到工程里面去了，如下图所示：
IPC 之邮箱实战指南
为什么要使用邮箱
我们需要通过 nrf24l01 无线模块进行数据发送与接收，定义：通过 nrf24l01 发送数据的是发送节点，通过 nrf24l01 接收数据的是接收节点。（本 DIY 整个项目需要至少用到两个发送节点。）
在发送节点创建一个线程，用于无线发送数据。具体的，nrf24l01 的软件包提供了哪些 API，是如何通过这些 API 实现发送功能的，可以参考该软件包的 samples，路径为：...\packages\nrf24l01-latest\examples。
还记得上一次的任务吗？在 main 函数中创建了一个线程，用于获取 ds18b20 温度数据的。同理的，我们在 main 函数中再创建一个线程，该线程是用来通过 nrf24l01 发送数据的，线程入口函数是 nrf24l01_send_entry：
int main(void)
{
rt_thread_t ds18b20_thread, nrf24l01_thread;
ds18b20_thread = rt_thread_create("18b20tem", read_temp_entry, "temp_ds18b20",
640, RT_THREAD_PRIORITY_MAX / 2, 20);
if (ds18b20_thread != RT_NULL)
{
rt_thread_startup(ds18b20_thread);
}
nrf24l01_thread = rt_thread_create("nrfsend", nrf24l01_send_entry, RT_NULL,
1024, RT_THREAD_PRIORITY_MAX / 2, 20);
if (nrf24l01_thread != RT_NULL)
{
rt_thread_startup(nrf24l01_thread);
}
return RT_EOK;
}这时候，我们的程序当中就存在了两个线程了，ds18b20_thread 线程用来获取温度数据，nrf24l01_thread 线程用来向外无线发送温度数据，那么问题来了：
ds18b20_thread线程如何将温度数据给nrf24l01_thread线程？如果
ds18b20_thread线程采集温度数据过快，nrf24l01_thread线程来不及发送，怎么办？如果
nrf24l01_thread线程发送数据过快，ds18b20_thread线程来不及采集温度数据，怎么办？
这时候，IPC 中的邮箱（mailbox）可以很好的解决以上问题。不过这里，我们需要将邮箱与内存池（mempool）搭配一起使用。往往而言，在实际项目中，邮箱和内存池这两个 IPC 是经常需要配套着一起使用的。为什么，且慢慢看来。
邮箱工作原理举例介绍
RT-Thread 的文档中心已经有对邮箱和内存池原理上的详细讲解，点击此处跳转至邮箱，点击此处跳转至内存池。这里不在赘述。这里通过举一个生活中的例子，去帮助大家理解邮箱和内存池。
如今，很多人购物都是通过电商平台购买，那避免不了是要收快递的。
我们拟定一个生活场景。小区内放置有快递柜，快递柜里面有很多快递箱，快递箱里面可以存放快递，快递员把快递存放到快递箱之后，会发短信通知你过来取快递，还会告诉你编号是多少，通过编号你可以找到你的快递存放在快递柜的哪个快递箱里面。
上面这个模型中有几个名词，我们抽取出来：快递、快递柜、快递箱、快递员、你自己、短信、编号。
我们将上面这个生活场景和 IPC 中的邮箱和内存池一一对应起来：
快递：采集到的温度数据
快递柜：内存池
快递箱：内存池里面的内存块
快递员：
ds18b20_thread线程你自己：
nrf24l01_thread线程短信：邮箱中的一封邮件
编号：内存块地址指针
邮箱和内存池的使用，其实和上面那个收快递的生活场景是一样的：
在程度的一开始，即 main 函数中，我们创建一个邮箱和一个内存池
在
ds18b20_thread线程里：首先，每当该线程采集到一个温度数据（有快递来了），就在内存池里面申请一个内存块（快递员找一个空快递箱）
然后，把本次采集到的这个温度数据放到内存块里（快递放入快递箱），再把内存块的地址放在邮箱里（快递编号）
最后，邮件发送出去（发短信告知用户）
在
nrf24l01_thread线程里：首先，接收
ds18b20_thread线程发送过来的邮件（用户收到短信）然后，根据邮箱中的存放的地址，知道了当前温度数据存放在哪个内存块里面，也就是说，
nrf24l01_thread线程找到了（收到了）当前温度数据。（根据短信里的编号知道快递放在哪里了）最后，用完了这个内存块要及时释放掉（快递取出来了，快递箱空了）
在项目中运用邮箱
通过代码解读一下。
main 函数中创建一个邮箱和一个内存池是这么做的：
tmp_msg_mb = rt_mb_create("temp_mb0", MB_LEN, RT_IPC_FLAG_FIFO); /* 创建邮箱 */
tmp_msg_mp = rt_mp_create("temp_mp0", MP_LEN, MP_BLOCK_SIZE); /* 创建内存池 */ds18b20_thread 线程的入口函数是 read_temp_entry，如下：
static void read_temp_entry(void *parameter)
{
struct tmp_msg *msg;
rt_device_t dev = RT_NULL;
rt_size_t res;
dev = rt_device_find(parameter);
if (dev == RT_NULL)
{
rt_kprintf("Can't find device:%s\n", parameter);
return;
}
if (rt_device_open(dev, RT_DEVICE_FLAG_RDWR) != RT_EOK)
{
rt_kprintf("open device failed!\n");
return;
}
rt_device_control(dev, RT_SENSOR_CTRL_SET_ODR, (void *)100);
while (1)
{
res = rt_device_read(dev, 0, &sensor_data, 1);
if (res != 1)
{
rt_kprintf("read data failed!size is %d\n", res);
rt_device_close(dev);
return;
}
else
{
/* 申请一块内存 要是内存池满了 就挂起等待 */
msg = rt_mp_alloc(tmp_msg_mp, RT_WAITING_FOREVER);
msg->timestamp = sensor_data.timestamp;
msg->int_value = sensor_data.data.temp;
rt_mb_send(tmp_msg_mb, (rt_ubase_t)msg);
msg = NULL;
}
rt_thread_mdelay(100);
}
}在上述代码中，该线程采集到一个温度数据之后，就会在内存池中申请内存块：
msg = rt_mp_alloc(tmp_msg_mp, RT_WAITING_FOREVER);将温度数据存放到刚刚申请到的内存块里面：
msg->int_value = sensor_data.data.temp;将这个存放着温度数据的内存块的地址给邮箱，然后发送邮件：
rt_mb_send(tmp_msg_mb, (rt_ubase_t)msg);nrf24l01_thread 线程的入口函数是 nrf24l01_send_entry，如下：
static void nrf24l01_send_entry(void *parameter)
{
struct tmp_msg *msg;
struct hal_nrf24l01_port_cfg halcfg;
nrf24_cfg_t cfg;
uint8_t rbuf[32 + 1] = {0};
uint8_t tbuf[32] = {0};
nrf24_default_param(&cfg);
halcfg.ce_pin = NRF24L01_CE_PIN;
halcfg.spi_device_name = NRF24L01_SPI_DEVICE;
cfg.role = ROLE_PTX;
cfg.ud = &halcfg;
cfg.use_irq = 0;
nrf24_init(&cfg);
while (1)
{
rt_thread_mdelay(100);
if (rt_mb_recv(tmp_msg_mb, (rt_ubase_t*)&msg, RT_WAITING_FOREVER) == RT_EOK)
{
if (msg->int_value >= 0)
{
rt_sprintf((char *)tbuf, "temp:+%3d.%dC, ts:%d",
msg->int_value / 10, msg->int_value % 10, msg->timestamp);
}
else
{
rt_sprintf((char *)tbuf, "temp:-%2d.%dC, ts:%d",
msg->int_value / 10, msg->int_value % 10, msg->timestamp);
}
rt_kputs((char *)tbuf);
rt_kputs("\n");
rt_mp_free(msg); /* 释放内存块 */
msg = RT_NULL; /* 请务必要做 */
}
if (nrf24_ptx_run(rbuf, tbuf, rt_strlen((char *)tbuf)) < 0)
{
rt_kputs("Send failed! >>> ");
}
}
}在上述代码中，nrf24l01 软件包提供了发送数据的 API nrf24_ptx_run。
该线程接收ds18b20_thread 线程发送过来的邮件，并收到了温度数据：
rt_mb_recv(tmp_msg_mb, (rt_ubase_t*)&msg, RT_WAITING_FOREVER)将温度数据发送出去：
nrf24_ptx_run(rbuf, tbuf, rt_strlen((char *)tbuf))用完的内存块释放掉：
rt_mp_free(msg);
msg = RT_NULL;还有两个问题没有解答：
如果
ds18b20_thread线程采集温度数据过快，nrf24l01_thread线程来不及发送，怎么办？如果
nrf24l01_thread线程发送数据过快，ds18b20_thread线程来不及采集温度数据，怎么办？
这两个问题其实就是解决供过于求和供不应求的问题。
有没有留意到，申请内存块的代码上有一个 RT_WAITING_FOREVER，接收邮件的代码上也有一个 RT_WAITING_FOREVER。
这两个 RT_WAITING_FOREVER 就是用来解决上面两个问题的。
当内存池满了的时候，再也申请不到内存块了，这时候申请内存块里面的 RT_WAITING_FOREVER 会使得 ds18b20_thread 线程阻塞，并挂起，然后 MCU 就会去干别的事情去了，不断的在 nrf24l01_thread 线程中发送存放在内存池中的温度数据，并释放掉内存块。等一有内存块可以申请了，ds18b20_thread 线程被唤醒，又会往里面塞数据了。
同理的，如果内存池是空的，里面没有数据，接收邮件里面的 RT_WAITING_FOREVER 会使得nrf24l01_thread 线程阻塞，并挂起，然后 MCU 就会去干别的事情去了，在 ds18b20_thread 线程中采集温度，并申请内存块塞数据进去，内存块一旦有数据，就会发邮箱，另外一边一有邮箱收到了，就又开始工作了。
IPC 之消息队列实战指南
为什么要使用消息队列
在本次 DIY 中，消息队列其实也是用来解决以下问题的：
ds18b20_thread线程如何将温度数据给nrf24l01_thread线程？如果
ds18b20_thread线程采集温度数据过快，nrf24l01_thread线程来不及发送，怎么办？
消息队列工作原理举例介绍
消息队列一般来说，不需要搭配内存池一起使用，因为消息队列创建的时候会申请一段固定大小的内存出来，作用其实和邮箱+内存池是一样的。
每个消息队列对象中包含着多个消息框，每个消息框可以存放一条消息，每个消息框的大小是一样的，存放的消息大小不能超过消息框的大小，即可以相同，可以小于。
类比生活中的例子，存钱罐，发工资了（纸币），把一张张的钱放到存钱罐里去，你自己或者你对象需要花钱了，就从存钱罐里面取钱出来用。
更多对消息队列的讲解，请查看 RT-Thread 文档中心，点击此处跳转。
在项目中运用消息队列
因为文章篇幅原因，这里不把代码放出来了，可打开工程查看。工程源码是已经开源了的，链接会在下面给出。
在 main 函数中创建消息队列：
tmp_msg_mq = rt_mq_create("temp_mq", MQ_BLOCK_SIZE, MQ_LEN, RT_IPC_FLAG_FIFO);在 ds18b20_thread 线程中转载数据并发送消息队列：
msg.int_value = sensor_data.data.temp;
rt_mq_send(tmp_msg_mq, &msg, sizeof msg);在 nrf24l01_thread 线程中接收消息队列：
rt_mq_recv(tmp_msg_mq, &msg, sizeof msg, RT_WAITING_FOREVER)上面这个 RT_WAITING_FOREVER 作用是为了解决下面这个问题，原理和邮箱中的介绍一样： - 如果ds18b20_thread 线程采集温度数据过快，nrf24l01_thread 线程来不及发送，怎么办？
即而当消息队列是空的时候，可以挂起读取线程。当有新的消息到达时，挂起的线程将被唤醒以接收并处理消息。
nrf24l01 的多通道数据接收
nrf24l01 的多通道数据接收与其底层驱动相关，与 RT-Thread 的应用开发没啥关系了，可参考这篇教程学习，点击此处跳转。
本次任务结果
这里只是展示三个发送节点的情况，接收节点这边代码上已经把六个节点全部支持了。手头板子够多的话，把六个发送节点全部弄出来也是OK的。
开源代码
为了更进一步便于大家学习，本次任务的代码已经开源啦~ 请点击这里查看请给这个项目点个小星星 (Star) ^_^
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注意事项
RECEIVE(stm32l475-atk-pandora) 是接收节点的工程，支持6个数据通道接收数据
SEND1(stm32f407-atk-explorer) 是发送节点1的工程，使用 nrf24l01 的通道0传输，消息队列 demo 工程
SEND2(stm32f407-atk-explorer) 是发送节点2的工程，使用 nrf24l01 的通道1传输，消息队列 demo 工程
SEND3(stm32f103-dofly-M3S) 是发送节点3的工程，使用 nrf24l01 的通道2传输，消息队列 demo 工程
SEND4(stm32f103-dofly-M3S) 是发送节点4的工程，使用 nrf24l01 的通道3传输，消息队列 demo 工程
SEND5(stm32f103-dofly-M3S) 是发送节点5的工程，使用 nrf24l01 的通道4传输，消息队列 demo 工程
SEND6(stm32f103-dofly-M3S) 是发送节点6的工程，使用 nrf24l01 的通道5传输，消息队列 demo 工程
SEND1(stm32f407-atk-explorer) (mailbox+mempool)是发送节点1的工程，使用 nrf24l01 的通道0传输，邮箱+内存池 demo 工程
本次任务基于
...rt-thread/bsp/stm32/stm32f407-atk-explorer和...rt-thread/bsp/stm32/stm32f103-dofly-M3S这两个 bsp 完成的。