简易嵌入式优先级消息队列设计思路！

消息队列是解决任务间通信的经典方案，其核心作用如：

任务解耦 - 让采集、处理、发送模块独立演进

异步通信 - 释放CPU等待时间，提升利用率

流量削峰 - 蓄水池机制应对突发数据

优先级调度 - 让紧急消息插队

数据完整性 - 避免竞态条件导致的脏数据

消息队列的类型大概有如下几种：

FIFO队列。先进先出队列，典型场景如：日志记录、普通数据流。优先级队列。典型场景如：告警系统、控制指令。环形缓冲区。典型场景如：音视频流、波形采集。邮箱（Mailbox）。典型场景如：简单通知。

本篇文章我们来梳理一个基于FreeRTOS，支持优先级、超时控制、零内存碎片的简易消息队列的实现思路。

1. 静态内存池

在MCU上，每次malloc/free都可能产生外部碎片。假设你的队列里轮流存放16B和64B的消息，运行一段时间后，堆内存会变成"千疮百孔"的状态。内存碎片化，虽然总空闲内存足够，但无法分配连续的大块。

使用静态内存池，消灭碎片化隐患。

静态内存池方案

核心思路：启动时一次性分配所有内存，运行时只做节点复用。

池大小根据业务峰值评估，宁可多分配10%也不要刚好卡边界；MSG_DATA_SIZE设为最大消息体的字节数，避免截断；某些场景下可以用环形数组代替链表，减少指针操作。

2. 互斥锁+信号量

嵌入式RTOS（如FreeRTOS）下，队列操作涉及三种同步原语，构建线程安全屏障。

互斥锁（Mutex）：保护队列结构的head/tail指针，防止并发修改

not_full信号量：队列满时阻塞生产者

not_empty信号量：队列空时阻塞消费者

生产者-消费者的信号量协作流程：

实现片段

注意：

• 互斥锁不能信号量等待之前，导致生产者拿着锁等待，消费者无法释放空位 → 死锁信号量的初始值很关键：

not_full初始值应为MSG_POOL_SIZE，not_empty初始值为0

3. 固定大小消息

可变vs固定：

固定大小消息格式设计

注意：消息头部放类型和优先级，方便路由和调度如果28B不够用，考虑引入

消息片段化：大消息拆成多个定长分片

4. 优先级插入

为什么需要优先级？让紧急消息插队。比如：传感器每100ms发送常规数据，突然检测到异常需要立即告警。如果用FIFO队列，告警消息可能排在100条常规消息之后，消息会延迟到达。

实现：有序链表插入

5. 超时机制

超时机制防止系统挂起，不能因为队列一直为空，消费者永久阻塞。

超时返回错误码

经验值：高频任务（如100ms周期）：超时设为500ms低频任务（如秒级）：超时设为5000ms关键任务需要配合看门狗，超时后及时喂狗