千呼万唤始出来，智能家居 DIY 教程连载第二篇终于登场了！本文将重点给大家介绍如何将内存池与邮箱运用到实际项目中去。一起来看看吧~
目录
本文文章目录如下，通过以下内容，给大家剖析第二周的任务重点难点。
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- 3.1 为什么要使用邮箱
- 3.2 邮箱工作原理举例介绍
- 3.3 在项目中运用邮箱
- IPC 之邮箱实战指南（重点）
1. 任务清单
为了更好的讲解邮箱和内存池，我罗列了一份任务清单：
- 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。
2. 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，env 下载链接。env 的使用方法可以查看这里进行学习。
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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，git 官网链接
本周任务中，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. --->
- 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：
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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：
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3. IPC 之邮箱实战指南
3.1 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：…packagesnrf24l01-latestexamples。
还记得第一周的任务吗？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：
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：
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。
3.2 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，请点击此链接跳转至于邮箱，此链接跳转至内存池。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。
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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：
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：
3.3 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:%sn", 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 %dn", 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：
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。
4. 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，会在后期单独写一篇文章介绍放到 GitHub 上，敬请期待。
5. 结果
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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。
6. 开源代码
为了更进一步便于大家学习，第二周任务的代码已经开源啦~ 请点击这里查看
7. 注意事项
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- 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;
- }
- 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
- 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？
- 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）
- 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：
- 在nrf24l01_thread 线程里：
- 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
- 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？
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2021-12-20 10:59:29
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