ESP32×FreeRTOS：Queueとは？グローバル変数との違いとxQueueCreate/Send/Receiveを実装で解説

FreeRTOS
2025.12.24

この記事でわかること

  • FreeRTOS Queueの機能内容（何ができるか）
  • Queueとグローバル変数の決定的な違い（状態共有 vs イベント共有）
  • ESP32で動くQueue利用のLチカ実装例
  • 主要なQueue関数（xQueueCreate / Send / Overwrite / Receive）の役割と引数
  • Queueが溢れたときの扱い（捨てる／待つ／上書き）

Queueとは（タスク間通信の基本）

FreeRTOSの Queue（キュー） は、タスク間でデータを受け渡しするための仕組みです。
一言でいうと、

送信された値を、順番に“ためておける箱”

です。

Queueの重要ポイント（初心者が最初に押さえるべきこと）

  • Queueは 値をコピーして保存します（変数の共有ではない）
  • 作成時に決めた件数（Queue長）まで保持できます
  • FIFO（先入れ先出し）で取り出します

イメージ：

[ TaskA ] –send–> [ Queueの箱 ] –receive–> [ TaskB ]

Queueとグローバル変数の違い

違いを一言でまとめるとこうです。

  • Queue：イベント共有（履歴を保持できる）
  • グローバル変数：状態共有（最後の1つしか残らない）

グローバル変数は「途中の指示」が消える

TaskAが短時間に何度も更新すると、

blinkInterval = 500
blinkInterval = 200
blinkInterval = 500

グローバル変数には 最後の500しか残りません。
「200に変えた」という途中の事実は消えます。

LED点滅くらいなら許容できることもありますが、以下だと致命的になりやすいです。

  • ボタン押下イベント
  • エラー通知
  • コマンド処理
  • ログ収集
  • 通信送信キュー（MQTT/HTTPなど）

Queueは「送った順に溜められる」

Queueなら（長さが足りる限り）

[500][200][500]

のように 履歴として保持できます。
受信側のタスクが少し遅れても、溜まっている限り 順番に受け取れます。

【実装】ESP32で動かすQueue利用のLチカ例（最新値だけ欲しい構成）

ここでは「点滅周期（200ms/500ms）」をTaskAが更新し、TaskBが受け取って反映します。

今回の設計方針：

  • 途中履歴はいらない
  • 最新の設定値だけあればよい

→ そのため Queue長=1 + xQueueOverwrite()（最新値箱 / Mailbox） を使います。

サンプルコード（Arduino-ESP32で動作）

#include <Arduino.h>

QueueHandle_t blinkQueue;

const int LED_PIN = 16;

void TaskA(void *pvParameters) {
  uint32_t interval = 500;

  for (;;) {
    interval = (interval == 500) ? 200 : 500;

    // 最新値だけ保持したい → Queue長=1 + Overwrite
    xQueueOverwrite(blinkQueue, &interval);

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(2000)); // 2秒ごとに更新
  }
}

void TaskB(void *pvParameters) {
  uint32_t currentInterval = 500;
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

  for (;;) {
    // 0：Queueが空なら待たずに即戻る（ポーリング）
    if (xQueueReceive(blinkQueue, &currentInterval, 0) == pdPASS) {
      // 受信できた場合は currentInterval が更新されている
    }

    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(currentInterval));
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(currentInterval));
  }
}

void setup() {
  blinkQueue = xQueueCreate(1, sizeof(uint32_t)); // 最新値だけ保持する
  if (!blinkQueue) {
    // メモリ不足などで作成失敗
    while (1) delay(1000);
  }

  xTaskCreate(TaskA, "TaskA", 2048, NULL, 1, NULL);
  xTaskCreate(TaskB, "TaskB", 2048, NULL, 1, NULL);
}

void loop() {
  vTaskDelay(portMAX_DELAY); // CPU占有を避ける
}

主要なQueue関数まとめ（役割と引数）

Queueの主要関数を整理します。
まずは Create / Send(or Overwrite) / Receive の3つを押さえればOKです。

Queueを作る：xQueueCreate

blinkQueue = xQueueCreate(
  1,                 // uxQueueLength
  sizeof(uint32_t)    // uxItemSize
);
引数この例での値意味
uxQueueLength1Queueに保持できる件数（最大いくつ溜めるか）
uxItemSizesizeof(uint32_t)1件あたりのデータサイズ（バイト）

戻り値：QueueHandle_t（失敗時は NULL）

Queueへ送る：xQueueSend（履歴を溜めたいとき）

xQueueSend(
  blinkQueue,     // xQueue
  &interval,      // pvItemToQueue
  0               // xTicksToWait
);
引数この例での値意味
xQueueblinkQueue送信先Queue
pvItemToQueue&interval送るデータのアドレス（値はQueue内にコピーされる）
xTicksToWait0Queueが満杯なら待たずに失敗で戻る

使い方：

xQueueSend(queue, &data, 0);              // 満杯なら捨てる（ロスOK）
xQueueSend(queue, &data, portMAX_DELAY);  // 空くまで待つ（ロス禁止）

Queueへ送る：xQueueOverwrite（最新値だけ欲しいとき）

xQueueOverwrite(
  blinkQueue,   // xQueue（Queue長=1で使うのが定番）
  &interval     // pvItemToQueue
);
引数この例での値意味
xQueueblinkQueue送信先Queue（Queue長=1の“最新値箱”向け）
pvItemToQueue&interval送るデータのアドレス（値はQueue内にコピーされる）

Queue長=1とセットで使うと、常に最新値だけ保持できます（古い値は残りません）

Queueから受け取る：xQueueReceive

if (xQueueReceive(
  blinkQueue,     // xQueue
  &interval,      // pvBuffer
  0               // xTicksToWait
) == pdPASS) {
  // 受信できたら interval が更新される
　//pdPASSはQueue APIが成功したかどうか（送信/受信できたか）」を示す戻り値
}
引数この例での値意味
xQueueblinkQueue受信元Queue
pvBuffer&interval受け取った値を書き込む先（ここにコピーされる）
xTicksToWait0Queueが空なら待たずに即戻る

使い方：

xQueueReceive(queue, &data, 0);              // 空なら即戻る（ポーリング）
xQueueReceive(queue, &data, portMAX_DELAY);  // 来るまで待つ（ブロッキング受信）

Queueを使うべき場面と設計指針（最新値／履歴）

Queue設計は、まずこの2択で迷いが減ります。

A. 最新値だけ欲しい（状態に近い）

例：温度の現在値、設定値、LED点滅周期など

  • Queue長：1
  • 送信：xQueueOverwrite()
  • 受信：必要なタイミングで読む

→ 今の状態だけ欲しいならこの構成が最もシンプルです。

B. 履歴も処理したい（イベント）

例：ボタン押下、エラー通知、コマンド、ログなど

  • Queue長：2以上
  • 送信：xQueueSend()
  • 受信：基本はブロッキング受信（portMAX_DELAY など）

→ 起きた順番に全部処理したいならこの構成が基本です。

Queueが溢れたときの選択肢（取りこぼし対策）

Queueが満杯のとき、FreeRTOSが勝手に良い感じに捨ててくれるわけではありません。
設計者が「どう扱うか」を決めます。

選択肢1：満杯なら捨てる（ロスOK）

if (xQueueSend(queue, &data, 0) != pdPASS) {
  // 送れなかった（捨てた）ことをログに残すなど
}
  • 送信側が止まらない
  • ロスが許容できるデータ向け（センサーの頻繁な更新など）

選択肢2：空くまで待つ（ロス禁止）

xQueueSend(queue, &data, portMAX_DELAY);
  • ロスしない
  • 送信側が止まる（設計次第で全体の遅延になる）

選択肢3：最新値だけ残す（Queue長=1 + Overwrite）

xQueueOverwrite(queue, &data);
  • 最新値を維持できる
  • 履歴（途中経過）は捨てる、という設計になる

まとめ

  • Queueは タスク間で値を安全に受け渡しする“箱”
  • グローバル変数は 最後の値しか残らず、途中イベントが消えやすい
  • 「最新値だけ欲しい」なら Queue長=1 + xQueueOverwrite
  • 「履歴を処理したい」なら Queue長>1 + xQueueSend/Receive
  • 溢れ対策は 捨てる／待つ／上書き を設計で選ぶ

次回はSemaphoreについて記載します。

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