处理器利用率

1. 处理器利用率统计的作用

处理器利用率其实就是系统运行的程序占用的CPU资源，表示机器在某段时间程序运行的情况，如果这段时间中，程序一直在占用CPU的使用权，那么可以认为CPU的利用率是100%；CPU的利用率越高，说明机器在这个时间上运行了很多程序，反之较少。利用率的高低与CPU强弱有直接关系。比如同一段程序，如果在运算速度很慢的CPU上运行，它可能要1000ms，而在运算速度很快的CPU上运行可能只需要10ms，那么在1000ms这段时间中，前者的处理器利用率就是100%，而后者只有1%，因为1000ms内前者都在使用 CPU做运算，而后者只使用10ms的时间做运算，剩下的时间CPU可以做其他事情。

调试的时候很有必要得到当前系统的CPU利用率相关信息，但是在产品发布时，就可以去掉CPU利用率统计功能，以避免消耗系统资源。FreeRTOS 是使用一个外部的变量进行时间统计，并且消耗一个高精度的定时器，其用于定时的精度是系统时钟节拍的10-20倍。比如当前系统时钟节拍是1000Hz，那么定时器的计数节拍就要是10000-20000Hz。

但是FreeRTOS进行CPU利用率统计时，也有一定缺陷，即没有对进行CPU利用率统计时间的变量做溢出保护，一般使用的是32位变量来记录系统运行时间计数值，若按20000Hz 的中断频率计算，每50us进入一次中断，变量加一，则最大支持计数时间为：232*50us / 3600s = 59.6分钟，即运行时间超过了59.6分钟后变量将溢出，统计结果将不准确，此外系统一直响应定时器50us一次的中断会比较影响系统的性能

2. 处理器利用率统计API函数

FreeRTOS可以通过相关的配置来统计任务的运行时间信息，任务的运行时间信息提供了每个任务获取到CPU使用权总的时间。函数vTaskGetRunTimeStats( )会将统计到的信息填充到一个表里，表里面提供了每个任务的运行时间和其所占总时间的百分比，如下图示：

3. 处理器利用率统计实例

使用STM32CubeMX配置FreeRTOS，打开相关配置，创建如下三个任务：

• Led_Task：D2指示灯闪烁
• Usart_Task：每隔1s向串口输出字符串
• Key_Task：按下K_UP，打印任务的运行时间信息

3.1 STM32CubeMX设置

• RCC设置外接HSE，时钟设置为72M
• PC1设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平
• PA0设置为GPIO输入模式、下拉模式；PE2/PE3/PE4设置为GPIO输入模式、上拉模式
• USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位
• 激活FreeRTOS，添加任务，设置任务名称、优先级、堆栈大小、函数名称等参数

配置宏configGENERATE_RUN_TIME_STATS和configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS为1

激活TIM6作为时间统计功能的高精度时钟，分频值为72-1，自动重装载值为50-1，所以定时器6周期是50us；打开TIM6中断

使用FreeRTOS操作系统，一定要将HAL库的Timebase Source从SysTick改为其他定时器，选好定时器后，系统会自动配置TIM

输入工程名，选择路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码

3.2 MDK-ARM软件编程

• 创建按键驱动文件key.c和key.h，参考 按键输入 例程
• 初始化高精度计时器，并获取高精度定时器计数值

//#define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS configureTimerForRunTimeStats
__weak void configureTimerForRunTimeStats(void){
         HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);//开启TIM6中断并启动定时器
         u32TimeCount = 0ul;	//定时器统计值初始化为0
}
//#define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE getRunTimeCounterValue 
__weak unsigned long getRunTimeCounterValue(void){
         return u32TimeCount;
} 

• 在main.c文件中添加TIM6定时器中断回调函数，中断一次定时器计数器加一

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
  if(htim->Instance == TIM1){
          HAL_IncTick();
  }
  /* USER CODE BEGIN Callback 1 */
  if(htim->Instance == TIM6){
          u32TimeCount++;
  }
  /* USER CODE END Callback 1 */
}

• 添加Led_Task、Usart_Task和Key_Task任务函数代码

void Led_Task(void const * argument){
  for(;;){
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_RESET);
    osDelay(500);  //1ms时基
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET);
    osDelay(500);  //1ms时基
  }
}
/*******************************************************/
void Usart_Task(void const * argument){
  for(;;){
	printf("UsartTask is Runing!\r\n");
    osDelay(1000);
  }
}
/*******************************************************/
uint8_t u8TaskListBuff[400];
void KeyTask(void const * argument){
  uint8_t key = 0;	
  for(;;){
    key = KEY_Scan(0);	
	switch(key){
	  case KEY_UP_PRES:
		memset(u8TaskListBuff, 0, 400);
		vTaskGetRunTimeStats((char*)u8TaskListBuff);
		printf("Name      Abs Time    Time\r\n");
		printf("******************************************************\r\n");
		printf("%s",u8TaskListBuff);
		printf("******************************************************\r\n");
		key = 0;
		break;
	  case KEY_DOWN_PRES:
		//....
		key = 0;
		break;
	}
	osDelay(10);
  }
}

3.3 下载验证

编译无误下载到开发板后，D2指示灯闪烁表示程序正常运行。打开串口调试助手，可以看到串口每隔1s输出相应字符；按下K_UP按键，串口打印出每个任务的详细信息