- 一種基于FreeRTOS的CPU使用率測(cè)算方法及原理介紹

osCPU_Usage是在cpu_utils.c文件中定義的全局變量，表示當(dāng)前CPU的使用率，是個(gè)動(dòng)態(tài)值，由上圖可以，CPU使用率的動(dòng)態(tài)值為20%。實(shí)際在代碼中是按第六步中調(diào)用osGetCPUUsage()函數(shù)來(lái)獲取當(dāng)前CPU的使用率的。

至此，算法使用方法介紹完畢。

3 、算法實(shí)現(xiàn)原理分析
操作系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)是不斷在不同的任務(wù)間進(jìn)行切換，而驅(qū)動(dòng)這一調(diào)度過(guò)程是通過(guò)系統(tǒng)tick來(lái)驅(qū)動(dòng)的，即每產(chǎn)生一次系統(tǒng)tick則檢查一下當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)的環(huán)境判斷是否需要切換任務(wù)，即調(diào)度，如果需要，則觸發(fā)PendSV，通過(guò)在PendSV中斷調(diào)用vTaskSwitchContext()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度。而本文所要講述的CPU使用率算法是通過(guò)在一定時(shí)間內(nèi)（1000個(gè)時(shí)間片內(nèi)），計(jì)算空閑任務(wù)所占用的時(shí)間片總量，100減去空閑任務(wù)所占百分比則為工作任務(wù)所占百分比，即CPU使用率。
void vApplicationIdleHook(void)
{
  if( xIdleHandle == NULL )
  {
    /* Store the handle tothe idle task. */
    xIdleHandle =xTaskGetCurrentTaskHandle(); //記錄空閑任務(wù)的句柄
  }
}
此函數(shù)為空閑任務(wù)鉤子函數(shù)，每次當(dāng)切換到空閑任務(wù)時(shí)就會(huì)運(yùn)行此鉤子函數(shù)，它的作用就是記錄當(dāng)前空閑任務(wù)的句柄并保存到全局變量xIdleHandle。
void vApplicationTickHook (void)
{
  static int tick = 0;

  if(tick ++ >CALCULATION_PERIOD)  //每1000個(gè)tick,刷新一次CPU使用率  
  {
    tick = 0;
  
    if(osCPU_TotalIdleTime> 1000)
    {
      osCPU_TotalIdleTime =1000;
    }
    osCPU_Usage = (100 -(osCPU_TotalIdleTime * 100) / CALCULATION_PERIOD); //這行代碼就是CPU使用率的具體計(jì)算方法了
    osCPU_TotalIdleTime =0;
  }
}
此函數(shù)為操作系統(tǒng)的tick鉤子函數(shù)，即每次產(chǎn)生系統(tǒng)tick中斷都會(huì)進(jìn)入到此鉤子函數(shù)。此鉤子函數(shù)實(shí)際上就是具體計(jì)算CPU使用率的算法了。osCPU_TotalIdleTime是一個(gè)全局變量，表示在1000個(gè)tick時(shí)間內(nèi)空閑任務(wù)總共占用的時(shí)間片，CALCULATION_PERIOD宏的值為1000，即每1000個(gè)tick時(shí)間內(nèi)重新計(jì)算一次CPU的使用率。

下面兩個(gè)函數(shù)就是如何計(jì)算osCPU_TotalIdleTime的：
void StartIdleMonitor(void)
{
  if( xTaskGetCurrentTaskHandle() ==xIdleHandle ) //如果是切入到空閑任務(wù)
  {
    osCPU_IdleStartTime =xTaskGetTickCountFromISR();//記錄切入到空閑任務(wù)的時(shí)間點(diǎn)
  }
}

void EndIdleMonitor(void)
{
  if( xTaskGetCurrentTaskHandle() ==xIdleHandle ) //如果是從空閑任務(wù)切出
  {
    /* Store the handle to the idle task. */
    osCPU_IdleSpentTime =xTaskGetTickCountFromISR() - osCPU_IdleStartTime; //計(jì)算此次空閑任務(wù)花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間
    osCPU_TotalIdleTime += osCPU_IdleSpentTime;//空閑任務(wù)所占時(shí)間進(jìn)行累加
  }
}
這兩個(gè)函數(shù)是調(diào)度器鉤子函數(shù)，在調(diào)度器進(jìn)行任務(wù)切進(jìn)和切出時(shí)分別回調(diào)，StartIdleMonitor()函數(shù)記錄切換到空閑任務(wù)時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，EndIdleMonitor()則在推出空閑任務(wù)時(shí)計(jì)算此次空閑任務(wù)花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間，并累加到osCPU_TotalIdleTime，即空閑任務(wù)總共占用的時(shí)間片。
uint16_t osGetCPUUsage(void)
{
  return (uint16_t)osCPU_Usage;         //直接返回全局變量osCPU_Usage，即CPU使用率
}
全局變量osCPU_Usage保存的就是CPU的使用率，它是在操作系統(tǒng)的tick鉤子函數(shù)中每隔1000個(gè)tick就被重新計(jì)算一次。


4 結(jié)論
通過(guò)此方法可以用來(lái)評(píng)估STM23 MCU的運(yùn)行性能。