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一、基本概念

CPU 使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，那么可以人为 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，就像一段一模一样的程序，如果使用运算速度很慢的 CPU，它可能要运行 1000ms，而使用很运算速度很快的 CPU 可能只需要 10ms，那么在 1000ms 这段时间中，前者的 CPU 利用率就是 100%，而后者的 CPU 利用率只有 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。

FreeRTOS 是多任务操作系统，对 CPU 都是分时使用的：比如 A 任务占用 10ms，然后 B 任务占用 30ms，然后空闲 60ms，再又是 A 任务占 10ms，B 任务占 30ms，空闲 60ms;

二、CPU利用率统计

在调试的时候很有必要得到当前系统的 CPU 利用率相关信息，但是在产品发布的时候，就可以把 CPU 利用率统计这个功能去掉，因为使用任何功能的时候，都是需要消耗系统资源的，FreeRTOS 是使用一个外部的变量进行统计时间的，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。而且 FreeRTOS 进行 CPU 利用率统计的时候，也有一定缺陷，因为它没有对进行 CPU 利用率统计时间的变量做溢出保护，我们使用的是 32 位变量来系统运行的时间计数值，而按 20000HZ 的中断频率计算，每进入一中断就是 50us，变量加一，最大支持计数时间：2^32 * 50us / 3600s = 59.6 分钟，运行时间超过了 59.6 分钟后统计的结果将不准确，除此之外整个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。

三、配置选项

在 FreeRTOSConfig.h 配置与系统运行时间和任务状态收集有关的配置选项，并且实现

/********************************************************************FreeRTOS 与运行时间和任务状态收集有关的配置选项**********************************************************************///启用运行时间统计功能 #define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 1 //启用可视化跟踪调试 #define configUSE_TRACE_FACILITY 1 /* 与宏 configUSE_TRACE_FACILITY 同时为 1 时会编译下面 3 个函数* prvWriteNameToBuffer()* vTaskList(),* vTaskGetRunTimeStats()*/#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1extern volatile uint32_t CPU_RunTime; #define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS() (CPU_RunTime = 0ul) #define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE() CPU_RunTime

然后需要实现一个中断频率为 20000HZ 定时器，用于系统运行时间统计，其实很简单，只需将 CPU_RunTime 变量自加即可，这个变量是用于记录系统运行时间的，中断服务函数见下

/* 用于统计运行时间 */volatile uint32_t CPU_RunTime = 0UL;void BASIC_TIM_IRQHandler (void){
       if(TIM_GetITStatus( BASIC_TIM, TIM_IT_Update) != RESET )     {
           CPU_RunTime++;         TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM , TIM_FLAG_Update);    }}

然后我们就可以在任务中调用 vTaskGetRunTimeStats() 和 vTaskList() 函数获得任务的相关信息与 CPU 使用率的相关信息，然后打印出来即可

memset(CPU_RunInfo,0,400); //信息缓冲区清零vTaskList((char *)&CPU_RunInfo); //获取任务运行时间信息 printf("---------------------------------------------\r\n");printf("任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号\r\n");printf("%s", CPU_RunInfo);printf("---------------------------------------------\r\n"); memset(CPU_RunInfo,0,400); //信息缓冲区清零vTaskGetRunTimeStats((char *)&CPU_RunInfo);  printf("任务名 运行计数 使用率\r\n");printf("%s", CPU_RunInfo);printf("---------------------------------------------\r\n\n");

四、示例

/* FreeRTOS头文件 */#include "FreeRTOS.h"#include "task.h"/* 开发板硬件bsp头文件 */#include "bsp_led.h"#include "bsp_usart.h"#include "bsp_TiMbase.h"#include "string.h"/**************************** 任务句柄 ********************************//*  * 任务句柄是一个指针，用于指向一个任务，当任务创建好之后，它就具有了一个任务句柄 * 以后我们要想操作这个任务都需要通过这个任务句柄，如果是自身的任务操作自己，那么 * 这个句柄可以为NULL。 */ /* 创建任务句柄 */static TaskHandle_t AppTaskCreate_Handle = NULL;/* LED任务句柄 */static TaskHandle_t LED1_Task_Handle = NULL;static TaskHandle_t LED2_Task_Handle = NULL;static TaskHandle_t CPU_Task_Handle = NULL;/***************************************************************************                             函数声明**************************************************************************/static void AppTaskCreate(void);/* 用于创建任务 */static void LED1_Task(void* pvParameters);/* LED1_Task任务实现 */static void LED2_Task(void* pvParameters);/* LED2_Task任务实现 */static void CPU_Task(void* pvParameters);/* CPU_Task任务实现 */static void BSP_Init(void);/* 用于初始化板载相关资源 *//*****************************************************************  * @brief  主函数  * @param  无  * @retval 无  * @note   第一步：开发板硬件初始化             第二步：创建APP应用任务            第三步：启动FreeRTOS，开始多任务调度  ****************************************************************/int main(void){
   	    BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */    /* 开发板硬件初始化 */    BSP_Init();    /* 创建AppTaskCreate任务 */    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )AppTaskCreate,  /* 任务入口函数 */                          (const char*    )"AppTaskCreate",/* 任务名字 */                          (uint16_t       )512,  /* 任务栈大小 */                          (void*          )NULL,/* 任务入口函数参数 */                          (UBaseType_t    )1, /* 任务的优先级 */                          (TaskHandle_t*  )&AppTaskCreate_Handle);/* 任务控制块指针 */     /* 启动任务调度 */               if(pdPASS == xReturn)    {
           vTaskStartScheduler();   /* 启动任务，开启调度 */    }    else    {
           return -1;      }      while(1);   /* 正常不会执行到这里 */    }/***********************************************************************  * @ 函数名  ： AppTaskCreate  * @ 功能说明： 为了方便管理，所有的任务创建函数都放在这个函数里面  * @ 参数    ： 无    * @ 返回值  ： 无  **********************************************************************/static void AppTaskCreate(void){
       BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */      taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区      /* 创建LED_Task任务 */    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )LED1_Task, /* 任务入口函数 */                          (const char*    )"LED1_Task",/* 任务名字 */                          (uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */                          (void*          )NULL,	/* 任务入口函数参数 */                          (UBaseType_t    )2,	    /* 任务的优先级 */                          (TaskHandle_t*  )&LED1_Task_Handle);/* 任务控制块指针 */    if(pdPASS == xReturn)    {
           printf("创建LED1_Task任务成功!\r\n");    }      /* 创建LED_Task任务 */    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )LED2_Task, /* 任务入口函数 */                          (const char*    )"LED2_Task",/* 任务名字 */                          (uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */                          (void*          )NULL,	/* 任务入口函数参数 */                          (UBaseType_t    )3,	    /* 任务的优先级 */                          (TaskHandle_t*  )&LED2_Task_Handle);/* 任务控制块指针 */    if(pdPASS == xReturn)    {
           printf("创建LED2_Task任务成功!\r\n");    }    /* 创建LED_Task任务 */    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )CPU_Task, /* 任务入口函数 */                          (const char*    )"CPU_Task",/* 任务名字 */                          (uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */                          (void*          )NULL,	/* 任务入口函数参数 */                          (UBaseType_t    )4,	    /* 任务的优先级 */                          (TaskHandle_t*  )&CPU_Task_Handle);/* 任务控制块指针 */    if(pdPASS == xReturn)    {
           printf("创建CPU_Task任务成功!\r\n");    }      vTaskDelete(AppTaskCreate_Handle); //删除AppTaskCreate任务      taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区}/**********************************************************************  * @ 函数名  ： LED_Task  * @ 功能说明： LED_Task任务主体  * @ 参数    ：     * @ 返回值  ： 无  ********************************************************************/static void LED1_Task(void* parameter){
   	    while (1)    {
           LED1_ON;        vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */        printf("LED1_Task Running,LED1_ON\r\n");        LED1_OFF;             vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */		 		        printf("LED1_Task Running,LED1_OFF\r\n");    }}static void LED2_Task(void* parameter){
   	    while (1)    {
           LED2_ON;        vTaskDelay(300);   /* 延时500个tick */        printf("LED2_Task Running,LED2_ON\r\n");            LED2_OFF;             vTaskDelay(300);   /* 延时500个tick */		 		        printf("LED2_Task Running,LED2_OFF\r\n");    }}static void CPU_Task(void* parameter){
   	    uint8_t CPU_RunInfo[400];		//保存任务运行时间信息      while (1)    {
           memset(CPU_RunInfo,0,400);				//信息缓冲区清零            vTaskList((char *)&CPU_RunInfo);  //获取任务运行时间信息            printf("---------------------------------------------\r\n");        printf("任务名      任务状态 优先级   剩余栈 任务序号\r\n");        printf("%s", CPU_RunInfo);        printf("---------------------------------------------\r\n");            memset(CPU_RunInfo,0,400);				//信息缓冲区清零            vTaskGetRunTimeStats((char *)&CPU_RunInfo);            printf("任务名       运行计数         利用率\r\n");        printf("%s", CPU_RunInfo);        printf("---------------------------------------------\r\n\n");        vTaskDelay(1000);   /* 延时500个tick */		    }}/***********************************************************************  * @ 函数名  ： BSP_Init  * @ 功能说明： 板级外设初始化，所有板子上的初始化均可放在这个函数里面  * @ 参数    ：     * @ 返回值  ： 无  *********************************************************************/static void BSP_Init(void){
   	/*	 * STM32中断优先级分组为4，即4bit都用来表示抢占优先级，范围为：0~15	 * 优先级分组只需要分组一次即可，以后如果有其他的任务需要用到中断，	 * 都统一用这个优先级分组，千万不要再分组，切忌。	 */	NVIC_PriorityGroupConfig( NVIC_PriorityGroup_4 );		/* LED 初始化 */	LED_GPIO_Config();	/* 串口初始化	*/	USART_Config();      /* 基本定时器初始化	*/	BASIC_TIM_Init();}

• 由 写于 2021 年 1 月 5 日

• 参考：