STM32 CPU使用率计算方法及原理详解
STM32 CPU使用率计算方法及原理详解
在嵌入式系统开发中，了解和监控CPU使用率对于优化系统性能至关重要。本文将详细介绍如何在STM32F429微控制器上使用FreeRTOS和KEIL开发环境计算CPU使用率的方法，并深入分析其背后的实现原理。
1. 官方方法概述
STM32的CubeMX固件库提供了一种计算CPU使用率的方法，本文将基于此方法进行详细讲解。
2. 工程实现步骤
2.1 引入cpu_utils.c文件
首先，需要将cpu_utils.c文件添加到工程中，并将其头文件路径加入工程配置。
2.2 配置FreeRTOS
接下来，需要对FreeRTOS进行如下配置：
- 打开FreeRTOS的配置头文件
FreeRTOSConfig.h，并进行以下设置：
- 开启空闲钩子函数功能：
configUSE_IDLE_HOOK = 1 - 开启时间片钩子函数功能：
configUSE_TICK_HOOK = 1 - 开启抢占式调度：
configUSE_PREEMPTION = 1
在
FreeRTOSConfig.h的末尾添加两个宏函数。在
main.h头文件中加入#include "cmsis_os.h"。在工程中任何用户代码处都可以调用
osGetCPUUsage()函数来获取当前CPU的使用率。编译并运行测试。
通过上述步骤，可以成功集成CPU使用率计算功能。osCPU_Usage是在cpu_utils.c文件中定义的全局变量，表示当前CPU的使用率，是一个动态值。例如，从图中可以看出，当前CPU使用率为1%。
3. 算法实现原理分析
操作系统运行时会不断在不同任务间进行切换，这一调度过程由系统tick驱动。每次产生系统tick时，系统会检查当前正在运行的任务环境，判断是否需要切换任务。如果需要，则触发PendSV中断，并通过调用vTaskSwitchContext()函数来实现任务调度。
本文介绍的CPU使用率算法通过在一定时间内（1000个时间片内）计算空闲任务所占用的时间片总量，然后用100减去空闲任务所占百分比，得到工作任务所占百分比，即CPU使用率。
具体实现涉及以下几个关键函数：
- 空闲任务钩子函数：每次切换到空闲任务时运行，记录当前空闲任务的句柄并保存到全局变量
xIdleHandle。 - tick钩子函数：每次产生系统tick中断时调用，负责具体计算CPU使用率。全局变量
osCPU_TotalIdleTime表示在1000个tick时间内空闲任务总共占用的时间片，CALCULATION_PERIOD宏的值为1000，即每1000个tick时间内重新计算一次CPU的使用率。
下面是计算osCPU_TotalIdleTime的具体函数：
这两个函数是调度器钩子函数，在调度器进行任务切进和切出时分别回调：
StartIdleMonitor()函数记录切换到空闲任务时的时间点。EndIdleMonitor()则在退出空闲任务时计算此次空闲任务花费多长时间，并累加到osCPU_TotalIdleTime，即空闲任务总共占用的时间片。
全局变量osCPU_Usage保存的就是CPU的使用率，它是在操作系统的tick钩子函数中每隔1000个tick就被重新计算一次。
4. 结论
通过这种方法可以很好地评估STM32微控制器的运行性能，对于优化系统资源分配和性能调优具有重要参考价值。