STM32一种计算CPU使用率的方法及其实现原理

本文将以STM32F429 + FreeRTOS + KEIL为测试环境，看下MCU的使用率

1 、计算STM32使用率的官方方法在其CubeMX的固件库中

2、加入自己的工程

2.1、文件cpu_utils.c有描述使用的步骤

2.2、实操一遍

第一步：将上图中的 cpu_utils.c 文件添加到工程中，并将其头文件路径加入工程中；

第二步：打开FreeRTOST的配置头文件FreeRTOSConfig.h

• 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 

第三步：继续在FreeRTOSConfig.h头文件的末尾处添加两个宏函数

第四步：在main.h头文件中加入 #include "cmsis_os.h"

第五步：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
 

第六步：编译并运行测试

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，是个动态值，由上图可以，CPU使用率的动态值为1%。

实际在代码中是按第六步中调用osGetCPUUsage()函数来获取当前CPU的使用率的。
至此，算法使用方法介绍完毕。

3、算法实现原理分析

操作系统运行时是不断在不同的任务间进行切换，而驱动这一调度过程是通过系统tick来驱动的，即每产生一次系统tick则检查一下当前正在运行的任务的环境判断是否需要切换任务，即调度，如果需要，则触发PendSV，通过在PendSV中断调用vTaskSwitchContext()函数来实现任务的调度。而本文所要讲述的CPU使用率算法是通过在一定时间内（1000个时间片内），计算空闲任务所占用的时间片总量，100减去空闲任务所占百分比则为工作任务所占百分比，即CPU使用率。

 此函数为空闲任务钩子函数，每次当切换到空闲任务时就会运行此钩子函数，它的作用就是记录当前空闲任务的句柄并保存到全局变量xIdleHandle。

此函数为操作系统的tick钩子函数，即每次产生系统tick中断都会进入到此钩子函数。此钩子函数实际上就是具体计算CPU使用率的算法了。osCPU_TotalIdleTime是一个全局变量，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。

下面两个函数就是如何计算osCPU_TotalIdleTime的： 

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

通过此方法可以很好的用来评估STM32 MCU的运行性能。