1前言

出于性能方面的考慮，有的時候，我們希望知道CPU的使用率為多少，進而判斷此CPU的負載情況和對于當前運行環境是否足夠“勝任”。

2移植算法

2.1 算法簡介

此算法是基于操作系統的，理論上不限于任何操作系統，只要有任務調度就可以。本文將以FreeRTOST為例來介紹本算法的使用方法。

本文所介紹的算法出處為隨Cube庫一起提供的，它在cube庫中的位置如下圖所示：

本文將以STM32F4為例，測試環境為STM3240G-EVAL評估板。

2.2 開始移植

本文以CubeF4內的示例代碼工程STM32Cube_FW_F4_V1.10.0ProjectsSTM324xG_EVALApplicationsFreeRTOSFreeRTOS_ThreadCreation為例，IDE使用IAR。

第一步：使用IAR打開FreeRTOS_ThreadCreation工程，將cpu_utils.c文件添加到工程，并在工程中添加對應頭文件目錄：

第二步：打開FreeRTOST的配置頭文件FreeRTOSConfig.h修改宏configUSE_IDLE_HOOK和configUSE_TICK_HOOK的值為1： #define configUSE_PREEMPTION 1

第三步：繼續在FreeRTOSConfig.h頭文件的末尾處添加traceTASK_SWITCHED_IN與traceTASK_SWITCHED_OUT定義：

第四步：在main.h頭文件中include “”cmsis_os.h“”

Main.h ：

第五步： 修改工程屬性，使編譯過程不需要函數原型：

第六步：在工程中任何用戶代碼處都可以調用osGetCPUUsage（）函數來獲取當前CPU的使用率：

第七步：編譯并運行測試

在調試狀態下使用Live Watch窗口監控全部變量osCPU_Usage的值：

osCPU_Usage是在cpu_utils.c文件中定義的全局變量，表示當前CPU的使用率，是個動態值，由上圖可以，CPU使用率的動態值為20%。實際在代碼中是按第六步中調用osGetCPUUsage（）函數來獲取當前CPU的使用率的。

至此，算法使用方法介紹完畢。

3 算法實現原理分析

操作系統運行時是不斷在不同的任務間進行切換，而驅動這一調度過程是通過系統tick來驅動的，即每產生一次系統tick則檢查一下當前正在運行的任務的環境判斷是否需要切換任務，即調度，如果需要，則觸發PendSV，通過在PendSV中斷調用vTaskSwitchContext（）函數來實現任務的調度。而本文所要講述的CPU使用率算法是通過在一定時間內（1000個時間片內），計算空閑任務所占用的時間片總量，100減去空閑任務所占百分比則為工作任務所占百分比，即CPU使用率。

此函數為空閑任務鉤子函數，每次當切換到空閑任務時就會運行此鉤子函數，它的作用就是記錄當前空閑任務的句柄并保存到全局變量xIdleHandle。

此函數為操作系統的tick鉤子函數，即每次產生系統tick中斷都會進入到此鉤子函數。此鉤子函數實際上就是具體計算CPU使用率的算法了。osCPU_TotalIdleTime是一個全局變量，表示在1000個tick時間內空閑任務總共占用的時間片，CALCULATION_PERIOD宏的值為1000，即每1000個tick時間內重新計算一次CPU的使用率。

下面兩個函數就是如何計算osCPU_TotalIdleTime的：

這兩個函數是調度器鉤子函數，在調度器進行任務切進和切出時分別回調，StartIdleMonitor（）函數記錄切換到空閑任務時的時間點，EndIdleMonitor（）則在推出空閑任務時計算此次空閑任務花費多長時間，并累加到osCPU_TotalIdleTime，即空閑任務總共占用的時間片。

全局變量osCPU_Usage保存的就是CPU的使用率，它是在操作系統的tick鉤子函數中每隔1000個tick就被重新計算一次。

4 結論

通過此方法可以很好的用來評估STM23 MCU的運行性能。