FreeRTOS系统CPU使用率统计

        操作系统中CPU使用率是在软件架构设计中必须要考虑的一个重要性能指标。它直接影响到程序的执行时间以及优先级更高的任务能否实时响应的问题。而CPU使用率也不能过低，避免资源浪费。

基本原理

        操作系统会统计系统总共运行了多少时间，以及在此期间每个任务运行了多长时间，这样就能获取每个任务的CPU使用率了；比如系统总共运行了100us，A任务运行了32us，B任务运行了12us，空闲任务运行了56us，这样每个任务的CPU使用率就分别为32%、12%、56%，总的CPU使用率就是44%.

具体实现

1.开启CPU使用率统计功能

#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS   1

2.实现时间获取接口

#define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE() xTaskGetTickCount()

        时间获取接口的实现方式有多种，最简单的就是这里的使用系统tick的形式，但是这种方式精度很低，只能用于粗略估算，因为其时基和系统时基是一样的，想要精度高则需要时间精度为系统时基的10倍以上，比如系统时基是1ms，则此处的时基为100us或10us；

        高精度的时基最简单的可以采用定时器中断的形式，如设定一个定时器100us中断一次，中断里面对一个变量++，然后给这个接口返回变量值；但是这样就增加了一个高频中断，损失系统性能的同时也会对统计结果造成一定的影响（因为这个高频中断不是正常运行的时候需要用的）。所以更好的实现方式是：使用RTC时钟，把RTC计数时基配置成10us，这样每过10us RTC计数寄存器就会自动加1，然后给该接口返回RTC计数寄存器的值，这样就实现了不用频繁进入中断但是也能实现周期计数；有同学可能会问，普通定时器的计数寄存器也能周期自增啊，并且计数周期也能配置成10us，那么用普通定时器可以不呢？答案是可以但不太好，因为普通定时器的计数寄存器一般为16位的，则其最大计数为65536，对应655.36ms，时间太短了，一下就溢出了，但是RTC计数寄存器是32位的，如果计数周期是10us的话可以计11.93小时，这个时间就足够用了。

3.使用系统接口获取使用率

void DumpTaskSysFree(void)
{
    uint8_t CPU_RunInfo[400] = {0};

    memset(CPU_RunInfo, 0, 400);
    vTaskList((char *)&CPU_RunInfo);
    printf("任务名  任务状态  优先级  剩余栈  任务序号\r\n ");
    printf("%s\r\n", CPU_RunInfo);
   
    memset(CPU_RunInfo,0,400); 
    vTaskGetRunTimeStats((char *)&CPU_RunInfo); 
    printf("任务名  运行计数  使用率 \r\n ");
    printf("%s\r\n", CPU_RunInfo);
}

注意事项

1.FreeRTOS统计CPU占用时间使用的是一个32bit无符号整形来记录系统时间的，且没有对变量溢出做处理，当定时器精度为10us时，32bit无符号整形支持的最大计数时间为：Tmax = 2^32 * 10us/(1000*1000*3600)=11.93小时；当运行时间超过这个时间时，统计结果将不准确。当然这个时间一般是够用的，因为一般都是在调试期间或者想要了解CPU还有多少使用空间时会打开这个功能，调试完毕或者了解完毕就关闭了。

参考文章：FreeRTOS 原理 --- FreeRTOS系统中CPU使用率统计方法分析 - 流水灯 - 博客园