STM32 CPU使用率计算方法与实现

“STM32计算CPU使用率的方法及其实现原理，基于FreeRTOS操作系统的算法移植。” STM32微控制器的CPU使用率计算是一个关键的性能指标，它可以帮助开发者了解系统负载，优化任务分配，确保系统运行效率。在嵌入式系统中，尤其是在实时操作系统（RTOS）如FreeRTOS上，了解CPU利用率有助于调试和优化任务执行。 1. **CPU使用率的意义** CPU使用率是衡量处理器在一段时间内忙碌工作（执行任务）的比例，通常以百分比表示。低CPU使用率意味着处理器有更多空闲时间，而高使用率可能表明系统正面临负载过重或资源分配不均衡的问题。 2. **FreeRTOS与CPU使用率** FreeRTOS是一个轻量级的实时操作系统，它支持抢占式调度，能高效管理多个并发任务。计算CPU使用率对于监控FreeRTOS系统的性能至关重要。 3. **移植算法** - **算法简介**：该算法基于任务调度，通过记录任务切换的频率来估算CPU的使用情况。由于FreeRTOS有明确的任务调度机制，因此可以利用其钩子函数（hook）进行监控。 - **Cube库中的实现**：STM32Cube库提供了计算CPU使用率的工具，如`cpu_utils.c`文件，它包含必要的函数来跟踪任务切换。 4. **移植步骤** - **添加文件和配置**：将`cpu_utils.c`文件添加到IAR工程，并在工程设置中包含对应的头文件路径。 - **修改FreeRTOSConfig.h**：将`configUSE_IDLE_HOOK`和`configUSE_TICK_HOOK`设置为1，启用空闲任务钩子和时钟滴答钩子，这两个钩子将在任务切换时被调用。 - **配置系统参数**：如`configCPU_CLOCK_HZ`设定为系统核心时钟频率，`configTICK_RATE_HZ`设定为时钟滴答频率，这些参数影响任务调度和计时。 - **添加trace宏定义**：在`FreeRTOSConfig.h`末尾添加`traceTASK_SWITCHED_IN`和`traceTASK_SWITCHED_OUT`的定义，用于在任务切换时触发监控函数。 5. **实现原理** - **任务切换监控**：当`traceTASK_SWITCHED_IN`和`traceTASK_SWITCHED_OUT`被调用时，它们会记录任务切换的时刻，通过计算两个连续任务切换之间的时间差，可以得到处理器空闲时间的总和。 - **CPU利用率计算**：通过对一段时间内的任务切换次数统计，结合总的时钟周期，可以计算出CPU在执行任务而非处于空闲状态的时间比例，即CPU使用率。 6. **应用与优化** 了解了CPU使用率后，开发者可以调整任务优先级、堆栈大小和时间片，以优化系统性能，防止任务饿死或过度占用CPU资源。 通过上述方法，开发者可以在STM32平台上有效地监控和管理FreeRTOS系统的CPU使用情况，从而提升系统效率，确保稳定运行。