1、CPU 利用率的基本概念

　　CPU 使用率其實(shí)就是系統(tǒng)運(yùn)行的程序占用的 CPU 資源，表示機(jī)器在某段時(shí)間程序運(yùn)行的情況，如果這段時(shí)間中，程序一直在占用 CPU 的使用權(quán)，那么可以認(rèn)為CPU 的利用率是 100%。 CPU 的利用率越高，說(shuō)明機(jī)器在這個(gè)時(shí)間上運(yùn)行了很多程序，反之較少。利用率的高低與 CPU 強(qiáng)弱有直接關(guān)系，就像一段一模一樣的程序，如果使用運(yùn)算速度很慢的CPU，它可能要運(yùn)行 1000ms，而使用很運(yùn)算速度很快的 CPU 可能只需要 10ms，那么在1000ms 這段時(shí)間中，前者的 CPU 利用率就是 100%，而后者的 CPU 利用率只有 1%，因?yàn)?000ms 內(nèi)前者都在使用 CPU 做運(yùn)算，而后者只使用 10ms 的時(shí)間做運(yùn)算，剩下的時(shí)間CPU 可以做其他事情。

　　FreeRTOS 是多任務(wù)操作系統(tǒng)，對(duì) CPU 都是分時(shí)使用的：比如 A 任務(wù)占用 10ms，然后 B 任務(wù)占用 30ms，然后空閑 60ms，再又是 A 任務(wù)占 10ms， B 任務(wù)占 30ms，空閑 60ms;如果在一段時(shí)間內(nèi)都是如此，那么這段時(shí)間內(nèi)的利用率為 40%，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)中只有 40%的時(shí)間是 CPU 處理數(shù)據(jù)的時(shí)間。

2、CPU 利用率的作用

　　一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，可以使用 CPU 使用率來(lái)衡量，一個(gè)好的系統(tǒng)必然是能完美響應(yīng)急需的處理，并且系統(tǒng)的資源不會(huì)過(guò)于浪費(fèi)（性價(jià)比高）。

　　舉個(gè)例子，假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)的CPU 利用率經(jīng)常在 90%~100%徘徊，那么系統(tǒng)就很少有空閑的時(shí)候，這時(shí)候突然有一些事情急需 CPU 的處理，但是此時(shí) CPU 都很可能被其他任務(wù)在占用了，那么這個(gè)緊急事件就有可能無(wú)法被相應(yīng)，即使能被相應(yīng)，那么占用 CPU 的任務(wù)又處于等待狀態(tài)，這種系統(tǒng)就是不夠完美的，因?yàn)橘Y源處理得太過(guò)于緊迫；反過(guò)來(lái)，假如 CPU 的利用率在 1%以下，那么我們就可以認(rèn)為這種產(chǎn)品的資源過(guò)于浪費(fèi)，搞一個(gè)那么好的 CPU 去干著沒(méi)啥意義的活（大部分時(shí)間處于空閑狀態(tài)）。

　　作為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，既不能讓資源過(guò)于浪費(fèi)，也不能讓資源過(guò)于緊迫，這種設(shè)計(jì)才是完美的，在需要的時(shí)候能及時(shí)處理完突發(fā)事件，而且資源也不會(huì)過(guò)剩，性價(jià)比更高。

3、CPU 利用率統(tǒng)計(jì)

　　FreeRTOS 是一個(gè)很完善很穩(wěn)定的操作系統(tǒng)， 當(dāng)然也給我們提供測(cè)量各個(gè)任務(wù)占用CPU 時(shí)間的函數(shù)接口， 我們可以知道系統(tǒng)中的每個(gè)任務(wù)占用 CPU 的時(shí)間， 從而得知系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是否合理， 出于性能方面的考慮，有的時(shí)候，我們希望知道 CPU 的使用率為多少，進(jìn)而判斷此 CPU 的負(fù)載情況和對(duì)于當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境是否能夠“勝任工作”。 所以，在調(diào)試的時(shí)候很有必要得到當(dāng)前系統(tǒng)的 CPU 利用率相關(guān)信息，但是在產(chǎn)品發(fā)布的時(shí)候，就可以把CPU 利用率統(tǒng)計(jì)這個(gè)功能去掉，因?yàn)槭褂萌魏喂δ艿臅r(shí)候，都是需要消耗系統(tǒng)資源的，F(xiàn)reeRTOS 是使用一個(gè)外部的變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)間的，并且消耗一個(gè)高精度的定時(shí)器，其用于定時(shí)的精度是系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍的 10-20 倍，比如當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍是 1000HZ，那么定時(shí)器的計(jì)數(shù)節(jié)拍就要是 10000-20000HZ。而且 FreeRTOS 進(jìn)行 CPU 利用率統(tǒng)計(jì)的時(shí)候，也有一定缺陷，因?yàn)樗鼪](méi)有對(duì)進(jìn)行 CPU 利用率統(tǒng)計(jì)時(shí)間的變量做溢出保護(hù)， 我們使用的是 32 位變量來(lái)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間計(jì)數(shù)值，而按 20000HZ 的中斷頻率計(jì)算，每進(jìn)入一中斷就是 50us，變量加一，最大支持計(jì)數(shù)時(shí)間： 2^32 * 50us / 3600s =59.6 分鐘， 運(yùn)行時(shí)間超過(guò)了 59.6 分鐘后統(tǒng)計(jì)的結(jié)果將不準(zhǔn)確，除此之外整個(gè)系統(tǒng)一直響應(yīng)定時(shí)器 50us 一次的中斷會(huì)比較影響系統(tǒng)的性能。

　　用 戶 想 要 使 用 使 用 CPU 利 用 率 統(tǒng) 計(jì) 的 話 ， 需 要 自 定 義 配 置 一 下 ， 首 先 在FreeRTOSConfig.h 配置與系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和任務(wù)狀態(tài)收集有關(guān)的配置選項(xiàng)，并且實(shí)現(xiàn)portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS() 與portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE()這兩個(gè)宏定義，具體見(jiàn)下面代碼清單。

/********************************************************************
FreeRTOS 與運(yùn)行時(shí)間和任務(wù)狀態(tài)收集有關(guān)的配置選項(xiàng)
**********************************************************************/
//啟用運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)功能
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS    1
//啟用可視化跟蹤調(diào)試
#define configUSE_TRACE_FACILITY    1
/* 與宏 configUSE_TRACE_FACILITY 同時(shí)為 1 時(shí)會(huì)編譯下面 3 個(gè)函數(shù)
 * prvWriteNameToBuffer()
 * vTaskList(),
 * vTaskGetRunTimeStats()
 */
#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1

extern volatile uint32_t CPU_RunTime;

#define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS() (CPU_RunTime = 0ul)
#define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE() CPU_RunTime

　　然后需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)中斷頻率為 20000HZ 定時(shí)器，用于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)，其實(shí)很簡(jiǎn)單，只需將 CPU_RunTime 變量自加即可， 這個(gè)變量是用于記錄系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的， 中斷服務(wù)函數(shù)具體見(jiàn)下面代碼清單 。

/* 用于統(tǒng)計(jì)運(yùn)行時(shí)間 */
volatile uint32_t CPU_RunTime = 0UL;

void BASIC_TIM_IRQHandler (void)
{
　　if ( TIM_GetITStatus( BASIC_TIM, TIM_IT_Update) != RESET ) 
　　{
　　　　CPU_RunTime++;
　　　　TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM , TIM_FLAG_Update);
　　}
}

　　然后我們就可以在任務(wù)中調(diào)用 vTaskGetRunTimeStats()和 vTaskList()函數(shù)獲得任務(wù)的相關(guān)信息與 CPU 使用率的相關(guān)信息，然后打印出來(lái)即可，具體見(jiàn)下面代碼清單。

memset(CPU_RunInfo,0,400); //信息緩沖區(qū)清零

vTaskList((char *)&CPU_RunInfo); //獲取任務(wù)運(yùn)行時(shí)間信息

printf("---------------------------------------------\r\n");
printf("任務(wù)名 任務(wù)狀態(tài) 優(yōu)先級(jí) 剩余棧 任務(wù)序號(hào)\r\n");
printf("%s", CPU_RunInfo);
printf("---------------------------------------------\r\n");

memset(CPU_RunInfo,0,400); //信息緩沖區(qū)清零

vTaskGetRunTimeStats((char *)&CPU_RunInfo);

printf("任務(wù)名 運(yùn)行計(jì)數(shù) 使用率\r\n");
printf("%s", CPU_RunInfo);
printf("---------------------------------------------\r\n\n");