一种计算CPU使用率 的方法 及其实现原理
1 v* t! p* H- Q9 ?: v
: O. O- b" x( Y1前言
出于性能方面的考虑，有的时候，我们希望知道CPU的使用率为多少，进而判断此CPU的负载情况和对于当前运行环境是否足够“胜任”。本文将介绍一种计算CPU占有率的方法以及其实现原理。

5 ^- B6 ?  \7 d& V( X5 i2移植算法
2.1 算法简介
此算法是基于操作系统的，理论上不限于任何操作系统，只要有任务调度就可以。本文将以FreeRTOST为例来介绍本算法的使用方法。
% Y, n) o7 P9 }6 t/ ~: t本文所介绍的算法出处为随Cube库一起提供的，它在cube库中的位置如下图所示：
1 P& J5 p! j" X" P1 J- F
/ y# l$ l- N+ ^, s' n
0 I5 r( a% Z1 p! ~; Z本文将以STM32F4为例，测试环境为STM3240G-EVAL评估板。

- s+ J* e2 |6 m' }7 Z# h+ T2.2 开始移植
& \6 `" M: W# W: }本文以CubeF4内的示例代码工程STM32Cube_FW_F4_V1.10.0\Projects\STM324xG_EVAL\Applications\FreeRTOS\FreeRTOS_ThreadCreation为例，IDE使用IAR。
* G( f3 {$ D: y! I6 q第一步：使用IAR打开FreeRTOS_ThreadCreation工程，将cpu_utils.c文件添加到工程，并在工程中添加对应头文件目录：

9 g6 Z8 |0 ~( Y8 p7 i/ a
第二步：打开FreeRTOST的配置头文件FreeRTOSConfig.h修改宏configUSE_IDLE_HOOK和configUSE_TICK_HOOK的值为1： #define configUSE_PREEMPTION 1
9 K" H, ^* X- Z5 E% v4 ]
3 a: n% A& z( H2 [( l; g
第三步：继续在FreeRTOSConfig.h头文件的末尾处添加traceTASK_SWITCHED_IN与traceTASK_SWITCHED_OUT定义：
4 J, k$ j2 }: _; d0 g" Q3 u3 a

第四步：在main.h头文件中include “”cmsis_os.h“”
0 a. J: i4 n) G, ~! KMain.h :
! H4 Q: y3 f+ r8 ^8 {$ k

8 R/ ]" q4 k& E3 I6 B; K( L
' t: J2 P4 J' A; s1 w1 T$ N0 d第五步： 修改工程属性，使编译过程不需要函数原型：


第六步：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：

2 A! o7 q: ~# F% l1 S: a. F
: d$ S) q9 k! m- A1 Y0 }4 [4 J& _- {第七步：编译并运行测试
' N% ?' x2 }' `: K" i' K4 ^在调试状态下使用Live Watch窗口监控全部变量osCPU_Usage的值：
) v" V+ U% J( y5 `9 V) A

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20%。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。
/ H% O, ]  B  f* }
: l! v, Q, g8 Z3 算法实现原理分析
9 `4 ]( `( k0 @! k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。
: k4 i* c1 K7 @6 \

; J; j% x5 [1 I* o+ {; O: @' Z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。

7 E! A( U$ P3 m- t
- Z$ u1 ]; b4 G0 R' H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。
3 x" `& {( S7 w0 i
下面两个函数就是如何计算osCPU_TotalIdleTime的：
) e9 Q8 ~  D7 l  k  }) \
% [- o$ h! E* T  m$ y, T
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()则在推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。
8 z! v3 E5 M' T, q. ^  Y. S
' C  j( E8 b8 I4 _$ l9 A5 L7 n
" u2 P' v" z  u4 C0 B$ \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。

) ?7 D/ p% p$ F. ]4 结论
通过此方法可以很好的用来评估STM23 MCU的运行性能。
* U; `' V( D" D; G# U1 N
8 Y4 v5 C7 Z4 E8 w
文档下载地址：
( J& [2 u9 x( O$ Zhttps://www.stmcu.org.cn/document/list/index/category-1035
( D& w5 S' `% M+ i
) e% r7 W  G! C实战经验汇总：
( \! ~" R' m2 R. H3 W3 D3 Ohttps://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-576401-1-1.html

/ g. W0 Y# o2 j2 i" ~

非常棒，下来试验下，谢谢

谢楼主分享，下来试验下，谢谢