一种计算 CPU 使用率的方法及其实现原理
1 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。
2 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。
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：
本文将以 STM32F4 为例， 测试环境为 STM3240G-EVAL 评估板。
2.2 开始移植
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。
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：
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：
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：
第四步： 在 main.h 头文件中 include “”cmsis_os.h“”
Main.h :
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：
第七步： 编译并运行测试
在调试状态下使用 Live Watch 窗口监控全部变量 osCPU_Usage 的值：
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。
3 算法实现原理分析
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。
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。
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。
下面两个函数就是如何计算 osCPU_TotalIdleTime 的：
void StartIdleMonitor (void)
{
if( xTaskGetCurrentTaskHandle() == xIdleHandle ) //如果是切入到空闲任务
{
osCPU_IdleStartTime = xTaskGetTickCountFromISR();//记录切入到空闲任务的时间点
}
}
void EndIdleMonitor (void)
{
if( xTaskGetCurrentTaskHandle() == xIdleHandle ) //如果是从空闲任务切出
{
/* Store the handle to the idle task. */
osCPU_IdleSpentTime = xTaskGetTickCountFromISR() - osCPU_IdleStartTime; //计算此次空闲
任务花费多长时间
osCPU_TotalIdleTime += osCPU_IdleSpentTime; //空闲任务所占时间进行累加
}
}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 。
uint16_t osGetCPUUsage (void)
{
return (uint16_t)osCPU_Usage; //直接返回全局变量 osCPU_Usage， 即 CPU 使用率
}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。
4 结论
通过此方法可以很好的用来评估 STM23 MCU 的运行性能。 mark
学习了，回头试试。 步骤很详细，研究研究 这个非常实用啊 考虑的非常周全啊 和实际的相符吗 这个函数是自己写的还是库函数啊 非常简便的方法 如果占用率很大 就跑不起来吧 有机会试试 Mark！ 得到的数据准确吗
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占用率很大 就跑不起来的吧
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