在MCU on Eclipse網(wǎng)站上看到Erich Styger在8月2日發(fā)的博文，一篇關(guān)于在Amazon FreeRTOS V10中使用運行時統(tǒng)計信息的文章，本人覺得很有啟發(fā)，特將其翻譯過來以備參考。原文網(wǎng)址：https://mcuoneclipse.com/2018/08/02/tutorial-using-runtime-statistics-with-amazon-freertos-v10/

FreeRTOS包含一個很好的功能，可以向我提供有關(guān)每個任務(wù)在系統(tǒng)上運行的時間的信息：

FreeRTOS運行時信息
本教程解釋了FreeRTOS運行時統(tǒng)計功能以及如何打開和使用它。
?軟件和工具
在本文中，我使用以下內(nèi)容：
? MCUXpresso IDE 10.2.1
? FRDM-K64F板
? 來自MCUXpresso SDK 2.4.0的Amazon FreeRTOS V10.0.1
但是當(dāng)然可以使用任何其他工具/ IDE或FreeRTOS版本（FreeRTOS至少應(yīng)該是9.0.0或更高版本）。
使用以下步驟，還可以使用FreeRTOS任務(wù)運行時信息收集來更新現(xiàn)有項目。
?怎么運行的
FreeRTOS使用用戶/應(yīng)用程序特定的計時器來測量任務(wù)執(zhí)行時間。為此，RTOS中的每個任務(wù)描述符都有一個累積計數(shù)器，用于添加為該任務(wù)花費的計時器滴答。當(dāng)任務(wù)獲得CPU時間時，當(dāng)前計時器滴答計數(shù)被記憶，當(dāng)RTOS切換出該任務(wù)時，則記憶當(dāng)前計時器滴答計數(shù)。然后將對應(yīng)于任務(wù)執(zhí)行時間的增量時間添加到任務(wù)執(zhí)行時間計數(shù)器。
我需要配置FreeRTOS，并將以下宏設(shè)置為1以執(zhí)行運行時分析：

#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 1

另外，需要提供以下兩個宏：

portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS（） portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE（）

RTOS使用它來配置運行時計數(shù)器計時器并獲取計時器值。
運行時計數(shù)器在每個任務(wù)描述符中存儲為32位值，這意味著對于每個任務(wù)，我對系統(tǒng)的RAM要求將增加4個字節(jié)：

FreeRTOS TCB中的ulRunTimeCounter
假設(shè)計數(shù)器周期為10 kHz（0.1 ms），這意味著變量將在大約5天后溢出。
此外，RTOS在task.c中維護額外的全局變量：

#if ( configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1 )PRIVILEGED_DATA static uint32_t ulTaskSwitchedInTime = 0UL; /*< Holds the value of a timer/counter the last time a task was switched in. */PRIVILEGED_DATA static uint32_t ulTotalRunTime = 0UL; /*< Holds the total amount of execution time as defined by the run time counter clock. */ #endif

第一個變量用于記住任務(wù)切換的時間，第二個變量是系統(tǒng)的總運行時間。這是在任務(wù)切換時發(fā)生的事情（內(nèi)核函數(shù)vTaskSwitchContext）：

/* Add the amount of time the task has been running to theaccumulated time so far. The time the task started running wasstored in ulTaskSwitchedInTime. Note that there is no overflowprotection here so count values are only valid until the timeroverflows. The guard against negative values is to protectagainst suspect run time stat counter implementations - whichare provided by the application, not the kernel. */ if( ulTotalRunTime > ulTaskSwitchedInTime ) {pxCurrentTCB->ulRunTimeCounter += ( ulTotalRunTime - ulTaskSwitchedInTime ); } else {mtCOVERAGE_TEST_MARKER(); } ulTaskSwitchedInTime = ulTotalRunTime;

通常，周期性定時器中斷用于計算執(zhí)行時間，并且定時器頻率應(yīng)該是嘀嗒中斷頻率的大約10倍（比如說“Hello”到“奈奎斯特 - 香農(nóng)”采樣定理）。這意味著如果我的滴答中斷是1 kHz，我的運行時分析定時器頻率應(yīng)該是10 kHz。
運行時統(tǒng)計信息通常帶有兩個數(shù)字：
? 絕對（時間）數(shù)字
? 百分比
下面是一個文本任務(wù)列表，其中包含右側(cè)的運行時信息：
TCB Static Handle Name State Prio Stack Beg Stack End Size Stack Top Unused Runtime
1 no (0) 0x20000450 Shell Running (1,1) 0x20000440 0x20000060 1000 B 0x200001EC ( 600 B) 392 B 0x00000000 ( <1%)
7 no (0) 0x20001E68 IDLE Ready (0,0) 0x20001E58 0x20001CD0 400 B 0x20001DFC ( 96 B) 312 B 0x00007C35 ( 91%)
2 no (0) 0x20000740 Refl Blocked (4,4) 0x20000730 0x20000510 552 B 0x200006BC ( 120 B) 384 B 0x00000C6E ( 9%)
6 no (0) 0x20001C68 Main Blocked (1,1) 0x20001C58 0x20001A08 600 B 0x20001BDC ( 128 B) 356 B 0x00000000 ( <1%)
3 no (0) 0x20001378 Radio Blocked (3,3) 0x20001368 0x20000F88 1000 B 0x200012F4 ( 120 B) 680 B 0x00000001 ( <1%)
4 no (0) 0x20001658 Sumo Blocked (2,2) 0x20001648 0x20001458 504 B 0x200015C4 ( 136 B) 360 B 0x00000000 ( <1%)
5 no (0) 0x20001948 Drive Blocked (3,3) 0x20001938 0x20001748 504 B 0x200018B4 ( 136 B) 264 B 0x00000000 ( <1%)
絕對數(shù)字是運行時間計時器滴答數(shù)（TCB中的ulRunTimeCounter）以及此計數(shù)器相對于總運行時間的百分比（task.c中的ulTotalRunTime）。
對于IDLE任務(wù)，它顯示了這一點：
TCB Static Handle Name State Prio Stack Beg Stack End Size Stack Top Unused Runtime
7 no (0) 0x20001E68 IDLE Ready (0,0) 0x20001E58 0x20001CD0 400 B 0x20001DFC ( 96 B) 312 B 0x00007C35 ( 91%)
0x7C35是定時器計數(shù)器（在本例中使用0.1 ms定時器，因此它意味著IDLE任務(wù)運行約3秒（0x7C35 / 10 => 3179 ms）并使用91％的運行時間。
問題可能是：中斷花費的時間是多少？答案是RTOS不知道中斷，它只知道任務(wù)使用了多少運行時間計時器。或者換句話說：FreeRTOS運行時計數(shù)器顯示的運行時* includes*中斷的時間。
?教程：使用FreeRTOS進行運行時分析
在下一節(jié)中，我將展示如何使用FreeRTOS啟用運行時分析。基本步驟是：
? 創(chuàng)建一個新項目（如果尚未存在）
? 更新FreeRTOSConfig.h
? 初始化和配置計時器
? 添加鉤子/回調(diào)到應(yīng)用程序
1、創(chuàng)建項目
創(chuàng)建一個基于你的目標(biāo)板的項目：

項目創(chuàng)建的目標(biāo)板
確保包含F(xiàn)reeRTOS：

項目的FreeRTOS選項
2、添加FreeRTOS任務(wù)
接下來添加一個任務(wù)，例如：

#include "FreeRTOS.h" #include "task.h"static void MyTask(void *pvParameters) {for(;;) {vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));} }

在main（）內(nèi)部，創(chuàng)建一個任務(wù)并啟動調(diào)度程序：

/* create task */if (xTaskCreate(MyTask, "MyTask", 500/sizeof(StackType_t), NULL, tskIDLE_PRIORITY+1, NULL) != pdPASS) {for(;;){} /* error */}vTaskStartScheduler(); /* start RTOS */for(;;) {/* should not get here */}

添加FreeRTOS任務(wù)
構(gòu)建和調(diào)試該項目，只是為了確保一切正常。

調(diào)試FreeRTOS任務(wù)
要在Debug視圖中顯示FreeRTOS線程，請參閱https://mcuoneclipse.com/2018/06/29/show-freertos-threads-in-eclipse-debug-view-with-segger-j-link-and-nxp-s32-design-studio/
但是FreeRTOS任務(wù)列表（使用Menu FreeRTOS>任務(wù)列表來顯示該視圖）不顯示任何運行時信息：

FreeRTOS任務(wù)列表，沒有運行時信息
這是我們將在接下來的步驟中添加的內(nèi)容。
3、跟蹤和運行時統(tǒng)計信息
在FreeRTOSConfig.h中，確保將以下定義設(shè)置為1（打開）：

#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 1 /* 1: generate runtime statistics; 0: no runtime statistics */ #define configUSE_TRACE_FACILITY 1 /* 1: include additional structure members and functions to assist with execution visualization and tracing, 0: no runtime stats/trace */

啟用運行時統(tǒng)計信息和跟蹤功能
該configUSE_TRACE_FACILITY需要使用RTOS有在任務(wù)描述當(dāng)前存儲的運行時間計數(shù)器的附加數(shù)據(jù)元素，在configGENERATE_RUN_TIME_STATS自動關(guān)上，以創(chuàng)紀(jì)錄的任務(wù)執(zhí)行時間的功能。
4、配置定時器
接下來，我們必須設(shè)置一個計時器來測量任務(wù)執(zhí)行時間。該計時器的運行速度至少比RTOS Tick計時器快10倍。
在我們的示例中，滴答率為1 kHz：

#define configTICK_RATE_HZ ((TickType_t)1000)

這意味著我們的運行時間應(yīng)至少以10 kHz運行。
要配置這樣的計時器，我可以使用MCUXpresso配置外設(shè)工具：

外圍設(shè)備工具
在外設(shè)工具中，我們選擇了FTM0定時器（我們也可以使用任何其他定時器）。

添加FTM0
定時器配置為10 kHz：

定時器輸出頻率
我們將使用定時器中斷來增加一個計數(shù)器，所以不要忘記打開中斷：

定時器溢出中斷使能
然后單擊按鈕以更新項目源：

更新項目
切換回開發(fā)人員視角。
5、定時器ISR
接下來，我們將定時器中斷代碼添加到應(yīng)用程序：

#include "fsl_ftm.h" static uint32_t RTOS_RunTimeCounter; /* runtime counter, used for configGENERATE_RUNTIME_STATS */void FTM0_IRQHandler(void) {/* Clear interrupt flag.*/FTM_ClearStatusFlags(FTM0, kFTM_TimeOverflowFlag);RTOS_RunTimeCounter++; /* increment runtime counter */ }

6、添加定時器驅(qū)動
該項目尚未編譯，因為必要的驅(qū)動程序尚未成為項目的一部分。要添加它們，請使用“管理SDK組件”按鈕：

管理SDK組件按鈕
然后檢查ftm驅(qū)動程序并按OK，將額外的驅(qū)動程序源添加到項目中。

FTM驅(qū)動程序
7、向FreeRTOS添加定時器：用于運行時統(tǒng)計的FreeRTOS定時器宏
將以下行添加到FreeRTOSConfig.h：

extern void RTOS_AppConfigureTimerForRuntimeStats(void); #define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS() RTOS_AppConfigureTimerForRuntimeStats() extern uint32_t RTOS_AppGetRuntimeCounterValueFromISR(void); #define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE() RTOS_AppGetRuntimeCounterValueFromISR()

這告訴FreeRTOS它將用于初始化定時器的功能以及獲取定時器值的功能。

向FreeRTOSConfig.h添加了運行時計數(shù)器設(shè)置
8、FreeRTOS Callback for Timer
現(xiàn)在我們需要添加我們配置FreeRTOS使用的兩個回調(diào)。

void RTOS_AppConfigureTimerForRuntimeStats(void) {RTOS_RunTimeCounter = 0;EnableIRQ(FTM0_IRQn); }uint32_t RTOS_AppGetRuntimeCounterValueFromISR(void) {return RTOS_RunTimeCounter; }

9、正在運行…。
構(gòu)建和調(diào)試您的應(yīng)用程序。如果您現(xiàn)在停止應(yīng)用程序并檢查任務(wù)列表，它現(xiàn)在顯示運行時信息：

顯示運行時信息
10、沒有Eclipse？沒問題！
上面我使用了FreeRTOS的Eclipse Task List視圖，這是NXP為他們的基于Eclipse的IDE（MCUXpresso IDE，S32DS for ARM和Kinetis Design Studio）所做的事情。但是可以直接從應(yīng)用程序顯示該信息，例如在終端LCD顯示器上。McuOnEclipse上的FreeRTOS 包含一個使用它的shell /終端接口。

控制臺上的任務(wù)運行時信息
下面的代碼片段顯示了如何為每個任務(wù)打印信息：

#if configGENERATE_RUN_TIME_STATSulTotalTime = portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE(); /* get total time passed in system */ulTotalTime /= 100UL; /* For percentage calculations. */ #endif ... #if configGENERATE_RUN_TIME_STATS && configUSE_TRACE_FACILITY/* runtime */UTIL1_strcpy(tmpBuf, sizeof(tmpBuf), (unsigned char*)"0x");UTIL1_strcatNum32Hex(tmpBuf, sizeof(tmpBuf), taskStatus.ulRunTimeCounter);if (ulTotalTime>0) { /* to avoid division by zero *//* What percentage of the total run time has the task used?This will always be rounded down to the nearest integer.ulTotalRunTime has already been divided by 100. */ulStatsAsPercentage = taskStatus.ulRunTimeCounter/ulTotalTime;if (ulStatsAsPercentage>0) {UTIL1_strcat(tmpBuf, sizeof(tmpBuf), (unsigned char*)" (");UTIL1_strcatNum16uFormatted(tmpBuf, sizeof(tmpBuf), ulStatsAsPercentage, ' ', 3);UTIL1_strcat(tmpBuf, sizeof(tmpBuf), (unsigned char*)"%)");} else {/* If the percentage is zero here then the task has consumed less than 1% of the total run time. */UTIL1_strcat(tmpBuf, sizeof(tmpBuf), (unsigned char*)" ( <1%)");}}buf[0] = '\0';UTIL1_strcatPad(buf, sizeof(buf), tmpBuf, ' ', PAD_STAT_TASK_RUNTIME);CLS1_SendStr(buf, io->stdOut); #endifCLS1_SendStr((unsigned char*)"\r\n", io->stdOut);

?概要
FreeRTOS運行時統(tǒng)計是一個非常有用的功能：它顯示每個任務(wù)使用了多少時間，包括其中斷時間。我需要的只是設(shè)置一些FreeRTOS配置宏并設(shè)置周期性定時器中斷。當(dāng)然，這并不是免費提供額外的定時器中斷以及該功能所需的RAM和FLASH，但如果需要，它可以很容易地關(guān)閉以供最終版本使用。
?鏈接
? GitHub上的示例項目：https：//github.com/ErichStyger/mcuoneclipse/tree/master/Examples/MCUXpresso/FRDM-K64F/FRDM-K64F_SDK_FreeRTOS
? 使用FreeRTOS進行性能和運行時分析
? MCUXpresso IDE網(wǎng)頁：http：//www.nxp.com/mcuxpresso/ide
? MCUXpresso IDE社區(qū)：http：//www.nxp.com/mcuxpresso/ide/forum
? 在Eclipse中更好的FreeRTOS調(diào)試
? McuOnEclipse庫項目：https：//github.com/ErichStyger/McuOnEclipseLibrary/tree/master/lib/FreeRTOS/Source
? ARM Cortex-M循環(huán)計數(shù)器：https：//mcuoneclipse.com/2017/01/30/cycle-counting-on-arm-cortex-m-with-dwt/
? 更好的FreeRTOS調(diào)試：https：//mcuoneclipse.com/2017/03/18/better-freertos-debugging-in-eclipse/
? FreeRTOS RuntimeStats：https：//www.freertos.org/rtos-run-time-stats.html
歡迎關(guān)注：

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的在Amazon FreeRTOS V10中使用运行时统计信息的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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