STM32H7第16章 ThreadX原装任务统计分析功能实现(含IAR的ThreadX插件使用)

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第16章       ThreadX原装任务统计分析功能实现(含IAR的ThreadX插件使用)

本章节为大家讲解ThreadX原装任务统计分析功能的实现,支持MDK,IAR和GCC。

目录

16.1 ThreadX的任务统计分析实现原理

16.2 ThreadX的任务统计分析功能移植

16.2.1        添加任务分析代码

16.2.2        设置宏定义

16.2.3        使能DWT时钟周期计时器

16.2.4        展示任务统计方法

16.3 IAR的ThreadX插件实现

16.4 实验例程

16.5 总结


16.1 ThreadX的任务统计分析实现原理

对于Cortex-M内核,带有DWT时钟周期计数器,比如芯片主频是100MHz,那么DWT统计的时钟周期分辨率就是10ns。

ThreadX就是借助此功能实现任务统计分析,使用简单,仅需使能就可以使用。M3,M4和M7内核都带这个功能,而M0内核不带,使用中要注意。

16.2 ThreadX的任务统计分析功能移植

这里以移植到MDK为例进行说明,其它IAR,GCC的移植方法是一样的。

16.2.1        添加任务分析代码

从ThreadX 内核V6.1.7版本开始,加入了任务统计分析功能,位于源码软件包的如下路径:

ThreadX\\utility\\execution_profile_kit 。


 

按照前面章节的移植方法,升级ThreadX内核的版本到V6.1.7后,添加此文件即可。

 

别忘了添加相应路径:

16.2.2        设置宏定义

C文件要添加宏定义:TX_EXECUTION_PROFILE_ENABLE, TX_CORTEX_M_EPK

汇编文件要添加宏定义:TX_EXECUTION_PROFILE_ENABLE,TX_ENABLE_EXECUTION_CHANGE_NOTIFY

对于MDK AC5,Misc Controls加上 –cpreproc

16.2.3        使能DWT时钟周期计时器

默认情况下,ThreadX的移植文件tx_initialize_low_level.s带了DWT时钟周期计数器的使能:

    /* Enable the cycle count register.  */

    LDR     r0, =0xE0001000                         ; Build address of DWT register
    LDR     r1, [r0]                                ; Pickup the current value
    ORR     r1, r1, #1                              ; Set the CYCCNTENA bit
STR     r1, [r0]                                ; Enable the cycle count register

保险起见,在bsp.c文件也调用了函数bsp_InitDWT()做初始化。

16.2.4        展示任务统计方法

Threadx提供了三个64bit的全局变量统计时间信息,单位是系统时钟计数器,比如主频是100MHz,那么单位就是10ns。

  •   _tx_execution_thread_time_total

统计从上电开始,所有任务总的运行时间。

  •   _tx_execution_idle_time_total

统计从上电开始,总的空闲时间。

  •   _tx_execution_isr_time_total

统计从上电开始,中断服务程序总的执行实现。

 

为了方便统计CPU利用率,可以采用:

_tx_execution_thread_time_total/(_tx_execution_thread_time_total + _tx_execution_idle_time_total + _tx_execution_isr_time_total)

但这种统计不能反应CPU利用率瞬时变化,所以做了一个瞬时的统计方法,每200ms统计一次:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskStart
*    功能说明: 启动任务。
*    形    参: thread_input 是在创建该任务时传递的形参
*    返 回 值: 无
    优 先 级: 2
*********************************************************************************************************
*/
static  void  AppTaskStart (ULONG thread_input)
{
    EXECUTION_TIME TolTime, IdleTime, deltaTolTime, deltaIdleTime;
    uint32_t uiCount = 0;
    (void)thread_input;
    

    /* 内核开启后,恢复HAL里的时间基准 */
    HAL_ResumeTick();
    
    /* 外设初始化 */
    bsp_Init();
    
    /* 创建任务 */
    AppTaskCreate(); 

    /* 创建任务间通信机制 */
    AppObjCreate();    

    /* 计算CPU利用率 */
    IdleTime = _tx_execution_idle_time_total;
    TolTime = _tx_execution_thread_time_total + _tx_execution_isr_time_total + _tx_execution_idle_time_total;
    while (1)
    {  
        /* 需要周期性处理的程序,对应裸机工程调用的SysTick_ISR */
        bsp_ProPer1ms();
        
        /* CPU利用率统计 */
        uiCount++;
        if(uiCount == 200)
        {
            uiCount = 0;
            deltaIdleTime = _tx_execution_idle_time_total - IdleTime;
            deltaTolTime = _tx_execution_thread_time_total + _tx_execution_isr_time_total + 
_tx_execution_idle_time_total - TolTime;
            OSCPUUsage = (double)deltaIdleTime/deltaTolTime;
            OSCPUUsage = 100- OSCPUUsage*100;
            IdleTime = _tx_execution_idle_time_total;
            TolTime = _tx_execution_thread_time_total + _tx_execution_isr_time_total +
 _tx_execution_idle_time_total;
        }
        
        tx_thread_sleep(1);
    }
}

任务信息统一通过函数DispTaskInfo进行打印:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: DispTaskInfo
*    功能说明: 将ThreadX任务信息通过串口打印出来
*    形    参:无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DispTaskInfo(void)
{
    TX_THREAD      *p_tcb;            /* 定义一个任务控制块指针 */

    p_tcb = &AppTaskStartTCB;
    
    /* 打印标题 */
    App_Printf("===============================================================\\r\\n");
    App_Printf("CPU利用率 = %5.2f%%\\r\\n", OSCPUUsage);
    App_Printf("任务执行时间 = %.9fs\\r\\n", (double)_tx_execution_thread_time_total/SystemCoreClock);
    App_Printf("空闲执行时间 = %.9fs\\r\\n", (double)_tx_execution_idle_time_total/SystemCoreClock);
    App_Printf("中断执行时间 = %.9fs\\r\\n", (double)_tx_execution_isr_time_total/SystemCoreClock);
    App_Printf("系统总执行时间 = %.9fs\\r\\n", (double)(_tx_execution_thread_time_total + \\
                                                       _tx_execution_idle_time_total +  \\
                                                       _tx_execution_isr_time_total)/SystemCoreClock);    
    App_Printf("===============================================================\\r\\n");
    App_Printf(" 任务优先级 任务栈大小 当前使用栈  最大栈使用   任务名\\r\\n");
    App_Printf("   Prio     StackSize   CurStack    MaxStack   Taskname\\r\\n");

    /* 遍历任务控制列表TCB list),打印所有的任务的优先级和名称 */
    while (p_tcb != (TX_THREAD *)0) 
    {
        
        App_Printf("   %2d        %5d      %5d       %5d      %s\\r\\n", 
                    p_tcb->tx_thread_priority,
                    p_tcb->tx_thread_stack_size,
                    (int)p_tcb->tx_thread_stack_end - (int)p_tcb->tx_thread_stack_ptr,
                    (int)p_tcb->tx_thread_stack_end - (int)p_tcb->tx_thread_stack_highest_ptr,
                    p_tcb->tx_thread_name);


        p_tcb = p_tcb->tx_thread_created_next;

        if(p_tcb == &AppTaskStartTCB) break;
    }
}

效果:

 

16.3 IAR的ThreadX插件实现

IAR和MDK的实现一样,移植了V6.1.7或者以上版本后,添加统计分析文件即可,剩下就是使能IAR的ThreadX插件:

  •   第1步,使能ThreadX插件:

  •   第2步,进入调试状态,添加ThreadX组件,大家可以更新需要选择展现那些信息:

  •   第3步,先全速运行,然后点击暂停才可以查看信息,效果如下:

16.4 实验例程

配套例子:

V7-3011_ThreadX Task Statistics

实验目的:

  1. ThreadX原装任务统计分析功能

实验内容:

1、共创建了如下几个任务,通过按下按键K1可以通过串口或者RTT打印任务堆栈使用情况                                  

========================================================

         CPU利用率 =  0.89%

         任务执行时间 = 0.586484645s

         空闲执行时间 = 85.504470575s

         中断执行时间 = 0.173225395s

         系统总执行时间 = 86.264180615s              

=======================================================

        任务优先级 任务栈大小 当前使用栈  最大栈使用   任务名

          Prio     StackSize   CurStack    MaxStack   Taskname

          2         4092        303         459      App Task Start

          5         4092        167         167      App Msp Pro

          4         4092        167         167      App Task UserIF

           5         4092        167         167      App Task COM

           0         1020        191         191      System Timer Thread           

串口软件可以使用SecureCRT或者H7-TOOL RTT查看打印信息。

App Task Start任务  :启动任务,这里用作BSP驱动包处理。

App Task MspPro任务 :消息处理,这里用作LED闪烁。

App Task UserIF任务 :按键消息处理。

App Task COM任务   :这里用作LED闪烁。

System Timer Thread任务:系统定时器任务

2、 (1) 凡是用到printf函数的全部通过函数App_Printf实现。

 (2) App_Printf函数做了信号量的互斥操作,解决资源共享问题。

3、默认上电是通过串口打印信息,如果使用RTT打印信息

(1)   MDK AC5,MDK AC6或IAR通过使能bsp.h文件中的宏定义为1即可

#define Enable_RTTViewer  1

(2)   Embedded Studio继续使用此宏定义为0, 因为Embedded Studio仅制作了调试状态RTT方式查看。

串口打印信息方式(AC5,AC6和IAR):

波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1

 

RTT打印信息方式(AC5,AC6和IAR):

Embedded Studio仅支持调试状态RTT打印:

由于Embedded Studio不支持中文,所以中文部分显示乱码,不用管。

程序执行框图:

 

16.5 总结

本章节主要为大家讲解了ThreadX原装的任务统计分析功能的实现,比较实用。

 

以上是关于STM32H7第16章 ThreadX原装任务统计分析功能实现(含IAR的ThreadX插件使用)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

STM32H7第10章 ThreadX任务栈大小确定及其溢出检测

STM32H7第12章 ThreadX任务优先级修改及其分配方案

STM32H7第17章 ThreadX事件标志组

STM32H7第14章 ThreadX调度锁,任务锁和中断锁(调度阀值)

STM32F429第16章 ThreadX原装任务统计分析功能实现(含IAR的ThreadX插件使用)

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