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)

Posted 2021-06-22 安富莱电子

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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。

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

16.3 IAR的ThreadX插件实现

16.4 实验例程说明

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;
    }
}