基于裸机的cpu loading监控方案
1. What's this!
cpu_monitor_no_thread 是一个针对裸机应用编写的 cpu loading 监控方案。使用 FreeRTOS、RT-Thread 这类操作系统时，往往 RTOS 内都自带了 cpu monitor 的组件，但是针对裸机应用场景，却缺乏此类组件，因此在进行逻辑开发时，对于 CPU loading 统计便成了问题，因此开发了 cpu_monitor_no_thread 此组件。
使用 cpu_monitor_no_thread 时，建议对应的裸机开发也需遵循一定的任务思想进行开发，这样统计 cpu loading 才具有一定的意义，如果将事情全部放在while(1) 循环内，不关心执行频率，cpu 能跑多少次就跑多少次，对于这类应用场景，相信你也无须考虑 cpu loading 的问题，因为你的 cpu 一直都在忙着干活，一直都是100%
2. Other
为避免使用此组件的开发者未能理解裸机任务开发思想，特作此补充说明，若已理解可直接跳过
任务开发思想：即将 cpu 需要做的事情拆分为多个任务，如 A、B、C，并根据需求确定相关任务的执行频率，如：
- 任务A：10ms 执行一次
- 任务B：20ms 执行一次
- 任务C：30ms 执行一次
由系统定时器（Cortex M处理器通常使用 system tick）产生基础时间节拍 tick，如 1ms 产生一个 tick
下方展示一个简单的由 system tick 产生时间节拍的处理方式：
c
uint32_t clock_array[5]={0}; /* 用于拆分任务处理 */
uint32_t system_tick = 0;
void SysTick_Handler(void)
{
uint8_t i = 0;
system_tick ++;
for(i = 0; i < 5; i++)
{
if(clock_array[i] != 0)
clock_array[i] --;
}
}有了 system tick 提供的时间片之后，之后在主循环内即可设计对应任务处理了，伪代码如下：
c
int main(void)
{
/* xxxx init */
while (1) {
if (clock_array[0] == 0) {
clock_array[0] = 10;
A(); /* 执行A任务*/
}
if (clock_array[1] == 0) {
clock_array[1] = 20;
B(); /* 执行A任务*/
}
if (clock_array[2] == 0) {
clock_array[2] = 30;
C(); /* 执行A任务*/
}
}
}3. Usage
3.1 Steps
step1：
添加 cpu_monitor_no_thread 组件至对应工程
step2：
根据对应平台，适配系统时间戳接口，uint32_t cpu_monitor_get_systick(void)，接口声明位于cpu_monitor_interface.h 文件内
step3：
系统时钟初始化之后，且其他外设/中断未启动前，调用 cpu_monitor_init(); ，务必注意在系统时钟初始化之后再调用，否则初始化将失败；
此函数运行固定时间用来统计全cpu计算的基（分母），因此要求在其他外设/中断未启用前调用的，这样更加精准
step4：
主循环内调用 cpu_monitor_run_hook() 统计cpu空闲时占比
step5：
系统时钟中断内调用 cpu_monitor_calculate() 定周期计算 cpu loading
可通过修改 #define CPU_MONITOR_PERIOD_TICK 100 ，调整 cpu loading 计算周期
step6：
可调用 cpu_monitor_get_loading() 获取当前 cpu 使用率
3.2 Example
系统滴答处理：
uint32_t clock_array[5]={0}; /* 用于拆分任务处理 */
uint32_t system_tick = 0;
void SysTick_Handler(void)
{
uint8_t i = 0;
system_tick ++;
for(i = 0; i < 5; i++)
{
if(clock_array[i] != 0)
clock_array[i] --;
}
cpu_monitor_calculate();
}主函数处理：
c
#include "cpu_monitor.h"
#include "cpu_monitor_interface.h"
uint32_t cpu_monitor_get_systick(void)
{
return get_systick();
}
int main(void)
{
uint8_t major = 0, minor = 0;
Systick_Init();
cpu_monitor_init();
/* xxxx init */
while (1) {
cpu_monitor_run_hook();
if (clock_array[0] == 0) {
clock_array[0] = 10;
A(); /* 执行A任务*/
}
if (clock_array[1] == 0) {
clock_array[1] = 20;
B(); /* 执行A任务*/
}
if (clock_array[2] == 0) {
clock_array[2] = 30;
C(); /* 执行A任务*/
}
if (clock_array[3] == 0) {
clock_array[3] = 1000;
cpu_monitor_get_loading(&major, &minor);
printf("cpu loading:%d.%02d\r\n", major, minor);
}
}
}4. Record
实现 cpu monitor 没什么太大困难，但是有一个坑点需要特别注意：
4.1 注意init和hook实现count计数逻辑一致性
实现 cpu_monitor_init() 的时候，主要思想是让cpu不干别的，只做 count 计算，统计cpu全力计数时能计到的最大值，作为后续cpu loading计算时的分母。那么这里务必注意代码编写的处理逻辑一定要和 cpu_monitor_run_hook() 里面空闲cpu计数的处理方式一致！
比如， cpu_monitor_run_hook() 运用的是 if 处理加 自加 运算，对应 cpu_monitor_init()里面也应如此！
c
void cpu_monitor_init(void)
{
uint32_t tick = cpu_monitor_get_systick();
while (cpu_monitor_get_systick() - tick < CPU_MONITOR_PERIOD_TICK) {
cpu_monitor.data.total_loop++;
if (cpu_monitor.data.total_loop >= CPU_MONITOR_MAX_LOOP) {
cpu_monitor.data.total_loop = 0;
cpu_monitor.data.total_count ++;
}
}
cpu_monitor.status.init_flag = 1;
}
void cpu_monitor_run_hook(void)
{
cpu_monitor.data.run_loop++;
if (cpu_monitor.data.run_loop >= CPU_MONITOR_MAX_LOOP) {
cpu_monitor.data.run_loop = 0;
cpu_monitor.data.run_count ++;
}
}如果 cpu_monitor_init() 里面换另外一种方式，如 while
c
void cpu_monitor_init(void)
{
uint32_t tick = cpu_monitor_get_systick();
while (cpu_monitor_get_systick() - tick < CPU_MONITOR_PERIOD_TICK) {
cpu_monitor.data.total_count++;
cpu_monitor.data.total_loop = 0;
while (cpu_monitor.data.total_loop < CPU_MONITOR_MAX_LOOP)
cpu_monitor.data.total_loop++;
}
cpu_monitor.status.init_flag = 1;
}那么你会发现，代码里面不放什么一开始的 loading 就是40%了！这是因为两种写法不一致，导致 cpu 执行周期不一致，进而导致的统计误差！
4.2 注意while循环内任务思想开发
这个不多说，章节2有详细描述！
5. Conclusion
🆗，以上就是一种裸机的 cpu loading 监控组件分享了，有问题欢迎大家提 pr ！