一、  概述

目前車載應用中有不少應用會用到 RTOS，其中 FreeRTOS 作為主流的 RTOS，具有開源、體積小、可移植等特點，在 RTOS 開發中，通過統計 CPU 占有率可以知道當前系統資源是否緊張，另外還可以了解每個任務的占有率，對於了解怎個系統的運行狀態有很大的參考意義，SemiDrive E3 系列 MCU 作為國產的車規級 MCU 晶片，滿足 ASIL-D 安全等級、主頻高達 600 MHz，性能強大，已經開始在車載市場上大量使用，本文將基於SemiDrive E3 平台介紹如何在 FreeRTOS 系統統計 CPU 占有率，具體內容包括前期的軟硬體準備以及具體的操作步驟。

二、  軟硬體準備

2.1. 硬體準備

（1）SemiDrive E3110  官方開發板

                                                   圖 2.1 E3110 官方開發板

（2）Micro USB 數據線

                                          圖 2.2 Micro USB 數據線

（3）5V 電源適配器

                                              圖 2.3 5V 電源適配器

（4）Jlink 調試器，推薦使用 V11 版本

                                                             圖 2.4 Jlink 燒錄器

2.2 軟體準備

（1）SSDK PTG3.0，可以從芯馳的線上支持系統申請獲取，官網地址如下：https://support.semidrive.com/

                                                       圖 2.5 SSDK PTG3.0 官網下載

（2）串口調試工具，例如 Putty

                                                    圖 2.6 Putty 軟體界面

三、  操作步驟

在介紹操作步驟之前先簡單介紹下 CPU 占有率的概念，我們知道 CPU 在同一個時刻只能執行一個任務，而操作系統通過任務調度實現不同任務間的切換，時間片是任務執行時間的最小單位，用戶可以根據實際場景配置時間片的大小，操作系統在運行中會統計每個任務運行所占用時間片的數量，該任務占有的時間片數量除以總的時間片數量即是該任務的 CPU 占有率，用戶定義的所有任務的占有率相加就是 CPU 占有率，因為操作系統自身會建立一個空閒任務，因此我們可以通過統計空閒任務的 CPU 占有率來算出 CPU 的占有率。例如，用戶建立了兩個任務，系統開始運行到當前時刻總共 20s，任務 1 總共占用了 10 s，任務 2 總共占用了 5 s，空閒任務占用了 5s，因此當前 CPU 占有率為 100% - (5/20) x 100% = 75%。

下面以 E3110 開發板為例介紹如何獲取 CPU 占有率，代碼將基於 SDK 中的 FreeRTOS 例程進行修改，通過串口列印出 CPU 占有率。工程的路徑如下：E3_SSDK_PTG3.0_Source_Code\ssdk\boards\e3_176_ref\app_demo\FreeRTOS

（1）通過一個高精度的硬體定時器以及一個外部變量進行時間的統計，通常將定時器的頻率設置為 FreeRTOS 系統節拍頻率的 10 倍以上，例如系統節拍是 1000 HZ，則定時器頻率可以設置為 10000 HZ。首先在工程中添加 eTimer 定時器的驅動文件，驅動文件的路徑位於：E3_SSDK_PTG3.0_Source_Code\ssdk\drivers\source\etimer

                                                                      圖 3.1 添加定時器的驅動文件

接著在 main.c 添加 etimer 的相關代碼，具體如下圖所示:

                                                                       圖 3.2 eTimer 相關代碼

其中需要定義兩個變量 cpu_run_time_cnt 和 cpu，cpu_run_time_cnt 用於統計系統時間，而 cpu 則用於統計 CPU 占有率。

（2）修改 FreeRTOSConfig.h 文件，要統計 CPU 任務的信息，我們需要使用 FreeRTOS 提供的接口 vTaskList 和 vTaskGetRunTimeStats，前者會獲取所有任務的運行信息，包括任務名稱、任務狀態、任務優先級、任務堆棧等信息，而後者會獲取所有任務的 CPU 占有率。要使用這兩個接口，需要將相關宏打開，具體如下：

                                             圖 3.3 修改 FreeRTOSConfig.h

    （3）修改 vTaskGetRunTimeStats 函數，添加獲取 CPU 占有率的相關代碼，如下圖所示。

                                          圖 3.4 修改 vTaskGetRunTimeStats 函數

（4）在 main.c 中添加一個任務用於獲取任務信息並通過串口列印

                                                  圖 3.5 添加任務列印任務信息

（5）編譯工程，接上 USB 串口，在線調試運行代碼，可以看到每隔 1s 列印一次任務的信息，可以看到總共有 5 個任務，其中有 3 個任務是用戶創建的，有兩個是系統創建的任務，分別為空閒任務和定時器任務，可以看到 CPU 占有率為 5%，而 IDLE 任務的占有率為 95%。

至此，我們便實現了在 SemiDrive E3 平台上獲取 CPU 占有率的功能。

                                                     圖 3.6 串口列印信息