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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：
ThreadXutilityexecution_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("=============================================================== "); App_Printf("CPU利用率 = %5.2f%% ", OSCPUUsage); App_Printf("任务执行时间 = %.9fs ", (double)_tx_execution_thread_time_total/SystemCoreClock); App_Printf("空闲执行时间 = %.9fs ", (double)_tx_execution_idle_time_total/SystemCoreClock); App_Printf("中断执行时间 = %.9fs ", (double)_tx_execution_isr_time_total/SystemCoreClock); App_Printf("系统总执行时间 = %.9fs ", (double)(_tx_execution_thread_time_total + _tx_execution_idle_time_total + _tx_execution_isr_time_total)/SystemCoreClock); App_Printf("=============================================================== "); 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 "); App_Printf(" Prio StackSize CurStack MaxStack Taskname "); /* 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 ", 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：
- 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。