在MCU on Eclipse网站上看到Erich Styger在2月25日发的博文，一篇关于使用FreeRTOS进行性能和运行分析的文章，本人觉得很有启发，特将其翻译过来以备参考。当然限于个人水平，有描述不当之处恳请指正。原文网址：https://mcuoneclipse.com/2018/02/25/performance-and-runtime-analysis-with-freertos/#more-23229
FreeRTOS操作系统的优点之一是它提供了免费的性能分析：它向我们展示在每个任务中花费了多少时间。最好的是：它在Eclipse中也以图形的方式显示了相应内容：
Eclipse中的FreeRTOS运行时信息
在上面的输出中，我看到我的应用程序现在是97.5%的空闲，这是一件好事，符合我的期望，因为这个机器人正等待着在轨道上运行。
如何获得这样的信息?
在Eclipse中的图形视图中需要一个Eclipse插件(请参阅Eclipse中更好的FreeRTOS调试)。该插件已经预先安装在NXP MCUXpresso IDE中。
另一种查看该信息的方法是使用“tasklist”命令，该命令将输出发送到控制台(Segger RTT, UART, USB或类似的)：
Tasklist命令
此命令可用于GitHub上的McuOnEclipse FreeRTOS。
如何工作的?
在每个任务切换时，FreeRTOS记录会切换到该任务所传递的时间(或消耗的时间)。为此，它在任务信息结构中使用了一个32位计数器。这实际上是在“运行时”列下的“任务列表”命令显示的计数器。然后根据总运行时的总数来计算百分比。
FreeRTOS内部的计数器值为32位，所以它不太适合长时间的测量。
为了修正这些数字，在FreeRTOSConfig.h中必须将两个FreeRTOS配置定义为1。
#define configUSE_TRACE_FACILITY 1 /* 1: 包括额外的结构成员和功能，以协助执行可视化和跟踪，0: 没有运行时状态跟踪*/
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 1 /* 1: 生成运行时统计; 0: 没有运行时统计 */
如果使用处理器专家，上述两个配置项有一个图形化设置:
用于性能分析的处理器专家设置
计数器
如上所述:FreeRTOS记录了每个任务所花费的时间。但这实际上不是实时的，如果configGENERATE_RUN_TIME_STATS打开，它只是某种计时器的计数器值。在这种情况下，FreeRTOSConfig。h需要配置有两个应用程序功能配置的宏：
#define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS() AppConfigureTimerForRuntimeStats()
#define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE() AppGetRuntimeCounterValueFromISR()
第一个是在RTOS启动时配置timer，第二个是返回实际的计时器计数器值。
一般的经验法则是，用于测量任务的计时器应该比实际的滴答计数器快10倍。
处理器专家的用户又有了一个优势:他们可以在处理器专家设置中轻松地配置这样的计时器，并且一切都得到了处理:
FreeRTOS的处理器专家计时器
下面是一个计时器的设置，它的运行速度是1 kHz RTOS计时器的10倍。
性能计数器
下面是产生的定时器代码:
/*
** ===================================================================
** Method : FRTOS1_OnCounterRestart (component FreeRTOS)
**
** Description :
** This method is internal. It is used by Processor Expert only.
** ===================================================================
*/
void RTOSCNTRLDD1_OnCounterRestart(LDD_TUserData *UserDataPtr __attribute__((unused)))
{
FRTOS1_RunTimeCounter++; /* increment runtime counter */
}
/*
** ===================================================================
** Method : FRTOS1_AppConfigureTimerForRuntimeStats (component FreeRTOS)
** Description :
** Configures the timer for generating runtime statistics
** Parameters : None
** Returns : Nothing
** ===================================================================
*/
#if configGENERATE_RUN_TIME_STATS
void FRTOS1_AppConfigureTimerForRuntimeStats(void)
{
#if configGENERATE_RUN_TIME_STATS_USE_TICKS
/* nothing needed, the RTOS will initialize the tick counter */
#else
FRTOS1_RunTimeCounter = 0;
FRTOS1_RunTimeCounterHandle = RTOSCNTRLDD1_Init(NULL);
(void)RTOSCNTRLDD1_Enable(FRTOS1_RunTimeCounterHandle);
#endif
}
#endif /* configGENERATE_RUN_TIME_STATS */
/*
** ===================================================================
** Method : FRTOS1_AppGetRuntimeCounterValueFromISR (component FreeRTOS)
** Description :
** returns the current runtime counter. Function can be called
** from an interrupt service routine.
** Parameters : None
** Returns :
** --- - runtime counter value
** ===================================================================
*/
uint32_t FRTOS1_AppGetRuntimeCounterValueFromISR(void)
{
#if configGENERATE_RUN_TIME_STATS
#if configGENERATE_RUN_TIME_STATS_USE_TICKS
return xTaskGetTickCountFromISR(); /* using RTOS tick counter */
#else /* using timer counter */
return FRTOS1_RunTimeCounter;
#endif
#else
return 0; /* dummy value */
#endif
}
中断服务例程计数一个计时器计数器，该计数器用于度量在任务中花费的时间。
如果中断是从性能角度考虑的问题，并且不需要很高的精度，那么处理器专家端口就有一个很好的特性:它不使用专用计时器，而是重新使用RTOS的滴答计时器。为此，有一个额外的设置来配置这个:
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS_USE_TICKS 0 /* 1: 使用RTOS tick计数器作为运行时计数器。 0: 使用额外的
在UI中对应的设置如下:
使用Tick计数器
有了这些，我们可以做一些基本的测量。但这不适合测量短任务执行时间。说RTOS的计时器是1毫秒，那么运行不到1毫秒的任务将很少被测量。
使用ARM Cortex循环计数器
另一种在ARM Cortex M（例如：Cortex-M4或M7）上测量执行时间的方法是使用ARM Cortex循环计数器。
#include "KIN1.h"
static uint32_t prevCycleCounter, cycleCntCounter = 0;
void AppConfigureTimerForRuntimeStats(void) {
cycleCntCounter = 0;
KIN1_InitCycleCounter();
prevCycleCounter = KIN1_GetCycleCounter();
}
uint32_t AppGetRuntimeCounterValueFromISR(void) {
uint32_t newCntr, diff;
newCntr = KIN1_GetCycleCounter();
diff = newCntr-prevCycleCounter;
prevCycleCounter = newCntr;
cycleCntCounter += diff>>12; /* scale down the counter */
return cycleCntCounter;
}
这种方法测量循环计数器区别两个调用AppGetRuntimeCounterValueFromISR()和基于价值的计数器计数。为了不过快地计算，计数器的值在上面的实现(使用120 MHz ARM的Cortex-M4)上按12位的偏移量缩小。对于运行速度更快或更慢的内核，您可能需要调整该值。
总结
FreeRTOS具有跟踪任务执行时间的内置函数。它是在每个任务描述符中使用一个计数器实现的，因此不需要太多RAM。应用程序必须提供一个计数器，其速度通常比正常情况下要快10倍，以获得一些合理的测量值。但是，即使使用tick计数器本身也会给出一些粗略的性能分析数据。否则，应用程序可以提供一个定期计时器计数器。如果使用臂皮质- m3 /M4/M7，使用手臂皮层循环计数器是另一种选择，因为它不需要任何定时器或中断。
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