爲FreeRTOS添加CPU使用率統計功能

由於FreeRTOS沒有像其他實時操作系統一樣提供CPU使用率統計的功能，無法直觀地評估CPU的使用情況，所以在此提供一種計算CPU使用率的方法。

一、原理
此種方法計算CPU使用率的原理爲：
1、在系統啓動後，所有用戶任務都未開始運行時，統計一段時間T(如1s)內空閒任務被調用的次數M，此時可認爲這個次數是CPU佔用率最小(接近0)時能夠調用空閒任務的最大次數。
2、任務開始運行後，在滴答時鐘中斷處理函數中，每隔T時間，記錄空閒任務被調用的次數m。
3、CPU佔用率爲:(1-m/M)*100%

二、實現
爲了減少此功能對CPU資源的佔用，所以不使用空閒鉤子函數，而是直接在文件中加入相關代碼，並儘量精簡。

1.task.c

在文件開頭定義變量：

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#if(usercfgCPU_USAGE_CALCULATE==1)
static unsigned long max_idle_cnt=0;
static unsigned short idle_cntl=0;
static unsigned long idle_cnth=0;
static unsigned short tick_cnt=0;
unsigned short OSCPUusage=0;
#endif

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在xTaskIncrementTick()函數最後面加上CPU使用率計算語句，爲了減小開銷，沒有做限幅等數據有效性判斷：

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#if(usercfgCPU_USAGE_CALCULATE==1)
tick_cnt++;
if(tick_cnt>=usercfgCPU_USAGE_CALC_PERIOD)
{
    OSCPUusage=10000-idle_cnth*10000/max_idle_cnt;//0-10000->0.00-100.00%
    idle_cntl=0;
    idle_cnth=0;
    tick_cnt=0;
}
#endif
//--------------------------------------------

在portTASK_FUNCTION()函數(即Idletask)最後面加上空閒任務統計語句：

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#if(usercfgCPU_USAGE_CALCULATE==1)
idle_cntl++;
if(idle_cntl>=100)//idle_cntl是爲了防止idle_cnth溢出而設置的分頻計數器
{
    idle_cntl=0;
    idle_cnth++;
}
#endif

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在文件最後面加上空閒任務最大調用次數統計函數：

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void uTaskCPUUsageInit(void)
{
    vTaskDelay(2);//synchronizewithclocktick
    taskENTER_CRITICAL();
    max_idle_cnt=0;
    idle_cntl=0;
    idle_cnth=0;
    tick_cnt=0;
    taskEXIT_CRITICAL();

    //爲了防止idle_cnth==usercfgCPU_USAGE_CALC_PERIOD時被清零，所以只統計前80%的時間
    vTaskDelay(usercfgCPU_USAGE_CALC_PERIOD*4/5);//calcmax_idle_cnt

    taskENTER_CRITICAL();
    max_idle_cnt=idle_cnth*5/4;
    taskEXIT_CRITICAL();
}
#endif
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2.task.h
在文件最後聲明變量和函數：

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#if(usercfgCPU_USAGE_CALCULATE==1)
extern unsigned short OSCPUusage;
void uTaskCPUUsageInit(void);
#endif
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3.FreeRTOSConfig.h
在文件最後聲明是否使用CPU使用率統計功能及CPU使用率統計週期：

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#define usercfgCPU_USAGE_CALCULATE 1
#ifdef usercfgCPU_USAGE_CALCULATE
#define usercfgCPU_USAGE_CALC_PERIOD 500//ms
#endif

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4.main.c
在Task_Start()函數中調用uTaskCPUUsageInit()，注意必須在Task_Create()創建其他用戶任務之前調用。需要注意的是，使用uTaskCPUUsageInit()時會導致系統延時啓動。初始化完成之後，即可通過OSCPUusage觀察CPU使用率。

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void Task_Start(void*p_arg)
{
    #if(usercfgCPU_USAGE_CALCULATE==1)
    uTaskCPUUsageInit();
    #endif

    (void)&p_arg;
    Task_Create();//創建用戶任務

    for(;;)
    {
        vTaskDelay(TASK_START_RATE);
    }
}
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