type
status
password
date
slug
summary
category
URL
tags
icon
1. 栈使用量测量
1.1 问题概述
当前为每个任务都配备了一个有限的任务栈，用于保存任务的运行状态
由于栈空间有限，所以存在越界使用的可能，而一旦任务栈越界就可能破坏其他任务的栈或内核数据
以右图为例，
- 任务1的栈满时，继续压栈会破坏任务2的栈
- 任务2的栈满时，继续压栈会破坏内核数据
这样就会导致任务崩溃或内核崩溃，因此需要根据任务的实际需求，给出合适的栈容量，这里的合适包含了足够且尽可能小的含义
此时就需要栈使用量测量的功能，我们可以根据实测结果，设置合适的栈容量
1.2 设计原理
- 任务初始化时，将栈空间所有内容清零（初始分配栈时，任务栈空间内容是不确定的）
- 任务运行后，栈空间逐渐被其他数值覆盖
- 从栈空间统计0单元数，即为栈的最小剩余空间。（栈内空间中所有为零的单元数量）
可见，此处统计的是任务栈的历史最大使用量，这点和FreeRTOS中uxTaskGetStackHighWater函数提供的功能是一致的。
注意事项
为了尽可能准确地测试出任务的栈使用量，有如下注意事项，
- 任务要运行足够长的时间
- 任务执行路径要尽可能覆盖到所有情况
以上述代码为例，只有在if条件满足时才会在栈中申请数组，所以如果没有运行过这段代码（那么就不会开辟256个数组），测量结果就是不准确的。
- 由于末端压栈内容可能为0，所以返向统计0单元数的方法可能是不准确的。
说明：这种情况带来的偏差较小，一般可以忽略
- 可能永远无法测量出栈空间的最大用量：主要是上面的①和②难以满足，所以只能是尽可能准确
说明：最终的栈空间分配量可以在测量基础上增加一定数量进行设置
1.3 设计实现
1.3.1 在tTask结构中添加栈统计相关字段
1.3.2 在tTaskInfo结构中添加栈统计相关字段
1.3.3 修改tTaskInit函数
注意：由于此处修改了tTaskInit函数的接口（主要是修改了栈地址的参数传递），所以需要修改所有tTaskInit函数调用，包括空闲任务 / 定时器任务 / 应用任务
1.3.4 修改tTaskGetInfo函数
说明：在统计任务栈剩余单元数时，判断式
中的 <= 非常重要，这确保的统计的准确性（即如果任务栈为空，所有栈单元，尤其是栈顶单元可以被正确统计）
这个说明其实有点儿强迫症了~
更正：上面的理解有误，使用<=反而是错误的，会多统计一个单元，因为
指向的位置已经是栈顶之后的一个单元了
2. CPU使用率测量
2.1 需求概述
测量CPU使用率的目的，
- 了解CPU负载，找出低效代码（越低效的代码越消耗CPU）
- 发现系统异常（有些系统异常表现为CPU使用率突然一直占用100%）
2.2 设计原理
2.2.1 直接统计
统计原理：统计单位时间内CPU分别运行应用任务代码和空闲任务代码的时间
问题：无法得到单位时间内执行的指令数量（硬件上就不支持），所以只能间接统计
2.2.2 间接统计
- 首先设置特殊代码块，其中包含执行计数，每执行一次特殊代码块就将计数加1
- 在系统启动之初的单位时间内（e.g. 1s），仅运行特殊代码块，进而统计出单位时间内仅执行特殊代码块的运行次数Max
- 后续每个单位时间统计一次CPU使用率，假设正常运行期间单位时间内特殊代码块运行次数为Cnt，那么CPU使用率即为，
注意：此处先计算Cnt * 100.0是为了将整个计算过程转换为浮点数类型
2.3 设计实现
代码保存在
main.c文件中
2.3.1 添加计数值
说明1：SysTick计数
SytTick启动后，每次SysTick ISR对其加1，作为整个系统的SysTick计数，后续按单位时间统计idleMaxCount与idleCount均依赖该计数值
说明2：idleMaxCount
当前设计将idleTask作为特殊代码块，idleMaxCount用于统计在SysTick使能后，单位时间内仅运行idleTask的运行次数
说明3：idleCount
每个单位时间内idleTask的运行次数，用于计算CPU使用率，
说明4：enableCpuUsageStat
由于CPU使用率统计依赖SysTick，enableCpuUsageStat标志用于同步CPU统计与系统时钟，即只有当系统时钟产生后才进行CPU统计
根据上面的分析，我们添加如下函数，
说明：tTimeTickInit函数和initCpuUsageStat函数需要在main函数中调用
2.3.2 定时器任务启动分离
由于在系统启动后的初始单位时间内需要统计idleMaxCount，所以在main函数中只能启动idleTask，其他任务均不能启动
而原先的tTimerModuleInit函数在初始化定时器相关资源时会启动定时器任务，因此此处需要将该操作分离出来
说明：tTimerModuleInit函数由main函数调用，而tTimerInitTask函数由idleTask任务调用
2.3.3 修改idleTask
说明1：关闭调度
统计CPU需要先启动SysTick，而SysTick ISR中会触发调度，所以此处关闭调度，确保在系统启动的初始单位时间内仅有idleTask运行，以便统计idleMaxCount
说明2：同步CPU统计与系统时钟节拍
在实际运行特殊代码块进行统计之前，需要等待SysTick到来，这就是此处同步的目的
2.3.4 添加checkCpuUsage函数
说明1：checkCpuUsage函数由SysTick ISR调用，当第一个时钟节拍到来时，将enableCpuUsageStat置1，这样特殊代码块就可以执行了
说明2：单位时间
此处设置的单位时间为1s，而TICKS_PER_SEC为1s对应的时钟节拍数
2.3.5 修改SysTick ISR
说明：在完成系统初始单位时间的统计后才处理软硬定时器列表
2.3.6 添加tCpuUsageGet函数
说明1：对cpuUsage的互斥
计算cpuUsage的checkCpuUsage函数虽然没有使用临界区保护cpuUsage，但是其调用者SysTick_Handler在调用过程中使用了临界区进行保护，所以该全局变量是安全的
对idleCount的保护也是以相同的方式实现的，在idleTask中，在临界区中递增idleCount；在checkCpuUsage函数中使用idleCount时虽然没有直接互斥，但是对checkCpuUsage的调用本身是在临界区中进行的
说明2：启动2s后才有有效的CPU使用率
启动后第1s统计idleMaxCount，然后每秒统计一次CPU使用率，所以启动2秒后才有有效的CPU使用率