第8章 FreeRTOS调试方法（打印任务执行情况）
第8章 FreeRTOS调试方法（打印任务执行情况）本章节为大家介绍FreeRTOS的调试方法，这里的调试方法主要是教会大家如何获取任务的执行情况，通过获取的任务信息，可以进一步的配置和优化工程，这种方法非常实用，建议初学者必须掌握。
本章教程配套的例子含Cortex-M3内核的STM32F103和Cortex-M4内核的STM32F407以及F429。
8.1 串口打印调试说明
8.2 STM32F103实现串口打印调试
8.3 STM32F407实现串口打印调试
8.4 STM32F429实现串口打印调试
8.5总结 8.1串口打印调试说明
很多时候，我们需要了解任务的执行状态，任务栈的使用情况以及各个任务的CPU使用率，这时就需要用到官方提供的两个函数vTaskList和vTaskGetRunTimeStats。用户就可以通过这两个函数获得任务的执行情况。
获取了任务执行情况后，可以通过串口将其打印出来，当然，也可以通过任何其它方式将其显示出来。本教程配套的例子统一采用串口打印的方式显示任务的执行情况。另外有一点要特别注意，这种调试方式仅限测试目的，实际项目中不要使用，这种测试方式比较影响系统实时性。 8.2 STM32F103实现串口打印调试
为了获取FreeRTOS的任务信息，需要创建一个定时器，这个定时器的时间基准精度要高于系统时钟节拍，这样得到的任务信息才准确。这里提供的函数仅用于测试目的，切不可将其用于实际项目，原因有两点：
u FreeRTOS的系统内核没有对总的计数时间做溢出保护。
u 定时器中断是50us进入一次，比较影响系统性能。
这里使用的是32位变量来保存50us一次的计数值，最大支持计数时间：2^32 * 50us / 3600s =59.6分钟。运行时间超过了59.6分钟将不准确。
具体在FreeRTOS的工程中如何做才可以实现任务信息获取呢？下面分三步进行说明。
8.2.1 使能相关宏定义
需要在FreeRTOSConfig.h文件中使能如下宏定义：
/* Ensure stdint is only used by the compiler, and not the assembler. */
#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
#include <stdint.h>
extern volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks;
#endif
/* Run time and task stats gathering related definitions. */
#define configUSE_TRACE_FACILITY 1
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 1
#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1
#define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS() (ulHighFrequencyTimerTicks = 0ul)
#define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE() ulHighFrequencyTimerTicks
其中变量ulHighFrequencyTimerTicks是需要用户去定义的，我们这里是将其定义在了定时器初始化文件SysInfoTest.c里面。
8.2.2 精度高于滴答定时器的时钟初始化
这里采用STM32F103内部的TIM6实现50us一次的中断，在中断函数里面对变量ulHighFrequencyTimerTicks进行计数操作，以供FreeRTOS系统使用，具体实现的代码如下：
#include "bsp.h"
/* 定时器频率，50us一次中断 */
#definetimerINTERRUPT_FREQUENCY 20000
/* 中断优先级 */
#definetimerHIGHEST_PRIORITY 1
/* 被系统调用 */
volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks = 0UL;
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: vSetupTimerTest
* 功能说明: 创建定时器
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void vSetupSysInfoTest(void)
{
bsp_SetTIMforInt(TIM6, timerINTERRUPT_FREQUENCY, timerHIGHEST_PRIORITY, 0);
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: TIM6_IRQHandler
* 功能说明: TIM6中断服务程序。
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void TIM6_IRQHandler( void )
{
if(TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)
{
ulHighFrequencyTimerTicks++;
TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);
}
}
/***************************** 安富莱电子 www.armfly.com (END OF FILE) *********************************/
其中函数bsp_SetTIMforInt在文件bsp_tim_pwm.c里面进行了实现，源代码如下：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_SetTIMforInt
* 功能说明: 配置TIM和NVIC，用于简单的定时中断. 开启定时中断。 中断服务程序由应用程序实现。
* 形 参: TIMx : 定时器
* _ulFreq : 定时频率 （Hz）。 0 表示关闭。
* _PreemptionPriority : 中断优先级分组
* _SubPriority : 子优先级
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_SetTIMforInt(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t _ulFreq, uint8_t _PreemptionPriority, uint8_t _SubPriority)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;
uint16_t usPeriod;
uint16_t usPrescaler;
uint32_t uiTIMxCLK;
/* 使能TIM时钟 */
if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8))
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
}
else
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
}
if (_ulFreq == 0)
{
TIM_Cmd(TIMx, DISABLE); /* 关闭定时输出 */
/* 关闭TIM定时更新中断 (Update) */
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
uint8_t irq = 0; /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
if (TIMx == TIM1)
irq = TIM1_UP_IRQn;
else if (TIMx == TIM2)
irq = TIM2_IRQn;
else if (TIMx == TIM3)
irq = TIM3_IRQn;
else if (TIMx == TIM4)
irq = TIM4_IRQn;
else if (TIMx == TIM5)
irq = TIM5_IRQn;
else if (TIMx == TIM6)
irq = TIM6_IRQn;
else if (TIMx == TIM7)
irq = TIM7_IRQn;
else if (TIMx == TIM8)
irq = TIM8_UP_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = DISABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
return;
}
/*-----------------------------------------------------------------------
system_stm32f4xx.c 文件中 static void SetSysClockToHSE(void) 函数对时钟的配置如下：
//HCLK = SYSCLK
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
//PCLK2 = HCLK
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
//PCLK1 = HCLK
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV1;
APB1 定时器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13,TIM14
APB2 定时器有 TIM1, TIM8 ,TIM9, TIM10, TIM11
----------------------------------------------------------------------- */
if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8) || (TIMx == TIM9) || (TIMx == TIM10) || (TIMx == TIM11))
{
/* APB2 定时器 */
uiTIMxCLK = SystemCoreClock;
}
else /* APB1 定时器 .*/
{
uiTIMxCLK = SystemCoreClock; // SystemCoreClock / 2;
}
if (_ulFreq < 100)
{
usPrescaler = 10000 - 1; /* 分频比 = 1000 */
usPeriod =(uiTIMxCLK / 10000) / _ulFreq- 1; /* 自动重装的值 */
}
else if (_ulFreq < 3000)
{
usPrescaler = 100 - 1; /* 分频比 = 100 */
usPeriod =(uiTIMxCLK / 100) / _ulFreq- 1;/* 自动重装的值 */
}
else /* 大于4K的频率，无需分频 */
{
usPrescaler = 0; /* 分频比 = 1 */
usPeriod = uiTIMxCLK / _ulFreq - 1;/* 自动重装的值 */
}
/* Time base configuration */
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = usPeriod;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = usPrescaler;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_ARRPreloadConfig(TIMx, ENABLE);
/* TIM Interrupts enable */
TIM_ITConfig(TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);
/* TIMx enable counter */
TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);
/* 配置TIM定时更新中断 (Update) */
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
uint8_t irq = 0; /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
if (TIMx == TIM1)
irq = TIM1_UP_IRQn;
else if (TIMx == TIM2)
irq = TIM2_IRQn;
else if (TIMx == TIM3)
irq = TIM3_IRQn;
else if (TIMx == TIM4)
irq = TIM4_IRQn;
else if (TIMx == TIM5)
irq = TIM5_IRQn;
else if (TIMx == TIM6)
irq = TIM6_IRQn;
else if (TIMx == TIM7)
irq = TIM7_IRQn;
else if (TIMx == TIM8)
irq = TIM8_UP_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
}
8.2.3 获取任务执行情况
通过前面8.2.1小节和8.2.2小节的设置后，大家就可以在工程中通过FreeRTOS的两个函数vTaskList和vTaskGetRunTimeStats获取任务的执行情况。这里我们分成简单的两步进行说明：
u 第1步：先做精度高于滴答定时器的时钟初始化
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: 标准c程序入口。
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
/*
在启动调度前，为了防止初始化STM32外设时有中断服务程序执行，这里禁止全局中断(除了NMI和HardFault)。
这样做的好处是：
1. 防止执行的中断服务程序中有FreeRTOS的API函数。
2. 保证系统正常启动，不受别的中断影响。
3. 关于是否关闭全局中断，大家根据自己的实际情况设置即可。
在移植文件port.c中的函数prvStartFirstTask中会重新开启全局中断。通过指令cpsie i开启，__set_PRIMASK(1)
和cpsie i是等效的。
*/
__set_PRIMASK(1);
/* 硬件初始化 */
bsp_Init();
/* 1. 初始化一个定时器中断，精度高于滴答定时器中断，这样才可以获得准确的系统信息 仅供调试目的，实际项
目中不要使用，因为这个功能比较影响系统实时性。
2. 为了正确获取FreeRTOS的调试信息，可以考虑将上面的关闭中断指令__set_PRIMASK(1); 注释掉。
*/
vSetupSysInfoTest();
/* 创建任务 */
AppTaskCreate();
/* 启动调度，开始执行任务 */
vTaskStartScheduler();
/*
如果系统正常启动是不会运行到这里的，运行到这里极有可能是用于定时器任务或者空闲任务的
heap空间不足造成创建失败，此要加大FreeRTOSConfig.h文件中定义的heap大小：
#define configTOTAL_HEAP_SIZE ( ( size_t ) ( 17 * 1024 ) )
*/
while(1);
}
u 第2步：初始化好以后就可以在FreeRTOS的任务中使用了。这里将任务信息获取功能放在了任务vTaskTaskUserIF里面去实现：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: vTaskTaskUserIF
* 功能说明: 接口消息处理。
* 形 参: pvParameters 是在创建该任务时传递的形参
* 返 回 值: 无
* 优 先 级: 1(数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
*********************************************************************************************************
*/
static void vTaskTaskUserIF(void *pvParameters)
{
uint8_t ucKeyCode;
uint8_t pcWriteBuffer;
while(1)
{
ucKeyCode = bsp_GetKey();
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
/* K1键按下 打印任务执行情况 */
case KEY_DOWN_K1:
printf("=================================================\\r\\n");
printf("任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号\\r\\n");
vTaskList((char *)&pcWriteBuffer);
printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
printf("\\r\\n任务名 运行计数 使用率\\r\\n");
vTaskGetRunTimeStats((char *)&pcWriteBuffer);
printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
break;
/* 其他的键值不处理 */
default:
break;
}
}
vTaskDelay(20);
}
}
8.2.4 串口打印效果
STM32F103配套的完整工程是：V4-301_FreeRTOS实验_串口调试方法（打印任务执行情况），串口打印的效果如下（波特率115200，数据位8，奇偶校验位无，停止位1）：
上面截图中打印出来的任务状态字母B, R, D, S对应如下含义：
#definetskBLOCKED_CHAR ( 'B' )任务阻塞
#definetskREADY_CHAR ( 'R' ) 任务就绪
#definetskDELETED_CHAR ( 'D' )任务删除
#definetskSUSPENDED_CHAR ( 'S' ) 任务挂起
另外要注意剩余栈的单位是word，即4字节。比如vTaskUserIF任务的剩余栈是321，代表321*4 = 1284字节。 8.3STM32F407实现串口打印调试
为了获取FreeRTOS的任务信息，需要创建一个定时器，这个定时器的时间基准精度要高于系统时钟节拍，这样得到的任务信息才准确。这里提供的函数仅用于测试目的，切不可将其用于实际项目，原因有两点：
u FreeRTOS的系统内核没有对总的计数时间做溢出保护。
u 定时器中断是50us进入一次，比较影响系统性能。
这里使用的是32位变量来保存50us一次的计数值，最大支持计数时间：2^32 * 50us / 3600s =59.6分钟。运行时间超过了59.6分钟将不准确。
具体在FreeRTOS的工程中如何做才可以实现任务信息获取呢？下面分三步进行说明。
8.3.1 使能相关宏定义
需要在FreeRTOSConfig.h文件中使能如下宏定义：
/* Ensure stdint is only used by the compiler, and not the assembler. */
#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
#include <stdint.h>
extern volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks;
#endif
/* Run time and task stats gathering related definitions. */
#define configUSE_TRACE_FACILITY 1
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 1
#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1
#define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS() (ulHighFrequencyTimerTicks = 0ul)
#define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE() ulHighFrequencyTimerTicks
其中变量ulHighFrequencyTimerTicks是需要用户去定义的，我们这里是将其定义在了定时器初始化文件SysInfoTest.c里面。
8.3.2 精度高于滴答定时器的时钟初始化
这里采用STM32F407内部的TIM6实现50us一次的中断，在中断函数里面对变量ulHighFrequencyTimerTicks进行计数操作，以供FreeRTOS系统使用，具体实现的代码如下：
#include "bsp.h"
/* 定时器频率，50us一次中断 */
#definetimerINTERRUPT_FREQUENCY 20000
/* 中断优先级 */
#definetimerHIGHEST_PRIORITY 1
/* 被系统调用 */
volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks = 0UL;
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: vSetupTimerTest
* 功能说明: 创建定时器
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void vSetupSysInfoTest(void)
{
bsp_SetTIMforInt(TIM6, timerINTERRUPT_FREQUENCY, timerHIGHEST_PRIORITY, 0);
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: TIM6_DAC_IRQHandler
* 功能说明: TIM6中断服务程序。
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void TIM6_DAC_IRQHandler ( void )
{
if(TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)
{
ulHighFrequencyTimerTicks++;
TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);
}
}
/***************************** 安富莱电子 www.armfly.com (END OF FILE) *********************************/
其中函数bsp_SetTIMforInt在文件bsp_tim_pwm.c里面进行了实现，源代码如下：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_SetTIMforInt
* 功能说明: 配置TIM和NVIC，用于简单的定时中断. 开启定时中断。 中断服务程序由应用程序实现。
* 形 参: TIMx : 定时器
* _ulFreq : 定时频率 （Hz）。 0 表示关闭。
* _PreemptionPriority : 中断优先级分组
* _SubPriority : 子优先级
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_SetTIMforInt(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t _ulFreq, uint8_t _PreemptionPriority, uint8_t _SubPriority)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;
uint16_t usPeriod;
uint16_t usPrescaler;
uint32_t uiTIMxCLK;
/* 使能TIM时钟 */
if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8))
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
}
else
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
}
if (_ulFreq == 0)
{
TIM_Cmd(TIMx, DISABLE); /* 关闭定时输出 */
/* 关闭TIM定时更新中断 (Update) */
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
uint8_t irq = 0; /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
if (TIMx == TIM1)
irq = TIM1_UP_IRQn;
else if (TIMx == TIM2)
irq = TIM2_IRQn;
else if (TIMx == TIM3)
irq = TIM3_IRQn;
else if (TIMx == TIM4)
irq = TIM4_IRQn;
else if (TIMx == TIM5)
irq = TIM5_IRQn;
else if (TIMx == TIM6)
irq = TIM6_IRQn;
else if (TIMx == TIM7)
irq = TIM7_IRQn;
else if (TIMx == TIM8)
irq = TIM8_UP_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = DISABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
return;
}
/*-----------------------------------------------------------------------
system_stm32f4xx.c 文件中 static void SetSysClockToHSE(void) 函数对时钟的配置如下：
//HCLK = SYSCLK
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
//PCLK2 = HCLK
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
//PCLK1 = HCLK
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV1;
APB1 定时器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13,TIM14
APB2 定时器有 TIM1, TIM8 ,TIM9, TIM10, TIM11
----------------------------------------------------------------------- */
if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8) || (TIMx == TIM9) || (TIMx == TIM10) || (TIMx == TIM11))
{
/* APB2 定时器 */
uiTIMxCLK = SystemCoreClock;
}
else /* APB1 定时器 .*/
{
uiTIMxCLK = SystemCoreClock; // SystemCoreClock / 2;
}
if (_ulFreq < 100)
{
usPrescaler = 10000 - 1; /* 分频比 = 1000 */
usPeriod =(uiTIMxCLK / 10000) / _ulFreq- 1; /* 自动重装的值 */
}
else if (_ulFreq < 3000)
{
usPrescaler = 100 - 1; /* 分频比 = 100 */
usPeriod =(uiTIMxCLK / 100) / _ulFreq- 1;/* 自动重装的值 */
}
else /* 大于4K的频率，无需分频 */
{
usPrescaler = 0; /* 分频比 = 1 */
usPeriod = uiTIMxCLK / _ulFreq - 1;/* 自动重装的值 */
}
/* Time base configuration */
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = usPeriod;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = usPrescaler;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_ARRPreloadConfig(TIMx, ENABLE);
/* TIM Interrupts enable */
TIM_ITConfig(TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);
/* TIMx enable counter */
TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);
/* 配置TIM定时更新中断 (Update) */
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
uint8_t irq = 0; /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
if (TIMx == TIM1)
irq = TIM1_UP_IRQn;
else if (TIMx == TIM2)
irq = TIM2_IRQn;
else if (TIMx == TIM3)
irq = TIM3_IRQn;
else if (TIMx == TIM4)
irq = TIM4_IRQn;
else if (TIMx == TIM5)
irq = TIM5_IRQn;
else if (TIMx == TIM6)
irq = TIM6_IRQn;
else if (TIMx == TIM7)
irq = TIM7_IRQn;
else if (TIMx == TIM8)
irq = TIM8_UP_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
}
8.3.3 获取任务执行情况
通过前面8.2.1小节和8.2.2小节的设置后，大家就可以在工程中通过FreeRTOS的两个函数vTaskList和vTaskGetRunTimeStats获取任务的执行情况。这里我们分成简单的两步进行说明：
u 第1步：先做精度高于滴答定时器的时钟初始化
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: 标准c程序入口。
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
/*
在启动调度前，为了防止初始化STM32外设时有中断服务程序执行，这里禁止全局中断(除了NMI和HardFault)。
这样做的好处是：
1. 防止执行的中断服务程序中有FreeRTOS的API函数。
2. 保证系统正常启动，不受别的中断影响。
3. 关于是否关闭全局中断，大家根据自己的实际情况设置即可。
在移植文件port.c中的函数prvStartFirstTask中会重新开启全局中断。通过指令cpsie i开启，__set_PRIMASK(1)
和cpsie i是等效的。
*/
__set_PRIMASK(1);
/* 硬件初始化 */
bsp_Init();
/* 1. 初始化一个定时器中断，精度高于滴答定时器中断，这样才可以获得准确的系统信息 仅供调试目的，实际项
目中不要使用，因为这个功能比较影响系统实时性。
2. 为了正确获取FreeRTOS的调试信息，可以考虑将上面的关闭中断指令__set_PRIMASK(1); 注释掉。
*/
vSetupSysInfoTest();
/* 创建任务 */
AppTaskCreate();
/* 启动调度，开始执行任务 */
vTaskStartScheduler();
/*
如果系统正常启动是不会运行到这里的，运行到这里极有可能是用于定时器任务或者空闲任务的
heap空间不足造成创建失败，此要加大FreeRTOSConfig.h文件中定义的heap大小：
#define configTOTAL_HEAP_SIZE ( ( size_t ) ( 17 * 1024 ) )
*/
while(1);
}
u 第2步：初始化好以后就可以在FreeRTOS的任务中使用了。这里将任务信息获取功能放在了任务vTaskTaskUserIF里面去实现：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: vTaskTaskUserIF
* 功能说明: 接口消息处理。
* 形 参: pvParameters 是在创建该任务时传递的形参
* 返 回 值: 无
* 优 先 级: 1(数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
*********************************************************************************************************
*/
static void vTaskTaskUserIF(void *pvParameters)
{
uint8_t ucKeyCode;
uint8_t pcWriteBuffer;
while(1)
{
ucKeyCode = bsp_GetKey();
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
/* K1键按下 打印任务执行情况 */
case KEY_DOWN_K1:
printf("=================================================\\r\\n");
printf("任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号\\r\\n");
vTaskList((char *)&pcWriteBuffer);
printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
printf("\\r\\n任务名 运行计数 使用率\\r\\n");
vTaskGetRunTimeStats((char *)&pcWriteBuffer);
printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
break;
/* 其他的键值不处理 */
default:
break;
}
}
vTaskDelay(20);
}
}
8.3.4 串口打印效果
STM32F407配套的完整工程是：V5-301_FreeRTOS实验_串口调试方法（打印任务执行情况），串口打印的效果如下（波特率115200，数据位8，奇偶校验位无，停止位1）：
上面截图中打印出来的任务状态字母B, R, D, S对应如下含义：
#definetskBLOCKED_CHAR ( 'B' )任务阻塞
#definetskREADY_CHAR ( 'R' ) 任务就绪
#definetskDELETED_CHAR ( 'D' )任务删除
#definetskSUSPENDED_CHAR ( 'S' ) 任务挂起
另外要注意剩余栈的单位是word，即4字节。比如vTaskUserIF任务的剩余栈是321，代表321*4 = 1284字节。 8.4STM32F429实现串口打印调试
为了获取FreeRTOS的任务信息，需要创建一个定时器，这个定时器的时间基准精度要高于系统时钟节拍，这样得到的任务信息才准确。这里提供的函数仅用于测试目的，切不可将其用于实际项目，原因有两点：
u FreeRTOS的系统内核没有对总的计数时间做溢出保护。
u 定时器中断是50us进入一次，比较影响系统性能。
这里使用的是32位变量来保存50us一次的计数值，最大支持计数时间：2^32 * 50us / 3600s =59.6分钟。运行时间超过了59.6分钟将不准确。
具体在FreeRTOS的工程中如何做才可以实现任务信息获取呢？下面分三步进行说明。
8.4.1 使能相关宏定义
需要在FreeRTOSConfig.h文件中使能如下宏定义：
/* Ensure stdint is only used by the compiler, and not the assembler. */
#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
#include <stdint.h>
extern volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks;
#endif
/* Run time and task stats gathering related definitions. */
#define configUSE_TRACE_FACILITY 1
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 1
#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1
#define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS() (ulHighFrequencyTimerTicks = 0ul)
#define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE() ulHighFrequencyTimerTicks
其中变量ulHighFrequencyTimerTicks是需要用户去定义的，我们这里是将其定义在了定时器初始化文件SysInfoTest.c里面。
8.4.2 精度高于滴答定时器的时钟初始化
这里采用STM32F429内部的TIM6实现50us一次的中断，在中断函数里面对变量ulHighFrequencyTimerTicks进行计数操作，以供FreeRTOS系统使用，具体实现的代码如下：
#include "bsp.h"
/* 定时器频率，50us一次中断 */
#definetimerINTERRUPT_FREQUENCY 20000
/* 中断优先级 */
#definetimerHIGHEST_PRIORITY 1
/* 被系统调用 */
volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks = 0UL;
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: vSetupTimerTest
* 功能说明: 创建定时器
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void vSetupSysInfoTest(void)
{
bsp_SetTIMforInt(TIM6, timerINTERRUPT_FREQUENCY, timerHIGHEST_PRIORITY, 0);
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: TIM6_DAC_IRQHandler
* 功能说明: TIM6中断服务程序。
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void TIM6_DAC_IRQHandler ( void )
{
if(TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)
{
ulHighFrequencyTimerTicks++;
TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);
}
}
/***************************** 安富莱电子 www.armfly.com (END OF FILE) *********************************/
其中函数bsp_SetTIMforInt在文件bsp_tim_pwm.c里面进行了实现，源代码如下：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_SetTIMforInt
* 功能说明: 配置TIM和NVIC，用于简单的定时中断. 开启定时中断。 中断服务程序由应用程序实现。
* 形 参: TIMx : 定时器
* _ulFreq : 定时频率 （Hz）。 0 表示关闭。
* _PreemptionPriority : 中断优先级分组
* _SubPriority : 子优先级
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_SetTIMforInt(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t _ulFreq, uint8_t _PreemptionPriority, uint8_t _SubPriority)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;
uint16_t usPeriod;
uint16_t usPrescaler;
uint32_t uiTIMxCLK;
/* 使能TIM时钟 */
if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8))
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
}
else
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
}
if (_ulFreq == 0)
{
TIM_Cmd(TIMx, DISABLE); /* 关闭定时输出 */
/* 关闭TIM定时更新中断 (Update) */
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
uint8_t irq = 0; /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
if (TIMx == TIM1)
irq = TIM1_UP_IRQn;
else if (TIMx == TIM2)
irq = TIM2_IRQn;
else if (TIMx == TIM3)
irq = TIM3_IRQn;
else if (TIMx == TIM4)
irq = TIM4_IRQn;
else if (TIMx == TIM5)
irq = TIM5_IRQn;
else if (TIMx == TIM6)
irq = TIM6_IRQn;
else if (TIMx == TIM7)
irq = TIM7_IRQn;
else if (TIMx == TIM8)
irq = TIM8_UP_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = DISABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
return;
}
/*-----------------------------------------------------------------------
system_stm32f4xx.c 文件中 static void SetSysClockToHSE(void) 函数对时钟的配置如下：
//HCLK = SYSCLK
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
//PCLK2 = HCLK
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
//PCLK1 = HCLK
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV1;
APB1 定时器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13,TIM14
APB2 定时器有 TIM1, TIM8 ,TIM9, TIM10, TIM11
----------------------------------------------------------------------- */
if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8) || (TIMx == TIM9) || (TIMx == TIM10) || (TIMx == TIM11))
{
/* APB2 定时器 */
uiTIMxCLK = SystemCoreClock;
}
else /* APB1 定时器 .*/
{
uiTIMxCLK = SystemCoreClock; // SystemCoreClock / 2;
}
if (_ulFreq < 100)
{
usPrescaler = 10000 - 1; /* 分频比 = 1000 */
usPeriod =(uiTIMxCLK / 10000) / _ulFreq- 1; /* 自动重装的值 */
}
else if (_ulFreq < 3000)
{
usPrescaler = 100 - 1; /* 分频比 = 100 */
usPeriod =(uiTIMxCLK / 100) / _ulFreq- 1;/* 自动重装的值 */
}
else /* 大于4K的频率，无需分频 */
{
usPrescaler = 0; /* 分频比 = 1 */
usPeriod = uiTIMxCLK / _ulFreq - 1;/* 自动重装的值 */
}
/* Time base configuration */
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = usPeriod;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = usPrescaler;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_ARRPreloadConfig(TIMx, ENABLE);
/* TIM Interrupts enable */
TIM_ITConfig(TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);
/* TIMx enable counter */
TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);
/* 配置TIM定时更新中断 (Update) */
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
uint8_t irq = 0; /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
if (TIMx == TIM1)
irq = TIM1_UP_IRQn;
else if (TIMx == TIM2)
irq = TIM2_IRQn;
else if (TIMx == TIM3)
irq = TIM3_IRQn;
else if (TIMx == TIM4)
irq = TIM4_IRQn;
else if (TIMx == TIM5)
irq = TIM5_IRQn;
else if (TIMx == TIM6)
irq = TIM6_IRQn;
else if (TIMx == TIM7)
irq = TIM7_IRQn;
else if (TIMx == TIM8)
irq = TIM8_UP_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
}
8.4.3 获取任务执行情况
通过前面8.2.1小节和8.2.2小节的设置后，大家就可以在工程中通过FreeRTOS的两个函数vTaskList和vTaskGetRunTimeStats获取任务的执行情况。这里我们分成简单的两步进行说明：
u 第1步：先做精度高于滴答定时器的时钟初始化
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: 标准c程序入口。
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
/*
在启动调度前，为了防止初始化STM32外设时有中断服务程序执行，这里禁止全局中断(除了NMI和HardFault)。
这样做的好处是：
1. 防止执行的中断服务程序中有FreeRTOS的API函数。
2. 保证系统正常启动，不受别的中断影响。
3. 关于是否关闭全局中断，大家根据自己的实际情况设置即可。
在移植文件port.c中的函数prvStartFirstTask中会重新开启全局中断。通过指令cpsie i开启，__set_PRIMASK(1)
和cpsie i是等效的。
*/
__set_PRIMASK(1);
/* 硬件初始化 */
bsp_Init();
/* 1. 初始化一个定时器中断，精度高于滴答定时器中断，这样才可以获得准确的系统信息 仅供调试目的，实际项
目中不要使用，因为这个功能比较影响系统实时性。
2. 为了正确获取FreeRTOS的调试信息，可以考虑将上面的关闭中断指令__set_PRIMASK(1); 注释掉。
*/
vSetupSysInfoTest();
/* 创建任务 */
AppTaskCreate();
/* 启动调度，开始执行任务 */
vTaskStartScheduler();
/*
如果系统正常启动是不会运行到这里的，运行到这里极有可能是用于定时器任务或者空闲任务的
heap空间不足造成创建失败，此要加大FreeRTOSConfig.h文件中定义的heap大小：
#define configTOTAL_HEAP_SIZE ( ( size_t ) ( 17 * 1024 ) )
*/
while(1);
}
u 第2步：初始化好以后就可以在FreeRTOS的任务中使用了。这里将任务信息获取功能放在了任务vTaskTaskUserIF里面去实现：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: vTaskTaskUserIF
* 功能说明: 接口消息处理。
* 形 参: pvParameters 是在创建该任务时传递的形参
* 返 回 值: 无
* 优 先 级: 1(数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
*********************************************************************************************************
*/
static void vTaskTaskUserIF(void *pvParameters)
{
uint8_t ucKeyCode;
uint8_t pcWriteBuffer;
while(1)
{
ucKeyCode = bsp_GetKey();
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
/* K1键按下 打印任务执行情况 */
case KEY_DOWN_K1:
printf("=================================================\\r\\n");
printf("任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号\\r\\n");
vTaskList((char *)&pcWriteBuffer);
printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
printf("\\r\\n任务名 运行计数 使用率\\r\\n");
vTaskGetRunTimeStats((char *)&pcWriteBuffer);
printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
break;
/* 其他的键值不处理 */
default:
break;
}
}
vTaskDelay(20);
}
}
8.4.4 串口打印效果
STM32F429配套的完整工程是：V6-301_FreeRTOS实验_串口调试方法（打印任务执行情况），串口打印的效果如下（波特率115200，数据位8，奇偶校验位无，停止位1）：
上面截图中打印出来的任务状态字母B, R, D, S对应如下含义：
#definetskBLOCKED_CHAR ( 'B' )任务阻塞
#definetskREADY_CHAR ( 'R' ) 任务就绪
#definetskDELETED_CHAR ( 'D' )任务删除
#definetskSUSPENDED_CHAR ( 'S' ) 任务挂起
另外要注意剩余栈的单位是word，即4字节。比如vTaskUserIF任务的剩余栈是321，代表321*4 = 1284字节。 8.5总结
本章节主要是指导大家如何获取任务的执行情况，非常的实用，建议初学者务必掌握。 不错。。。。。。。。。。。。 多谢。。。。。。。。。 50 us 的中断非常影响性能，所以我自己重新设计了一个组件，利用系统切换钩子函数功能，实现对任务的执行时间的累计，1 s 计算一次，10 s 中找一次最大值。有以下两个优点：
1、计算过程及其简单，基本不占用 CPU
2、不怕溢出，可直接嵌入项目中长时间运行。 使用 DWT 外设（也可使用其它定时器）。
目前已经在 RT-thread 中实现了（以提交至官方仓库），并且在项目中长时间稳定运行，后续计划在 FreeRTOS 中实现。
链接：线程CPU使用率到底该如何计算？
EmbeddedOsprey 发表于 2022-7-13 13:35
50 us 的中断非常影响性能，所以我自己重新设计了一个组件，利用系统切换钩子函数功能，实现对任务的执行时 ...
楼主位的是官方的玩法，改成用ThreadX或者uCOS的基于DWT的统计玩法就行。在任务切换的钩子函数统计各个任务即可。
很好实现。 很好 很强大
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