第8章 FreeRTOS调试方法（打印任务执行情况）

席萌0209

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

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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。

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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：

1. /* Ensure stdint is only used by the compiler, and not the assembler. */
2. #if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
3. #include <stdint.h>
4. extern volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks;
5. #endif
7. /* Run time and task stats gathering related definitions. */
8. #define configUSE_TRACE_FACILITY                    1
9. #define configGENERATE_RUN_TIME_STATS               1
10. #define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS        1
11. #define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS()    (ulHighFrequencyTimerTicks = 0ul)
12. #define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE()            ulHighFrequencyTimerTicks

复制代码

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：

1. #include "bsp.h"
4. /* 定时器频率，50us一次中断 */
5. #define  timerINTERRUPT_FREQUENCY    20000
7. /* 中断优先级 */
8. #define  timerHIGHEST_PRIORITY       1
10. /* 被系统调用 */
11. volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks = 0UL;
13. /*
14. *********************************************************************************************************
15. *    函 数 名: vSetupTimerTest
16. *    功能说明: 创建定时器
17. *    形    参: 无
18. *    返 回 值: 无
19. *********************************************************************************************************
20. */
21. void vSetupSysInfoTest(void)
22. {
23.      bsp_SetTIMforInt(TIM6, timerINTERRUPT_FREQUENCY, timerHIGHEST_PRIORITY, 0);
24. }
26. /*
27. *********************************************************************************************************
28. *    函 数 名: TIM6_IRQHandler
29. *    功能说明: TIM6中断服务程序。
30. *    形    参: 无
31. *    返 回 值: 无
32. *********************************************************************************************************
33. */
34. void TIM6_IRQHandler( void )
35. {
36.      if(TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)
37.      {
38.          ulHighFrequencyTimerTicks++;
39.          TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);
40.      }
41. }
43. /***************************** 安富莱电子 www.armfly.com (END OF FILE) *********************************/

复制代码

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：

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: bsp_SetTIMforInt
4. *    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。
5. *    形    参: TIMx : 定时器
6. *               _ulFreq : 定时频率 （Hz）。 0 表示关闭。
7. *               _PreemptionPriority : 中断优先级分组
8. *               _SubPriority : 子优先级
9. *    返 回 值: 无
10. *********************************************************************************************************
11. */
12. void bsp_SetTIMforInt(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t _ulFreq, uint8_t _PreemptionPriority, uint8_t _SubPriority)
13. {
14.      TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
15.      uint16_t usPeriod;
16.      uint16_t usPrescaler;
17.      uint32_t uiTIMxCLK;
19.      /* 使能TIM时钟 */
20.      if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8))
21.      {
22.          RCC_APB2PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
23.      }
24.      else
25.      {
26.          RCC_APB1PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
27.      }
29.      if (_ulFreq == 0)
30.      {
31.          TIM_Cmd(TIMx, DISABLE);     /* 关闭定时输出 */
33.          /* 关闭TIM定时更新中断 (Update) */
34.          {
35.               NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
36.               uint8_t irq = 0;   /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
38.               if (TIMx == TIM1)
39.                    irq = TIM1_UP_IRQn;
40.               else if (TIMx == TIM2)
41.                    irq = TIM2_IRQn;
42.               else if (TIMx == TIM3)
43.                    irq = TIM3_IRQn;
44.               else if (TIMx == TIM4)
45.                    irq = TIM4_IRQn;
46.               else if (TIMx == TIM5)
47.                    irq = TIM5_IRQn;
48.               else if (TIMx == TIM6)
49.                    irq = TIM6_IRQn;
50.               else if (TIMx == TIM7)
51.                    irq = TIM7_IRQn;
52.               else if (TIMx == TIM8)
53.                    irq = TIM8_UP_IRQn;
55.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
56.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
57.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
58.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = DISABLE;
59.               NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
60.          }      
61.          return;
62.      }
64.     /*-----------------------------------------------------------------------
65.          system_stm32f4xx.c 文件中 static void SetSysClockToHSE(void) 函数对时钟的配置如下：
67.               //HCLK = SYSCLK
68.               RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
69.                
70.               //PCLK2 = HCLK
71.               RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
72.             
73.               //PCLK1 = HCLK
74.               RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV1;
76.          APB1 定时器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13,TIM14
77.          APB2 定时器有 TIM1, TIM8 ,TIM9, TIM10, TIM11
79.      ----------------------------------------------------------------------- */
80.      if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8) || (TIMx == TIM9) || (TIMx == TIM10) || (TIMx == TIM11))
81.      {
82.          /* APB2 定时器 */
83.          uiTIMxCLK = SystemCoreClock;
84.      }
85.      else /* APB1 定时器 .  */
86.      {
87.          uiTIMxCLK = SystemCoreClock;     // SystemCoreClock / 2;
88.      }
90.      if (_ulFreq < 100)
91.      {
92.          usPrescaler = 10000 - 1;                       /* 分频比 = 1000 */
93.          usPeriod =  (uiTIMxCLK / 10000) / _ulFreq  - 1; /* 自动重装的值 */
94.      }
95.      else if (_ulFreq < 3000)
96.      {
97.          usPrescaler = 100 - 1;                          /* 分频比 = 100 */
98.          usPeriod =  (uiTIMxCLK / 100) / _ulFreq  - 1;  /* 自动重装的值 */
99.      }
100.      else /* 大于4K的频率，无需分频 */
101.      {
102.          usPrescaler = 0;                     /* 分频比 = 1 */
103.          usPeriod = uiTIMxCLK / _ulFreq - 1;  /* 自动重装的值 */
104.      }
106.      /* Time base configuration */
107.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = usPeriod;
108.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = usPrescaler;
109.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
110.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
111.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
113.      TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);
115.      TIM_ARRPreloadConfig(TIMx, ENABLE);
117.      /* TIM Interrupts enable */
118.      TIM_ITConfig(TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);
120.      /* TIMx enable counter */
121.      TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);
123.      /* 配置TIM定时更新中断 (Update) */
124.      {
125.          NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
126.          uint8_t irq = 0;   /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
128.          if (TIMx == TIM1)
129.               irq = TIM1_UP_IRQn;
130.          else if (TIMx == TIM2)
131.               irq = TIM2_IRQn;
132.          else if (TIMx == TIM3)
133.               irq = TIM3_IRQn;
134.          else if (TIMx == TIM4)
135.               irq = TIM4_IRQn;
136.          else if (TIMx == TIM5)
137.               irq = TIM5_IRQn;
138.          else if (TIMx == TIM6)
139.               irq = TIM6_IRQn;
140.          else if (TIMx == TIM7)
141.               irq = TIM7_IRQn;
142.          else if (TIMx == TIM8)
143.               irq = TIM8_UP_IRQn;
145.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
146.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
147.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
148.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
149.          NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
150.      }
151. }

复制代码

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

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: main
4. *    功能说明: 标准c程序入口。
5. *    形    参：无
6. *    返 回 值: 无
7. *********************************************************************************************************
8. */
9. int main(void)
10. {
11.      /*
12.        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)。
13.        这样做的好处是：
14.        1. 防止执行的中断服务程序中有FreeRTOS的API函数。
15.        2. 保证系统正常启动，不受别的中断影响。
16.        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。
17.        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)
18.        和cpsie i是等效的。
19.      */
20.      __set_PRIMASK(1);
21.    
22.      /* 硬件初始化 */
23.      bsp_Init();
24.    
25.      /* 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
26.            目中不要使用，因为这个功能比较影响系统实时性。
27.         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。
28.      */
29.      vSetupSysInfoTest();
30.    
31.      /* 创建任务 */
32.      AppTaskCreate();
33.    
34.     /* 启动调度，开始执行任务 */
35.     vTaskStartScheduler();
37.      /*
38.        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
39.        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：
40.        #define configTOTAL_HEAP_SIZE        ( ( size_t ) ( 17 * 1024 ) )
41.      */
42.      while(1);
43. }

复制代码

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：

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: vTaskTaskUserIF
4. *    功能说明: 接口消息处理。
5. *    形    参: pvParameters 是在创建该任务时传递的形参
6. *    返 回 值: 无
7. *   优 先 级: 1  (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
8. *********************************************************************************************************
9. */
10. static void vTaskTaskUserIF(void *pvParameters)
11. {
12.      uint8_t ucKeyCode;
13.      uint8_t pcWriteBuffer[500];
15.     while(1)
16.     {
17.          ucKeyCode = bsp_GetKey();
18.         
19.          if (ucKeyCode != KEY_NONE)
20.          {
21.               switch (ucKeyCode)
22.               {
23.                    /* K1键按下 打印任务执行情况 */
24.                    case KEY_DOWN_K1:         
25.                        printf("=================================================\\r\\n");
26.                        printf("任务名      任务状态 优先级   剩余栈 任务序号\\r\\n");
27.                        vTaskList((char *)&pcWriteBuffer);
28.                        printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
29.                   
30.                        printf("\\r\\n任务名       运行计数         使用率\\r\\n");
31.                        vTaskGetRunTimeStats((char *)&pcWriteBuffer);
32.                        printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
33.                        break;
34.                   
35.                    /* 其他的键值不处理 */
36.                    default:                    
37.                        break;
38.               }
39.          }
40.         
41.          vTaskDelay(20);
42.      }
43. }

复制代码

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。

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8.3  STM32F407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：

1. /* Ensure stdint is only used by the compiler, and not the assembler. */
2. #if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
3. #include <stdint.h>
4. extern volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks;
5. #endif
7. /* Run time and task stats gathering related definitions. */
8. #define configUSE_TRACE_FACILITY                    1
9. #define configGENERATE_RUN_TIME_STATS               1
10. #define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS        1
11. #define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS()    (ulHighFrequencyTimerTicks = 0ul)
12. #define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE()            ulHighFrequencyTimerTicks

复制代码

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：

1. #include "bsp.h"
4. /* 定时器频率，50us一次中断 */
5. #define  timerINTERRUPT_FREQUENCY    20000
7. /* 中断优先级 */
8. #define  timerHIGHEST_PRIORITY       1
10. /* 被系统调用 */
11. volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks = 0UL;
13. /*
14. *********************************************************************************************************
15. *    函 数 名: vSetupTimerTest
16. *    功能说明: 创建定时器
17. *    形    参: 无
18. *    返 回 值: 无
19. *********************************************************************************************************
20. */
21. void vSetupSysInfoTest(void)
22. {
23.      bsp_SetTIMforInt(TIM6, timerINTERRUPT_FREQUENCY, timerHIGHEST_PRIORITY, 0);
24. }
26. /*
27. *********************************************************************************************************
28. *    函 数 名: TIM6_DAC_IRQHandler
29. *    功能说明: TIM6中断服务程序。
30. *    形    参: 无
31. *    返 回 值: 无
32. *********************************************************************************************************
33. */
34. void TIM6_DAC_IRQHandler ( void )
35. {
36.      if(TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)
37.      {
38.          ulHighFrequencyTimerTicks++;
39.          TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);
40.      }
41. }
43. /***************************** 安富莱电子 www.armfly.com (END OF FILE) *********************************/

复制代码

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：

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: bsp_SetTIMforInt
4. *    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。
5. *    形    参: TIMx : 定时器
6. *               _ulFreq : 定时频率 （Hz）。 0 表示关闭。
7. *               _PreemptionPriority : 中断优先级分组
8. *               _SubPriority : 子优先级
9. *    返 回 值: 无
10. *********************************************************************************************************
11. */
12. void bsp_SetTIMforInt(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t _ulFreq, uint8_t _PreemptionPriority, uint8_t _SubPriority)
13. {
14.      TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
15.      uint16_t usPeriod;
16.      uint16_t usPrescaler;
17.      uint32_t uiTIMxCLK;
19.      /* 使能TIM时钟 */
20.      if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8))
21.      {
22.          RCC_APB2PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
23.      }
24.      else
25.      {
26.          RCC_APB1PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
27.      }
29.      if (_ulFreq == 0)
30.      {
31.          TIM_Cmd(TIMx, DISABLE);     /* 关闭定时输出 */
33.          /* 关闭TIM定时更新中断 (Update) */
34.          {
35.               NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
36.               uint8_t irq = 0;   /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
38.               if (TIMx == TIM1)
39.                    irq = TIM1_UP_IRQn;
40.               else if (TIMx == TIM2)
41.                    irq = TIM2_IRQn;
42.               else if (TIMx == TIM3)
43.                    irq = TIM3_IRQn;
44.               else if (TIMx == TIM4)
45.                    irq = TIM4_IRQn;
46.               else if (TIMx == TIM5)
47.                    irq = TIM5_IRQn;
48.               else if (TIMx == TIM6)
49.                    irq = TIM6_IRQn;
50.               else if (TIMx == TIM7)
51.                    irq = TIM7_IRQn;
52.               else if (TIMx == TIM8)
53.                    irq = TIM8_UP_IRQn;
55.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
56.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
57.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
58.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = DISABLE;
59.               NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
60.          }      
61.          return;
62.      }
64.     /*-----------------------------------------------------------------------
65.          system_stm32f4xx.c 文件中 static void SetSysClockToHSE(void) 函数对时钟的配置如下：
67.               //HCLK = SYSCLK
68.               RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
69.                
70.               //PCLK2 = HCLK
71.               RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
72.             
73.               //PCLK1 = HCLK
74.               RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV1;
76.          APB1 定时器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13,TIM14
77.          APB2 定时器有 TIM1, TIM8 ,TIM9, TIM10, TIM11
79.      ----------------------------------------------------------------------- */
80.      if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8) || (TIMx == TIM9) || (TIMx == TIM10) || (TIMx == TIM11))
81.      {
82.          /* APB2 定时器 */
83.          uiTIMxCLK = SystemCoreClock;
84.      }
85.      else /* APB1 定时器 .  */
86.      {
87.          uiTIMxCLK = SystemCoreClock;     // SystemCoreClock / 2;
88.      }
90.      if (_ulFreq < 100)
91.      {
92.          usPrescaler = 10000 - 1;                       /* 分频比 = 1000 */
93.          usPeriod =  (uiTIMxCLK / 10000) / _ulFreq  - 1; /* 自动重装的值 */
94.      }
95.      else if (_ulFreq < 3000)
96.      {
97.          usPrescaler = 100 - 1;                          /* 分频比 = 100 */
98.          usPeriod =  (uiTIMxCLK / 100) / _ulFreq  - 1;  /* 自动重装的值 */
99.      }
100.      else /* 大于4K的频率，无需分频 */
101.      {
102.          usPrescaler = 0;                     /* 分频比 = 1 */
103.          usPeriod = uiTIMxCLK / _ulFreq - 1;  /* 自动重装的值 */
104.      }
106.      /* Time base configuration */
107.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = usPeriod;
108.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = usPrescaler;
109.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
110.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
111.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
113.      TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);
115.      TIM_ARRPreloadConfig(TIMx, ENABLE);
117.      /* TIM Interrupts enable */
118.      TIM_ITConfig(TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);
120.      /* TIMx enable counter */
121.      TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);
123.      /* 配置TIM定时更新中断 (Update) */
124.      {
125.          NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
126.          uint8_t irq = 0;   /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
128.          if (TIMx == TIM1)
129.               irq = TIM1_UP_IRQn;
130.          else if (TIMx == TIM2)
131.               irq = TIM2_IRQn;
132.          else if (TIMx == TIM3)
133.               irq = TIM3_IRQn;
134.          else if (TIMx == TIM4)
135.               irq = TIM4_IRQn;
136.          else if (TIMx == TIM5)
137.               irq = TIM5_IRQn;
138.          else if (TIMx == TIM6)
139.               irq = TIM6_IRQn;
140.          else if (TIMx == TIM7)
141.               irq = TIM7_IRQn;
142.          else if (TIMx == TIM8)
143.               irq = TIM8_UP_IRQn;
145.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
146.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
147.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
148.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
149.          NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
150.      }
151. }

复制代码

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

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: main
4. *    功能说明: 标准c程序入口。
5. *    形    参：无
6. *    返 回 值: 无
7. *********************************************************************************************************
8. */
9. int main(void)
10. {
11.      /*
12.        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)。
13.        这样做的好处是：
14.        1. 防止执行的中断服务程序中有FreeRTOS的API函数。
15.        2. 保证系统正常启动，不受别的中断影响。
16.        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。
17.        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)
18.        和cpsie i是等效的。
19.      */
20.      __set_PRIMASK(1);
21.    
22.      /* 硬件初始化 */
23.      bsp_Init();
24.    
25.      /* 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
26.            目中不要使用，因为这个功能比较影响系统实时性。
27.         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。
28.      */
29.      vSetupSysInfoTest();
30.    
31.      /* 创建任务 */
32.      AppTaskCreate();
33.    
34.     /* 启动调度，开始执行任务 */
35.     vTaskStartScheduler();
37.      /*
38.        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
39.        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：
40.        #define configTOTAL_HEAP_SIZE        ( ( size_t ) ( 17 * 1024 ) )
41.      */
42.      while(1);
43. }

复制代码

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：

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: vTaskTaskUserIF
4. *    功能说明: 接口消息处理。
5. *    形    参: pvParameters 是在创建该任务时传递的形参
6. *    返 回 值: 无
7. *   优 先 级: 1  (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
8. *********************************************************************************************************
9. */
10. static void vTaskTaskUserIF(void *pvParameters)
11. {
12.      uint8_t ucKeyCode;
13.      uint8_t pcWriteBuffer[500];
15.     while(1)
16.     {
17.          ucKeyCode = bsp_GetKey();
18.         
19.          if (ucKeyCode != KEY_NONE)
20.          {
21.               switch (ucKeyCode)
22.               {
23.                    /* K1键按下 打印任务执行情况 */
24.                    case KEY_DOWN_K1:         
25.                        printf("=================================================\\r\\n");
26.                        printf("任务名      任务状态 优先级   剩余栈 任务序号\\r\\n");
27.                        vTaskList((char *)&pcWriteBuffer);
28.                        printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
29.                   
30.                        printf("\\r\\n任务名       运行计数         使用率\\r\\n");
31.                        vTaskGetRunTimeStats((char *)&pcWriteBuffer);
32.                        printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
33.                        break;
34.                   
35.                    /* 其他的键值不处理 */
36.                    default:                    
37.                        break;
38.               }
39.          }
40.         
41.          vTaskDelay(20);
42.      }
43. }

复制代码

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。

席萌0209

8.4  STM32F429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：

1. /* Ensure stdint is only used by the compiler, and not the assembler. */
2. #if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
3. #include <stdint.h>
4. extern volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks;
5. #endif
7. /* Run time and task stats gathering related definitions. */
8. #define configUSE_TRACE_FACILITY                    1
9. #define configGENERATE_RUN_TIME_STATS               1
10. #define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS        1
11. #define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS()    (ulHighFrequencyTimerTicks = 0ul)
12. #define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE()            ulHighFrequencyTimerTicks

复制代码

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：

1. #include "bsp.h"
4. /* 定时器频率，50us一次中断 */
5. #define  timerINTERRUPT_FREQUENCY    20000
7. /* 中断优先级 */
8. #define  timerHIGHEST_PRIORITY       1
10. /* 被系统调用 */
11. volatile uint32_t ulHighFrequencyTimerTicks = 0UL;
13. /*
14. *********************************************************************************************************
15. *    函 数 名: vSetupTimerTest
16. *    功能说明: 创建定时器
17. *    形    参: 无
18. *    返 回 值: 无
19. *********************************************************************************************************
20. */
21. void vSetupSysInfoTest(void)
22. {
23.      bsp_SetTIMforInt(TIM6, timerINTERRUPT_FREQUENCY, timerHIGHEST_PRIORITY, 0);
24. }
26. /*
27. *********************************************************************************************************
28. *    函 数 名: TIM6_DAC_IRQHandler
29. *    功能说明: TIM6中断服务程序。
30. *    形    参: 无
31. *    返 回 值: 无
32. *********************************************************************************************************
33. */
34. void TIM6_DAC_IRQHandler ( void )
35. {
36.      if(TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)
37.      {
38.          ulHighFrequencyTimerTicks++;
39.          TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);
40.      }
41. }
43. /***************************** 安富莱电子 www.armfly.com (END OF FILE) *********************************/

复制代码

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：

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: bsp_SetTIMforInt
4. *    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。
5. *    形    参: TIMx : 定时器
6. *               _ulFreq : 定时频率 （Hz）。 0 表示关闭。
7. *               _PreemptionPriority : 中断优先级分组
8. *               _SubPriority : 子优先级
9. *    返 回 值: 无
10. *********************************************************************************************************
11. */
12. void bsp_SetTIMforInt(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t _ulFreq, uint8_t _PreemptionPriority, uint8_t _SubPriority)
13. {
14.      TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
15.      uint16_t usPeriod;
16.      uint16_t usPrescaler;
17.      uint32_t uiTIMxCLK;
19.      /* 使能TIM时钟 */
20.      if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8))
21.      {
22.          RCC_APB2PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
23.      }
24.      else
25.      {
26.          RCC_APB1PeriphClockCmd(bsp_GetRCCofTIM(TIMx), ENABLE);
27.      }
29.      if (_ulFreq == 0)
30.      {
31.          TIM_Cmd(TIMx, DISABLE);     /* 关闭定时输出 */
33.          /* 关闭TIM定时更新中断 (Update) */
34.          {
35.               NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
36.               uint8_t irq = 0;   /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
38.               if (TIMx == TIM1)
39.                    irq = TIM1_UP_IRQn;
40.               else if (TIMx == TIM2)
41.                    irq = TIM2_IRQn;
42.               else if (TIMx == TIM3)
43.                    irq = TIM3_IRQn;
44.               else if (TIMx == TIM4)
45.                    irq = TIM4_IRQn;
46.               else if (TIMx == TIM5)
47.                    irq = TIM5_IRQn;
48.               else if (TIMx == TIM6)
49.                    irq = TIM6_IRQn;
50.               else if (TIMx == TIM7)
51.                    irq = TIM7_IRQn;
52.               else if (TIMx == TIM8)
53.                    irq = TIM8_UP_IRQn;
55.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
56.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
57.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
58.               NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = DISABLE;
59.               NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
60.          }      
61.          return;
62.      }
64.     /*-----------------------------------------------------------------------
65.          system_stm32f4xx.c 文件中 static void SetSysClockToHSE(void) 函数对时钟的配置如下：
67.               //HCLK = SYSCLK
68.               RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
69.                
70.               //PCLK2 = HCLK
71.               RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
72.             
73.               //PCLK1 = HCLK
74.               RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV1;
76.          APB1 定时器有 TIM2, TIM3 ,TIM4, TIM5, TIM6, TIM7, TIM12, TIM13,TIM14
77.          APB2 定时器有 TIM1, TIM8 ,TIM9, TIM10, TIM11
79.      ----------------------------------------------------------------------- */
80.      if ((TIMx == TIM1) || (TIMx == TIM8) || (TIMx == TIM9) || (TIMx == TIM10) || (TIMx == TIM11))
81.      {
82.          /* APB2 定时器 */
83.          uiTIMxCLK = SystemCoreClock;
84.      }
85.      else /* APB1 定时器 .  */
86.      {
87.          uiTIMxCLK = SystemCoreClock;     // SystemCoreClock / 2;
88.      }
90.      if (_ulFreq < 100)
91.      {
92.          usPrescaler = 10000 - 1;                       /* 分频比 = 1000 */
93.          usPeriod =  (uiTIMxCLK / 10000) / _ulFreq  - 1; /* 自动重装的值 */
94.      }
95.      else if (_ulFreq < 3000)
96.      {
97.          usPrescaler = 100 - 1;                          /* 分频比 = 100 */
98.          usPeriod =  (uiTIMxCLK / 100) / _ulFreq  - 1;  /* 自动重装的值 */
99.      }
100.      else /* 大于4K的频率，无需分频 */
101.      {
102.          usPrescaler = 0;                     /* 分频比 = 1 */
103.          usPeriod = uiTIMxCLK / _ulFreq - 1;  /* 自动重装的值 */
104.      }
106.      /* Time base configuration */
107.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = usPeriod;
108.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = usPrescaler;
109.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
110.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
111.      TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
113.      TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);
115.      TIM_ARRPreloadConfig(TIMx, ENABLE);
117.      /* TIM Interrupts enable */
118.      TIM_ITConfig(TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);
120.      /* TIMx enable counter */
121.      TIM_Cmd(TIMx, ENABLE);
123.      /* 配置TIM定时更新中断 (Update) */
124.      {
125.          NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 中断结构体在 misc.h 中定义 */
126.          uint8_t irq = 0;   /* 中断号, 定义在 stm32f4xx.h */
128.          if (TIMx == TIM1)
129.               irq = TIM1_UP_IRQn;
130.          else if (TIMx == TIM2)
131.               irq = TIM2_IRQn;
132.          else if (TIMx == TIM3)
133.               irq = TIM3_IRQn;
134.          else if (TIMx == TIM4)
135.               irq = TIM4_IRQn;
136.          else if (TIMx == TIM5)
137.               irq = TIM5_IRQn;
138.           else if (TIMx == TIM6)
139.               irq = TIM6_IRQn;
140.          else if (TIMx == TIM7)
141.               irq = TIM7_IRQn;
142.          else if (TIMx == TIM8)
143.               irq = TIM8_UP_IRQn;
145.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = irq;
146.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = _PreemptionPriority;
147.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = _SubPriority;
148.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
149.          NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
150.      }
151. }

复制代码

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

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: main
4. *    功能说明: 标准c程序入口。
5. *    形    参：无
6. *    返 回 值: 无
7. *********************************************************************************************************
8. */
9. int main(void)
10. {
11.      /*
12.        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)。
13.        这样做的好处是：
14.        1. 防止执行的中断服务程序中有FreeRTOS的API函数。
15.        2. 保证系统正常启动，不受别的中断影响。
16.        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。
17.        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)
18.        和cpsie i是等效的。
19.      */
20.      __set_PRIMASK(1);
21.    
22.      /* 硬件初始化 */
23.      bsp_Init();
24.    
25.      /* 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
26.            目中不要使用，因为这个功能比较影响系统实时性。
27.         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。
28.      */
29.      vSetupSysInfoTest();
30.    
31.      /* 创建任务 */
32.      AppTaskCreate();
33.    
34.     /* 启动调度，开始执行任务 */
35.     vTaskStartScheduler();
37.      /*
38.        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
39.        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：
40.        #define configTOTAL_HEAP_SIZE        ( ( size_t ) ( 17 * 1024 ) )
41.      */
42.      while(1);
43. }

复制代码

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：

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: vTaskTaskUserIF
4. *    功能说明: 接口消息处理。
5. *    形    参: pvParameters 是在创建该任务时传递的形参
6. *    返 回 值: 无
7. *   优 先 级: 1  (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
8. *********************************************************************************************************
9. */
10. static void vTaskTaskUserIF(void *pvParameters)
11. {
12.      uint8_t ucKeyCode;
13.      uint8_t pcWriteBuffer[500];
15.     while(1)
16.     {
17.          ucKeyCode = bsp_GetKey();
18.         
19.          if (ucKeyCode != KEY_NONE)
20.          {
21.               switch (ucKeyCode)
22.               {
23.                    /* K1键按下 打印任务执行情况 */
24.                    case KEY_DOWN_K1:         
25.                        printf("=================================================\\r\\n");
26.                        printf("任务名      任务状态 优先级   剩余栈 任务序号\\r\\n");
27.                        vTaskList((char *)&pcWriteBuffer);
28.                        printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
29.                   
30.                        printf("\\r\\n任务名       运行计数         使用率\\r\\n");
31.                        vTaskGetRunTimeStats((char *)&pcWriteBuffer);
32.                        printf("%s\\r\\n", pcWriteBuffer);
33.                        break;
34.                   
35.                    /* 其他的键值不处理 */
36.                    default:                    
37.                        break;
38.               }
39.          }
40.         
41.          vTaskDelay(20);
42.      }
43. }

复制代码

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。

席萌0209

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。

lkmtdkjplg

不错。。。。。。。。。。。。

bian

多谢。。。。。。。。。

EmbeddedOsprey

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？

eric2013

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。

北海之风

很好 很强大