1、调试
1.1 打印
在FreeRTOS工程中使用了microlib,里面实现了printf函数。
只需要实现一下以下函数即可使用printf。
int fputc(int ch; FILE *f);
假如要从串口实现打印函数:
int fputc( int ch, FILE *f )
{//指定串口USART_TypeDef* USARTx = USART1;//等待数据发送出去,数据发送完时SR的bit7=1while((USARTx->SR & (1<<7)) == 0);//往DR寄存器中写入字符USARTx->DR = ch;return ch;
}
1.2 断言
一般的C库中,断言就是一个函数。
void assert(scalar expression);
它的作用是:确认expression必须为真,如果expression为假的话就中止程序。
在FreeRTOS中,使用configASSERT(),比如:
#define configASSERT(x) if (!x) while(1);
也可以让它提供更多的信息:
#define configASSERT(x) \if (!x) \{printf("%s %s %d\r\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); \while(1); \}
1.3 Trace
FreeRTOS中定义了很多trace开头的宏,这些宏被放在系统个关键位置。
它们一般都是空的宏,这不会影响代码:不影响编程处理的程序大小、不影响运行时间。
我们要调试某些功能时,可以修改宏:修改某些标记变量、打印信息等待。
1.4 Malloc Hook函数
编程时,一般的逻辑错误都容易解决。难以处理的是内存越界、栈溢出等。
内存越界经常发生在堆的使用过程中:堆,就是使用malloc得到的内存。
并没有很好的方法检测内存越界,但是可以提供一些回调函数:使用pvPortMalloc失败时,如果在FreeRTOSConfig.h里配置`configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK`为1,会调用:
void vApplicationMallocFailedHook( void );
1.5 栈溢出Hook函数
在切换任务(vTaskSwitchContext)时调用taskCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW来检测栈是否溢出,如果溢出会调用:
void vApplicationStackOverflowHook( TaskHandle_t xTask, char * pcTaskName );
判断栈溢出可以有两种方法:
方法一:当前任务被切换出去之前,它的整个运行现场都被保存在栈里,这时很可能就是它对栈的使用到达了峰值。这方法很高效,但是并不精确。比如:任务在运行过程中调用了函数A大量地使用了栈,调用完函数A后才被调度。
方法二:创建任务时,它的栈被填入固定的值,比如:0xa5。检测栈里最后16字节的数据,如果不是0xa5的话表示栈即将、或者已经被用完了。没有方法1快速,但是也足够快。能捕获几乎所有的栈溢出。为什么是几乎所有?可能有些函数使用栈时,非常凑巧地把栈设置为0xa5:几乎不可能
2、优化
在Windows中,当系统卡顿时我们可以查看任务管理器找到最消耗CPU资源的程序。
在FreeRTOS中,我们也可以查看任务使用CPU的情况、使用栈的情况,然后针对性地进行优化。
2.1 栈使用情况
在创建任务时分配了栈,可以填入固定的数值比如0xa5,以后可以使用以下函数查看"栈的高水位",也就是还有多少空余的栈空间。原理是:从栈底往栈顶逐个字节地判断,它们的值持续是0xa5就表示它是空闲的。
//xTask 哪个任务
//返回值 //任务运行时、任务被切换时,都会用到栈。栈里原来值(0xa5)就会被覆盖。//逐个函数从栈的尾部判断栈的值连续为0xa5的个数,它就是任务运行过程中空闲内存容量的最小值。//注意:假设从栈尾开始连续为0xa5的栈空间是N字节,返回值是N/4。
UBaseType_t uxTaskGetStackHighWaterMark( TaskHandle_t xTask );
2.2 任务运行时间统计
对于同优先级的任务,它们按照时间片轮流运行:你执行一个Tick,我执行一个Tick。是否可以在Tick中断函数中,统计当前任务的累计运行时间?不行!很不精确,因为有更高优先级的任务就绪时,当前任务还没运行一个完整的Tick就被抢占了。
我们需要比Tick更快的时钟,比如Tick周期时1ms,我们可以使用另一个定时器,让它发生中断的周期时0.1ms甚至更短。使用这个定时器来衡量一个任务的运行时间,原理如下图所示:
切换到Task1时,使用更快的定时器记录当前时间T1;Task1被切换出去时,使用更快的定时器记录当前时间T4;(T4-T1)就是它运行的时间,累加起来。关键点:在vTaskSwitchContext函数中,使用更快的定时器统计运行时间。
2.3 涉及的代码
要提前配置一下
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 1
#define configUSE_TRACE_FACILITY 1
#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1
实现宏portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS(),它用来初始化更快的定时器
实现这两个宏之一,它们用来返回当前时钟值(更快的定时器)
portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE():直接返回时钟值
portALT_GET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE(Time):设置Time变量等于时钟值
代码执行流程:
(1)在启动调度器时,初始化更快的定时器
(2)在任务切换时统计运行时间
获得统计信息,可以使用下列函数:
(1)uxTaskGetSystemState:对于每个任务它的统计信息都放在一个TaskStatus_t结构体里
(2)vTaskList:得到的信息是可读的字符串
(3)vTaskGetRunTimeStats: 得到的信息是可读的字符串
2.4 函数说明
uxTaskGetSystemState:获得任务的统计信息
UBaseType_t uxTaskGetSystemState( TaskStatus_t * const pxTaskStatusArray,const UBaseType_t uxArraySize,uint32_t * const pulTotalRunTime );
参数 | 描述 |
pxTaskStatusArray | 向一个TaskStatus_t结构体数组,用来保存任务的统计信息。 有多少个任务?可以用`uxTaskGetNumberOfTasks()`来获得。 |
uxArraySize | 数组大小、数组项个数, 必须大于或等于uxTaskGetNumberOfTasks() |
pulTotalRunTime | 用来保存当前总的运行时间(更快的定时器),可以传入NULL |
返回值 | 传入的pxTaskStatusArray数组,被设置了几个数组项。 注意:如果传入的uxArraySize小于uxTaskGetNumberOfTasks(),返回值就是0 |
vTaskList :获得任务的统计信息,形式为可读的字符串。注意,pcWriteBuffer必须足够大。
void vTaskList( signed char *pcWriteBuffer );
可读信息格式如下:
vTaskGetRunTimeStats:获得任务的运行信息,形式为可读的字符串。注意,pcWriteBuffer必须足够大。
void vTaskGetRunTimeStats( signed char *pcWriteBuffer );
可读信息如下: