CN110968480A - 一种中央处理器的负载率测量方法及电子设备 - Google Patents

一种中央处理器的负载率测量方法及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种中央处理器的负载率测量方法及电子设备，所述中央处理器的负载率测量方法包括判断当操作系统没有任务时，则所述操作系统进入空闲任务中，计算中央处理器的被占用时间，以及中央处理器的运行总时间，以得到中央处理器的负载率的第一数据，将所述空闲任务的运行时间作为中央处理器的空闲时间，根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据。本发明的中央处理器的负载率测量方法可以快速有效的测量中央处理器的负载率。

Description

一种中央处理器的负载率测量方法及电子设备
技术领域
本发明涉及汽车嵌入式技术领域，特别是涉及一种中央处理器的负载率测量方法及电子设备。
背景技术
随着汽车工业的发展，汽车电子在汽车产品开发中越来越重要。为了解决汽车嵌入式软件系统种类繁多，高度依赖底层硬件的缺陷。汽车行业推出了AUTOSAR(汽车开放系统架构)这个统一的标准，该标准将汽车软件上层应用于底层硬件平台进行了分割，这样大大提高汽车软件的可移植性，也给软件系统的开发带来了便利。
CPU(中央处理器)负载率是对一个时间段内CPU使用状况的统计指标，可以用来衡量在一段时间内CPU被占用情况，如果CPU的负载率一直处于过高的状态，则说明操作系统的空闲时间很少。一旦某些任务或中断发生超时，便很可能出现接下来的任务或中断不能正常执行的结果，这样就不能满足系统实时性的要求。并且CPU长期超负荷运作也会损害控制器的硬件。因此必须将CPU的负载率控制在一定的范围内，以保证系统能够稳定运行，并满足实时性的要求。
现有技术中的CPU的负载率的测量主要通过硬件测量法进行测量，即通过外接的测试设备来测量CPU的负载率，硬件测量法的方法复杂，成本较高，因此迫切需要改进。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种中央处理器的负载率测量方法及电子设备，用于解决现有技术中硬件测量法的方法复杂，成本较高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种中央处理器的负载率测量方法，所述中央处理器的负载率测量方法包括：
利用判断器判断当操作系统没有任务时，则所述操作系统进入空闲任务中；
利用第一计算器计算中央处理器的被占用时间，以及中央处理器的运行总时间，以得到中央处理器的负载率的第一数据；
利用时间获取器将所述空闲任务的运行时间作为中央处理器的空闲时间；
利用第二计算器根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据。
在本发明的一实施例中，所述中央处理器的负载率的第一数据为：
ldcpu＝tload/ttotal
其中，ldcpu表示中央处理器的负载率，tload表示中央处理器的被占用时间，ttoral表示中央处理器的运行总时间。
在本发明的一实施例中，所述根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据的步骤包括：
利用所述中央处理器的空闲时间，以及中央处理器的被占用时间，以得到中央处理器的运行总时间的表示数据；
根据所述中央处理器的运行总时间的表示数据，以及中央处理器的负载率的第一数据，以得到中央处理器的负载率的第二数据。
在本发明的一实施例中，所述中央处理器的运行总时间的表示数据为：
ttotal＝tload+tidle
其中，ttotal表示中央处理器的运行总时间，tload表示中央处理器的被占用时间，tidle表示中央处理器的空闲时间。
在本发明的一实施例中，所述中央处理器的负载率的第二数据为：
ldcpu＝1-tidle/ttotal
其中，ldcpu表示中央处理器的负载率，tidle表示中央处理器的空闲时间，ttotal表示中央处理器的运行总时间。
在本发明的一实施例中，所述计算中央处理器的被占用时间的步骤包括：
读取所述中央处理器的编号；
根据所述中央处理器的编号，所述中央处理器读取系统计时器的当前时间值；
判断所述当前时间值是否大于等于上一次时间值，以计算当前时间值与上一次时间值之间的时间间隔；
判断所述时间间隔是否大于设定阈值，以得到所述中央处理器的被占用时间；
更新上一次时间值；
继续执行读取所述中央处理器的编号的操作。
在本发明的一实施例中，所述判断所述当前时间值是否大于等于上一次时间值，以计算当前时间值与上一次时间值之间的时间间隔的步骤包括：
判断所述当前时间值是否大于等于上一次时间值，若是，则计算当前时间值与上一次时间值之间的时间间隔，若否，则计算所述中央处理器的负载率，将所述中央处理器的负载率清零，继续执行更新上一次时间值的操作。
在本发明的一实施例中，所述判断所述时间间隔是否大于设定阈值，以得到所述中央处理器的被占用时间的步骤包括：
判断所述时间间隔是否大于设定阈值，若是，则得到所述中央处理器的被占用时间；若否，则继续执行更新上一次时间值的操作。
本发明还提供一种中央处理器的负载率测量系统，所述中央处理器的负载率测量系统包括：
判断器，用于判断当操作系统没有任务时，则所述操作系统进入空闲任务中；
第一计算器，用于计算中央处理器的被占用时间，以及中央处理器的运行总时间，以得到中央处理器的负载率的第一数据；
时间获取器，用于将所述空闲任务的运行时间作为中央处理器的空闲时间；
第二计算器，根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据。
本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有程序指令，所述处理器运行程序指令实现上述的中央处理器的负载率测量方法。
如上所述，本发明的一种中央处理器的负载率测量方法及电子设备，具有以下有益效果：
本发明的中央处理器的负载率测量方法包括判断当操作系统没有任务时，则所述操作系统进入空闲任务中，计算中央处理器的被占用时间，以及中央处理器的运行总时间，以得到中央处理器的负载率的第一数据，将所述空闲任务的运行时间作为中央处理器的空闲时间，根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据。本发明的中央处理器的负载率测量方法完全不用借助任何的外接测试设备，只靠系统软件本身就可以快速有效的测量中央处理器的负载率，本发明简单实用，成本也较为低廉。
本发明基于AUTOSAR操作系统的任务结构，即为OSEK操作系统的任务结构，利用AUTOSAR操作系统中规定的空闲任务来实现中央处理器的负载率的测量。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种中央处理器的负载率测量方法的工作流程图。
图2为本申请实施例提供的图1中一种中央处理器的负载率测量方法的步骤S4的工作流程图。
图3为本申请实施例提供的一种中央处理器的负载率测量方法的计算中央处理器的被占用时间的工作流程图。
图4为本申请实施例提供的一种中央处理器的负载率测量方法的部署结构示意图。
图5为本申请实施例提供的一种中央处理器的负载率测量系统的结构框图。
图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图。
元件标号说明
1 单片机
2 判断器
3 第一计算器
4 时间获取器
5 第二计算器
10 存储器
20 处理器
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1、图2，图1为本申请实施例提供的一种中央处理器的负载率测量方法的工作流程图。图2为本申请实施例提供的图1中一种中央处理器的负载率测量方法的步骤S4的工作流程图。本发明提供一种中央处理器的负载率测量方法，所述中央处理器的负载率测量方法包括：S1、当操作系统没有任务时，则所述操作系统进入空闲任务中。S2、计算中央处理器的被占用时间，以及中央处理器的运行总时间，以得到中央处理器的负载率的第一数据。S3、将所述空闲任务的运行时间作为中央处理器的空闲时间。S4、根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据。具体的，步骤S4中的所述根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据的步骤包括：S41、利用所述中央处理器的空闲时间，以及中央处理器的被占用时间，以得到中央处理器的运行总时间的表示数据。S42、根据所述中央处理器的运行总时间的表示数据，以及中央处理器的负载率的第一数据，以得到中央处理器的负载率的第二数据。具体的，所述中央处理器的负载率可以用中央处理器的被占用时间与中央处理器的运行总时间的比值来计算。所述中央处理器的运行总时间应大于所有周期性任务的周期之和，这样的中央处理器的负载率才是有意义的。中央处理器的被占用时间记为tload，中央处理器的运行总时间记为ttotal，则所述中央处理器的负载率可以按照第一数据计算：ldcpu＝tload/ttotal，因此，所述中央处理器的被占用时间和中央处理器的运行总时间就成为监控中央处理器负载率的关键。而在AUTOSAR操作系统中，有空闲任务(IdleTask)这样一种特殊的任务，空闲任务在操作系统中的优先级最低，并且不执行任何软件应用程序。当操作系统没有任务执行时就会进入到空闲任务中。因此，空闲任务的运行时间可以作为中央处理器的空闲时间tidle，所述中央处理器的运行总时间的表示数据为：ttotal＝tload+tidle，其中，ttotal表示中央处理器的运行总时间，tload表示中央处理器的被占用时间，tidle表示中央处理器的空闲时间。则所述中央处理器的负载率的第二数据为：ldcpu＝1-tidle/ttotal其中，ldcpu表示中央处理器的负载率，tidle表示中央处理器的空闲时间，ttotal表示中央处理器的运行总时间。因此，将中央处理器的负载率的测量转化为获得中央处理器空闲时间或者被占用时间的问题，本发明的中央处理器的负载率测量方法在空闲任务里部署无限循环，在刚进入循环时提取硬件计时器的值作为时间戳，等下一次循环时再次获取时间戳，两者的差值就是两次循环之间的时间间隔，再根据时间间隔大小可以判断出这段时间是空闲任务运行时间还是其他任务的运行时间，将所有其他任务的运行时间加在一起就是一段时间内中央处理器的总被占用时间，能够计算该段时间内的中央处理器的负载率。
请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种中央处理器的负载率测量方法的计算中央处理器的被占用时间的工作流程图。所述计算中央处理器的被占用时间的步骤包括：读取CoreID，所述CoreID为所述中央处理器的编号，根据CoreID值进入不同核的代码。根据所述中央处理器的编号，读取当前的STM(CurrentSTMValue)值即为所述中央处理器读取系统计时器的当前时间值。判断所述当前时间值是否大于等于上一次时间值，以计算当前时间值与上一次时间值之间的时间间隔。判断所述时间间隔是否大于设定阈值，以得到所述中央处理器的被占用时间。更新上一次时间值。继续执行读取所述中央处理器的编号的操作。具体的，所述判断所述当前时间值是否大于等于上一次时间值，以计算当前时间值与上一次时间值之间的时间间隔的步骤包括：判断所述当前时间值是否大于等于上一次时间值，若是，则计算当前时间值与上一次时间值之间的时间间隔，若否，则计算所述中央处理器的负载率，将所述中央处理器的负载率清零，继续执行更新上一次时间值的操作。具体的，所述判断所述时间间隔是否大于设定阈值，以得到所述中央处理器的被占用时间的步骤包括：判断所述时间间隔是否大于设定阈值，若是，则得到所述中央处理器的被占用时间；若否，则继续执行更新上一次时间值的操作。所述设定阈值可以但不限于为3～8us，所述设定阈值可以为4us、5us、6us等。具体的，可以在STM值中取出低19位作为当前的STM值，再判断当前STM值是否大于等于上次得到的STM值(LastSTMValue)。如果是，则说明STM未溢出，还在当次的中央处理器的负载率计算中，则继续进行时间间隔的累加计算。如果否，则说明STM已溢出，则计算当前的中央处理器的负载率，并清零累计的时间间隔。当STM未溢出时，需要根据当前的STM值与上次STM值之差计算出时间间隔(Interval)。如果时间间隔大于5us，则将时间间隔累加到总的中央处理器的被占用时间中。
请参阅图4、图5、图6，图4为本申请实施例提供的一种中央处理器的负载率测量方法的部署结构示意图。图5为本申请实施例提供的一种中央处理器的负载率测量系统的结构框图。图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图。本发明的中央处理器的负载率测量方法可以但不限于为针对AURIXTC27x系列单片机1，部署本发明的中央处理器的负载率测量方法。AURIXTC27x系列单片机1的STM模块拥有64位的计时器，可以使用STM模块进行计时并提取时间戳。所述STM模块的时钟频率设为100MHz，因此无需考虑STM定时器溢出的情况。AUTOSAR操作系统中部署了几个周期性任务，任务的最大周期为5ms。计算空闲任务执行时间为：在空闲任务中添加一个循环，循环开始时读取STM模块寄存器的值(CurrentSTMValue)，并和上一次循环读取到的STM值(LastSTMValue)相减，即为两次循环的时间间隔(Interval)。把所有的时间间隔相加，即为空闲任务总的运行时间。空闲任务的优先级最低，会被其他任务或中断打断。当空闲任务被打断后，当前循环的STM值与上次循环的STM值之差就不再是空闲任务的执行时间，而是其他任务或中断的执行时间。此时需要一种算法，来区分空闲任务是否在当前循环执行中被其他任务打断。在AUTOSAR操作系统中，当低优先级的任务在运行时，如果激活了高优先级的任务，则OS会终止低优先级的任务，再运行高优先级的任务。这一过程需要操作系统进行调度，因此会占用一段时间。经过测试，操作系统的调度时间在5us以上。即为从空闲任务跳转到其他高优先级任务，再跳转回空闲任务时，即使高优先级的任务不执行有效的代码，时间间隔也会大于5us。因此，时间间隔值的大小可以作为判断空闲任务是否运行的依据。当时间间隔小于5us时，说明没有发生操作系统调度，此时的时间间隔为空闲任务的执行时间。当时间间隔大于5us时，说明已经发生了任务切换，此时的时间间隔为其他高优先级任务的执行时间，即为中央处理器的被占用时间。因此，将所有大于5us的时间间隔相加，就可以得到中央处理器的运行总时间。所述中央处理器的负载率一般是实时变化的，因此每间隔一段时间就应该计算出相应的负载率。周期最长的任务为5ms，所述中央处理器的负载率可以但不限于每5ms计算一次，取所述STM定时器的低19位作为计时即可。所述STM定时器的频率为100MHz，加满19位的时间约为5.2ms，此时程序每隔5.2ms计算一次所述中央处理器的负载率，所述中央处理器的运行总时间即5.2ms，所述中央处理器的被占用时间为所有大于5us的时间间隔之和。在每次STM的值溢出时即为超出19位，便计算所述中央处理器的负载率，并将累计的时间间隔清零以便于下一次计算。由于所述AURIXTC27x系列单片机1具有三个核，每个核都需要计算其负载率。因此在进入空闲任务后要先获取CoreID，每个核都会根据CoreID值分别计算各自的中央处理器的负载率。本发明还提供了一种电子设备，包括处理器20和存储器10，所述存储器10存储有程序指令，所述处理器20运行程序指令实现上述的中央处理器的负载率测量方法。本发明还提供一种中央处理器的负载率测量系统，所述中央处理器的负载率测量系统包括判断器2、第一计算器3、时间获取器4以及第二计算器5。所述判断器2用于判断当操作系统没有任务时，则所述操作系统进入空闲任务中。所述第一计算器3用于计算中央处理器的被占用时间，以及中央处理器的运行总时间，以得到中央处理器的负载率的第一数据。所述时间获取器4用于将所述空闲任务的运行时间作为中央处理器的空闲时间。所述第二计算器5根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据。
综上所述，本发明的中央处理器的负载率测量方法包括计算中央处理器的被占用时间，以及中央处理器的运行总时间，以得到中央处理器的负载率的第一数据，当操作系统没有任务时，则所述操作系统进入空闲任务中，将所述空闲任务的运行时间作为中央处理器的空闲时间，根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据。本发明的中央处理器的负载率测量方法完全不用借助任何的外接测试设备，只靠系统软件本身就可以快速有效的测量中央处理器的负载率，本发明简单实用，成本也较为低廉。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种中央处理器的负载率测量方法，其特征在于，所述中央处理器的负载率测量方法包括：
利用判断器判断当操作系统没有任务时，则所述操作系统进入空闲任务中；
利用第一计算器计算中央处理器的被占用时间，以及中央处理器的运行总时间，以得到中央处理器的负载率的第一数据；
利用时间获取器将所述空闲任务的运行时间作为中央处理器的空闲时间；
利用第二计算器根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据。
2.根据权利要求1所述的一种中央处理器的负载率测量方法，其特征在于，所述中央处理器的负载率的第一数据为：
ldcpu＝tload/ttotal
其中，ldcpu表示中央处理器的负载率，tload表示中央处理器的被占用时间，ttotal表示中央处理器的运行总时间。
3.根据权利要求1所述的一种中央处理器的负载率测量方法，其特征在于，所述根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据的步骤包括：
利用所述中央处理器的空闲时间，以及中央处理器的被占用时间，以得到中央处理器的运行总时间的表示数据；
根据所述中央处理器的运行总时间的表示数据，以及中央处理器的负载率的第一数据，以得到中央处理器的负载率的第二数据。
4.根据权利要求3所述的一种中央处理器的负载率测量方法，其特征在于，所述中央处理器的运行总时间的表示数据为：
ttotal＝tload+tidle
其中，ttotal表示中央处理器的运行总时间，tload表示中央处理器的被占用时间，tidle表示中央处理器的空闲时间。
5.根据权利要求3所述的一种中央处理器的负载率测量方法，其特征在于，所述中央处理器的负载率的第二数据为：
ldcpu＝1-tidle/ttotal
其中，ldcpu表示中央处理器的负载率，tidle表示中央处理器的空闲时间，ttotal表示中央处理器的运行总时间。
6.根据权利要求1所述的一种中央处理器的负载率测量方法，其特征在于，所述计算中央处理器的被占用时间的步骤包括：
读取所述中央处理器的编号；
根据所述中央处理器的编号，所述中央处理器读取系统计时器的当前时间值；
判断所述当前时间值是否大于等于上一次时间值，以计算当前时间值与上一次时间值之间的时间间隔；
判断所述时间间隔是否大于设定阈值，以得到所述中央处理器的被占用时间；
更新上一次时间值；
继续执行读取所述中央处理器的编号的操作。
7.根据权利要求6所述的一种中央处理器的负载率测量方法，其特征在于，所述判断所述当前时间值是否大于等于上一次时间值，以计算当前时间值与上一次时间值之间的时间间隔的步骤包括：
判断所述当前时间值是否大于等于上一次时间值，若是，则计算当前时间值与上一次时间值之间的时间间隔，若否，则计算所述中央处理器的负载率，将所述中央处理器的负载率清零，继续执行更新上一次时间值的操作。
8.根据权利要求6所述的一种中央处理器的负载率测量方法，其特征在于，所述判断所述时间间隔是否大于设定阈值，以得到所述中央处理器的被占用时间的步骤包括：
判断所述时间间隔是否大于设定阈值，若是，则得到所述中央处理器的被占用时间；若否，则继续执行更新上一次时间值的操作。
9.一种中央处理器的负载率测量系统，其特征在于，所述中央处理器的负载率测量系统包括：
判断器，用于判断当操作系统没有任务时，则所述操作系统进入空闲任务中；
第一计算器，用于计算中央处理器的被占用时间，以及中央处理器的运行总时间，以得到中央处理器的负载率的第一数据；
时间获取器，用于将所述空闲任务的运行时间作为中央处理器的空闲时间；
第二计算器，根据所述中央处理器的空闲时间，以得到中央处理器的负载率的第二数据。
10.一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有程序指令，其特征在于：所述处理器运行程序指令实现如权利要求1至权利要求9任一项所述的中央处理器的负载率测量方法。
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