使用實(shí)時(shí)操作系統開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，如何測量性能？

使用實(shí)時(shí)操作系統開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，如何測量性能？

性能分析非常重要的一個(gè)方面是響應時(shí)間，例如，從一個(gè)任務(wù)被激活到運行完成的時(shí)間?？梢酝ㄟ^(guò)多種方式來(lái)測量響應時(shí)間，如反轉I/O引腳并使用邏輯分析儀進(jìn)行測量，或通過(guò)添加一些額外的代碼來(lái)測量?jì)牲c(diǎn)之間時(shí)鐘周期數。但這些測量措施只能檢測兩點(diǎn)之間的處理器時(shí)間，無(wú)法獲知影響時(shí)間的因素，例如中斷或其他任務(wù)搶占導致的干擾。

性能分析的另一個(gè)重要內容是執行時(shí)間，一段特定代碼實(shí)際使用的處理器時(shí)間。我們通?？梢詫Τ绦蛴嫈灯鬟M(jìn)行采樣獲取使用的處理器時(shí)間，許多IDE支持該功能，大多數基于A(yíng)RM的MCU為此提供了硬件支持。然而，通過(guò)該方式獲取的數據是平均測量值，對于頻率較低的函數或任務(wù)是不準確的。此外，這些信息不能指示異常長(cháng)的執行可能會(huì )導致問(wèn)題，例如超時(shí)。

使用RTOS知識進(jìn)行跟蹤

要獲得RTOS行為的準確信息，你需要一個(gè)RTOS感知跟蹤的解決方案。但許多工具僅支持指定的操作系統。它們通常使用水平甘特圖顯示任務(wù)執行隨時(shí)間的變化，但其跟蹤信息很難并行顯示其他事件，例如RTOS API的調用。

圖1 Tracealyzer主視圖

Tracealyzer 的主視圖（圖1）使用垂直時(shí)間軸，不僅顯示RTOS調度過(guò)程和中斷，還通過(guò)文本標簽顯示RTOS調用的事件或自定義用戶(hù)事件。這些標簽“浮動(dòng)”顯示并均勻分布。調度軌跡中的矩形框對應于一次連續的執行，稱(chēng)為Fragment（分片）。參與者（Actor）表示被跟蹤系統中的所有執行上下文，例如任務(wù)和中斷處理程序。任務(wù)調度可以不同的方式呈現或查看。圖1中，每個(gè)參與者一列，分片在多列中排序。

圖2 執行時(shí)間和響應時(shí)間變化

一個(gè)參與者，在捕獲視圖中有多個(gè)實(shí)例。實(shí)例表示參與者的一次執行，即從任務(wù)被觸發(fā)到完成的過(guò)程。在Tracealyzer 主視圖中點(diǎn)擊參與者的分片，參與者實(shí)例通過(guò)藍色矩形框突出顯示，如圖1。

此外，執行時(shí)間和響應時(shí)間等性能指標基于每個(gè)實(shí)例計算，并可視化為圖2所示的詳細圖表。例如如果捕獲任務(wù)的最大響應時(shí)間是為 3255 μs，而最大執行時(shí)間僅為1087 μs，這意味著(zhù)大部分響應時(shí)間被其他任務(wù)或中斷占用。

Tracealyzer中的所有視圖都是相互關(guān)聯(lián)的，通過(guò)單擊繪制的數據點(diǎn)，你會(huì )找到主跟蹤視圖中的相應位置，以及統計數據背后的詳細RTOS行為。

任務(wù)調度事件如何分組到任務(wù)實(shí)例中？對于周期RTOS任務(wù)來(lái)說(shuō)，一個(gè)實(shí)例對應一個(gè)迭代循環(huán)，由RTOS阻塞調用分隔，例如，循環(huán)中的隊列接收調用QueueRecieve或延時(shí)調用DelayUntil。但是一個(gè)任務(wù)可能會(huì )執行多個(gè)這樣的調用，那么Tracealyzer如何知道從哪里結束當前實(shí)例并開(kāi)始一個(gè)新的實(shí)例？

Tracealyzer 有一個(gè)“實(shí)例完成事件”（IFE）概念，通過(guò)兩種方式定義。用戶(hù)在大多數情況下不需要為此煩惱，因為有一組標準規則，用于指定RTOS調用的內容作為IFE，例如延遲調用和 QueueRecieve調用。不需要額外的配置。但是，對于規則不合適的情況，可能會(huì )需要生成顯式事件 (IFE) 標記實(shí)例完成，需要調用記錄庫中的特定函數實(shí)現。

圖 3顯示了一個(gè)示例，其中墨綠色控制任務(wù)分為多個(gè)實(shí)例，盡管這些點(diǎn)上沒(méi)有發(fā)生任務(wù)切換。你可以手動(dòng)決定如何將事件分組到實(shí)例中，從而控制時(shí)序統計的解釋。

圖3 實(shí)例結束事件IFE允許自定義間隔

總結

使用RTOS帶來(lái)的復雜性，使得應用的運行時(shí)行為難以通過(guò)閱讀代碼的方式理解?；赥racealyzer的可視化分析，可以幫助我們理解和控制軟件的運行時(shí)行為。關(guān)于如何使用Tracezlyzer，捕獲系統行為的信息，可以參考《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統-基于STM32Cube、FreeRTOS和Tracealyzer的應用開(kāi)發(fā)》

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