12 FreeRTOS 调试与优化
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=1
while((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：
