📚 课程目录第4章空闲线程钩子

4. 空闲线程钩子

任务目标

在ThreadX实时操作系统中，空闲线程（idle thread）在所有其他线程均处于阻塞或挂起状态时运行。利用tx_thread_idle_hook注册一个空闲钩子函数，在空闲线程每次被调度时执行，通过统计单位时间内空闲线程的执行次数（或时间），估算CPU利用率。本案例在STM32F407平台上实现，通过串口打印CPU利用率。

实现原理

CPU利用率 = 1 − (空闲时间 / 总时间)。ThreadX在空闲线程中周期性调用钩子函数。我们在钩子函数中累加空闲计数器，同时在一个固定周期（如1秒）的定时器线程中读取该计数器并复位，从而得到空闲占比。由于空闲线程只在CPU无事可做时运行，空闲计数占比越高，CPU利用率越低。

核心代码

/* 头文件 */
#include "tx_api.h"
#include <stdio.h>

/* 空闲钩子计数 */
volatile ULONG idle_count = 0;
ULONG idle_count_last = 0;

/* 空闲钩子函数：每次空闲线程被调度时执行 */
void my_idle_hook(ULONG unused)
{
    idle_count++;
}

/* 统计线程：每1秒计算一次CPU利用率 */
void stats_thread_entry(ULONG arg)
{
    ULONG total_ticks = TX_TIMER_TICKS_PER_SECOND;
    ULONG idle_ticks, cpu_usage;

    while (1)
    {
        /* 等待1秒 */
        tx_thread_sleep(total_ticks);

        /* 计算空闲占比：空闲计数 / 每秒最大可能空闲计数 */
        /* 假设每秒最大空闲计数为100000（根据实际运行调整） */
        idle_ticks = idle_count - idle_count_last;
        idle_count_last = idle_count;

        /* CPU利用率 = 100 - 空闲百分比 */
        cpu_usage = 100 - (idle_ticks * 100 / 100000);
        if (cpu_usage > 100) cpu_usage = 100;
        if (cpu_usage < 0) cpu_usage = 0;

        printf("CPU Usage: %lu%%\r\n", cpu_usage);
    }
}

/* 应用程序定义 */
void tx_application_define(void *first_unused_memory)
{
    TX_THREAD *stats_thread_ptr;
    CHAR *stack_ptr;

    /* 注册空闲钩子 */
    tx_thread_idle_hook_register(my_idle_hook);

    /* 创建统计线程 */
    tx_thread_create(stats_thread_ptr, "stats", stats_thread_entry, 0,
                     stack_ptr, 1024, 3, 3, TX_NO_TIME_SLICE);
}

关键说明

空闲计数上限标定：代码中100000为每秒最大空闲计数估算值。实际值取决于MCU主频和ThreadX调度粒度。首次运行时，在系统完全空闲（无其他线程活动）时观察打印值，调整该常数使空闲时CPU显示接近0%。
钩子注册：tx_thread_idle_hook_register必须在tx_application_define中调用，且只能注册一个钩子。
精度说明：此方法为近似统计，适合资源受限MCU的轻量级监控。若需更高精度，可使用硬件定时器捕获空闲线程执行时间。

运行与验证

在ThreadX初始化完成后，系统会自动调度空闲线程，钩子函数开始累加计数。
统计线程每1秒打印一次CPU利用率。
验证方法：在系统空闲时，观察串口输出应接近0%；创建一个高优先级忙循环线程后，输出应明显上升（如50%以上）。若数值不随负载变化，检查钩子是否注册成功及计数上限标定是否合理。

常见问题

打印值恒为0%：检查tx_thread_idle_hook_register是否在tx_application_define中调用，且钩子函数未被优化掉（使用volatile修饰计数器）。
打印值恒为100%：空闲计数上限标定过小，增大100000常数。
数值波动大：统计周期过短，可增大tx_thread_sleep的等待时间（如2秒）。