[发明专利]处理器利用率的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及处理器利用率的测量技术，具体地，涉及对处理器利用率或负载进行实时测量的装置及方法，其尤其适用于嵌入式系统处理器的利用率测量。

背景技术

由于嵌入式系统对硬件成本、功耗有非常苛刻的要求，因此处理器的选型及其相关时钟频率、电源电压的取值成为主要关注因素，而系统正常运行时处理器的利用率正是决定这些因素的主要参考依据。并且，一些嵌入式系统可以根据测量结果实时地对处理器时钟频率或操作电压进行调节，就可以降低系统功耗。

处理器利用率是相对于一段统计时间而言的，即，这段统计时间内处理器实际完成的有效工作与处理器所能完成的满负荷工作的比值。因此，用什么指标来衡量处理器的工作负荷，以及该指标的测量方法，就成为处理器利用率测量的关键。

目前对处理器利用率的测量的已知方法主要有以下几种：

一种方法是利用一个周期性定时器作为对处理器负荷进行采样的触发源，每次定时器到期时由操作系统确定处理器是在执行有效代码还是空闲代码，并进行相应的计数。这样，在一段统计时间内，定时器到期次数作为处理器的满负荷指标，该值减去采样到的执行空闲代码次数作为处理器在该时段的有效负荷指标，它们的比值就是处理器在这段统计时间的利用率。可见，这种方法首先需要操作系统支持，并且测量的准确度依赖于定时器的周期，周期越小，精度越高，但对系统性能影响也就越大。

另一种方法是定义一个空闲进程，该进程对一个全局变量进行累加。在某个时段让操作系统只运行这个空闲进程，把得到的全局变量的累加值作为处理器满负荷指标，在后面某个同时长的统计时段内，全局变量的差值作为处理器有效负荷指标，它们的比值作为该时段的处理器利用率。在这种方法中，由于在测量处理器满负荷指标时，操作系统因素未被考虑并且也无法被准确测量，因此难免存在误差，从而会得出比实际情况偏小的处理器利用率。

为了克服上述不利因素，提出了一些不依赖于操作系统而是主要依靠硬件电路来进行处理器利用率测量的方法，这些方法要求处理器必须遵循预定义的性能状态，比如高级配置和电源接口规范(Advanced Configuration and Power Interface，简称为ACPI)，当处理器处于空闲状态时，送往处理器的时钟信号就被切断，相应地，处理器核心计数器(也称“滴答”计数器)也停止计数。这样，把统计时段的时间作为处理器满负荷指标，把处理器核心计数器在统计时段的差值乘以计数时钟周期，得到的时间作为处理器有效负荷指标，两者的比值就是处理器在该段统计时间的利用率。上述方法的前提是处理器必须遵守某些规范，这对于嵌入式处理器来说是非常少见的。

因此，通过以上描述可以看出，目前所采用的技术存在对操作系统的依赖性问题，以及存在测量误差大、影响系统性能等缺陷，基于这样的背景，如果能够提供一种独立于操作系统、通用的处理器利用率测量装置，对于处理器利用率测量的独立性和准确性以及系统的维护而言无疑是理想的。

发明内容

考虑到相关技术中存在的上述问题而提出本发明。为此，本发明旨在提供一种嵌入式系统处理器利用率的测量技术，首先，提供了一种独立于操作系统的通用处理器利用率测量装置，之后，在此基础上提出了一种处理器利用率测量方法，其可以用于单统计时段或多统计时段的测量。

本发明的技术方案如下。

一种嵌入式系统处理器利用率的测量装置，包括：系统总线，与总线监视器、计数器、以及处理器相连；其中，处理器，用于运行测量程序，在系统总线上产生预期总线特征，其中，测量程序为预先设置的可执行代码；总线监视器，用于监视系统总线，当识别出预期总线特征时，产生计数器触发信号；定时器，通过设置其定时周期来设置利用率统计时段的时长；中断控制器，用于在定时器的定时周期到达时，产生中断触发信号，并通过中断服务程序读取所述计数器的计数值；计算程序模块，用于根据所述中断控制器读取的所述计数值计算所述处理器利用率。

其中，计数器对预期总线特征的计数值用作处理器的工作负荷指标。工作负荷指标包括满负荷工作指标、当前满负荷工作指标和有效负荷指标，其中，满负荷工作指标为计数器在系统引导阶段的计数值，当前满负荷工作指标通过满负荷工作指标和对应的统计时段来获得，有效负荷指标通过将当前满负荷工作指标减去计数器在对应的统计时段的计数值来获得。计算程序模块用于将有效负荷指标与当前满负荷工作指标进行比例运算来计算处理器利用率。