一个设想

以前打游戏总是喜欢开个微星小飞机监测一下硬件状态，看看CPU占用，显卡温度之类的。但是后来觉得这东西也会吃点资源，还会占用屏幕右上角的一小片区域，于是就想着如果能独立出来一个小屏幕，专门展示硬件状态，肯定会很酷炫且（有点）实用。

正好最近受到了猹猹赞助的开发板和显示屏，那么说干就干，开始挖坑吧！

实现思路

我的思路大概是这样的：

电脑端运行一个轻量的程序，负责获取硬件状态信息，不做额外处理，直接通过串口发送给开发板。

只是为了减少电脑的占用，做到尽可能的轻量。

开发板负责解析硬件状态信息并绘制图形到显示屏，对于部分数据，还可以画个折线统计图。

程序方面我打算是用C语言实现，先来实现PC端的程序吧。

代码实现（PC-CPU部分）

我们先来尝试通过Linux底层接口来获取CPU的占用率和温度。

不是我说，Linux一切皆文件的思想真酷吧。

1.从 /proc/stat 获取CPU占用率

/proc/stat 是什么

/proc/stat 文件在 Linux 系统中存储了与系统统计信息相关的数据，它包含了 CPU、系统引导时间、进程和上下文切换等各种统计信息。

如果你正用着Linux系统看我的文章，你不妨试试运行一下cat /proc/stat 。我这里运行的结果是：

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cpu  1711097 644 361090 11032180 12086 0 7104 0 0 0
cpu0 213117 74 45293 1379146 1585 0 491 0 0 0
cpu1 214088 51 44558 1380027 1725 0 332 0 0 0
cpu2 217501 34 44412 1378727 1235 0 224 0 0 0
cpu3 216286 180 45075 1378982 1282 0 181 0 0 0
cpu4 213065 47 45294 1379106 1283 0 2303 0 0 0
......（后面太长了不放了）

对于我的需求，只需要关注第一行数据，从左到右的每个数字的意思是：

user：用户模式（不包括 nice 优先级调度）花费的时间。
nice：用户模式下低优先级进程花费的时间。
system：内核模式下花费的时间。
idle：空闲时间。
iowait：等待 I/O 操作完成的时间。
irq：处理硬中断的时间。
softirq：处理软中断的时间。
steal：虚拟化环境下，等待其他虚拟 CPU 任务完成的时间。
guest：为虚拟 CPU 所花费的时间。
guest_nice：低优先级的虚拟 CPU 时间。

那么如何计算CPU占用率呢，很简单，可以看下面的公式：

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总时间 = user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq + steal

CPU 占用率 = [(总时间 - 空闲时间) / 总时间] × 100%

这是瞬时占用率，当然一般我们使用的是在一小段时间内的平均占用率，公式：

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CPU 占用率 = [1 - (新空闲时间 - 老空闲时间) / (新总时间 - 老总时间)] × 100%

（这里的“新”，“老”，指的是获取的前后顺序，可以理解成“新获取的“和”之前获取的“）

理解了如何计算，那么就可以尝试写点代码来实现了。

代码实现

定义`measure_cpu_time`函数

让我们先来定义一个函数吧，就叫measure_cpu_time用来获取CPU时间。

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int measure_cpu_time(unsigned long *total, unsigned long *idle){

return 0;
}

这个函数需要传入两个指针参数：total 和 idle，分别指向 unsigned long 类型的变量。利用指针是为了传参方便，这一点在后面可以体现。

读取`/proc/stat`文件

因为这是一个文件，所以我们可以之间打开它，调用一下fopen函数即可：

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FILE *file = fopen("/proc/stat", "r");
if (file == NULL){
	perror("can't open /prop/stat");
	return 0;
}

这个代码块调用了fopen函数去以只读的方式（即"r"参数）打开/proc/stat，并且返回了一个指针，指向FILE类型，名为file。因为fopen在成功时返回指向 FILE 结构的指针，而在失败时会返回 NULL，所以通过检查file指针有没有指向合理的位置来判断是否需要抛出异常。

读取文件并写入变量

这一步的主要流程是：

逐行读取这个文件
检查这一行的开头是否为cpu
如果是，就将每个数字写入对应的变量
计算total时间，用指针传参。

这里我先放一下完整代码：

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if (fgets(line, MAX_LINE_LENGTH, file) != NULL){
    if (strncmp(line, "cpu ", 4) == 0){
        unsigned long user, nice, system, idle_val, iowait, irq, softirq, steal;
        sscanf(line, "%*s %lu %lu %lu %lu %lu %lu %lu %lu", 
                    &user, &nice, &system, &idle_val, &iowait, &irq, &softirq, &steal);

        *total = user + nice + system + idle_val + iowait + irq + softirq + steal;
        *idle = idle_val;
        printf("CPU state retrieved successfully\n");
    }        
}

这里首先调用了fget函数，用来逐行读取读取file文件，每行最长为MAX_LINE_LENGTH，然后保存在line字符串里面，如果没有错误（即返回值为NULL）则继续。

然后调用strncmp函数，用来对字符串做匹配，比较line的前4个字符是不是“cpu ”如果是，则继续。

然后就是定义了很多unsigned long类型的变量，并且用sscanf从line中读取各个时间值，%*s跳过第一个字符串（即 “cpu”），后续的%lu将对应的数值依次解析到相应变量中。

最后再打印读取完毕的消息，即printf("CPU state retrieved successfully\n");

完整代码

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#define MAX_LINE_LENGTH 128

int measure_cpu_time(unsigned long *total, unsigned long *idle){
    FILE *file = fopen("/proc/stat", "r");
    if (file == NULL){
        perror("can't open /prop/stat");
        return 0;
    }

    char line[MAX_LINE_LENGTH];

    if (fgets(line, MAX_LINE_LENGTH, file) != NULL){
        if (strncmp(line, "cpu ", 4) == 0){
            unsigned long user, nice, system, idle_val, iowait, irq, softirq, steal;
            sscanf(line, "%*s %lu %lu %lu %lu %lu %lu %lu %lu", 
                        &user, &nice, &system, &idle_val, &iowait, &irq, &softirq, &steal);

            *total = user + nice + system + idle_val + iowait + irq + softirq + steal;
            *idle = idle_val;
            printf("CPU state retrieved successfully\n");
        }        
    }
    fclose(file);
    return 0;
}

调用测试

main函数这样写就能调用了：

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int main() {
    unsigned long total, idle, total_old, idle_old;
    float cpu_usage;
    
    measure_cpu_time(&total, &idle);
    total_old = total;
    idle_old = idle;
    
    usleep(100000);
    
    measure_cpu_time(&total, &idle);
    
    cpu_usage = 100.0 * (1 - ((float)(idle - idle_old) / (total - total_old)));

    printf("cpu_usage: %.2f %% \n",cpu_usage);      

    return 0;
}

（仅测试，不做异常处理了）