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【業(yè)話】嵌入式里的“延遲”

 rookie 2015-06-01

前些天在版主群里有人問“有沒有好用的延遲函數(shù)?。俊蔽业牡谝环磻?yīng)就是“延遲函數(shù)要視自己的應(yīng)用而編寫,不可能千篇一律的應(yīng)用。”可是回首一看,單片機(jī)的發(fā)展歷程,在不同時期里有著不一樣的延遲函數(shù)。


  在版主上學(xué)的年代里,單片機(jī)課程老師對匯編語言有著非常深入的了解,如XX指令是單指令周期,XX指令是雙指令周期。如果使用了C語言編程,也要仔細(xì)看生成的匯編代碼然后再調(diào)節(jié)。例如下面的代碼示例:

功能 延時(12M 24M)
誤差 Ms S 5% 10Us 8%-80%
//24M晶振 延時 n毫秒
void DelayMs_24M(unsigned int n)
{
unsigned int i=0,j=0;
for(i=0;i
for(j=0;j<357;j++);
}

  延遲函數(shù)是通過的兩個循環(huán)計算而形成的停機(jī)等待而達(dá)到延遲的目的。代碼是通過查看由C語言生成的匯編代碼指令——那個357便是由此計算出來的。當(dāng)然,延遲函數(shù)是否精準(zhǔn)也完全取決于那個357數(shù)字的選擇了。


  單周期指令,雙周期指令,數(shù)一數(shù)便可以了?其實(shí)查看匯編代碼沒有這么簡單的,畢竟For循環(huán)也需要系統(tǒng)開銷的,還有其它比較,判斷指令什么的。但這一切在IAR for AVR編譯環(huán)境里似乎就簡單多了。


  在IAR for AVR編譯環(huán)境里,用戶只需要 #include 'intrinsics.h'便可以調(diào)用void __delay_cycles(unsigned long);函數(shù),這個函數(shù)是系統(tǒng)函數(shù),其代表著一個機(jī)器周期。用戶不再需要計算匯編語言的指令周期,不必再細(xì)讀單片機(jī)的操作手冊,強(qiáng)大的IAR編譯環(huán)境自己就算好了——單片機(jī)發(fā)展到IAR for AVR時代,也基本代表著匯編退居二線。由于篇幅的原因,版主就不再這里為大家帖出代碼示例了。


  在Atmel的8位單片機(jī)AVR系列一統(tǒng)天下的時候,ARM內(nèi)核為代表的單片機(jī)在悄然崛起。不知不覺,以ST公司stm32f103為代表的32位Cortex-M3內(nèi)核的單片機(jī)占據(jù)了市場大部分分額,各大論壇爭先推出STM32版塊。


  其中,某位牛人推出的使用systick函數(shù)來完成延遲函數(shù)頗具人氣。我們來看一下源代碼:

//初始化延遲函數(shù)
void delay_init(u8 SYSCLK)
{
SysTick->CTRL&=0xfffffffb;//選擇內(nèi)部時鐘 HCLK/8
fac_us=SYSCLK/8;
fac_ms=(u16)fac_us*1000;
}
void delay_ms(u16 nms)
{
SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms; //時間加載
SysTick->CTRL|=0x01; //開始倒數(shù)
while(!(SysTick->CTRL&(1<<16))); //等待時間到達(dá)
SysTick->CTRL&=0XFFFFFFFE; //關(guān)閉計數(shù)器
SysTick->VAL=0X00000000; //清空計數(shù)器
}

  牛人的代碼還是非常簡潔的,使用起來也方便,首先調(diào)用delay_init函數(shù),然后,再調(diào)用delay_ms()函數(shù)。這個延遲函數(shù)也是非常準(zhǔn)確的,因?yàn)槠涫褂昧藛纹瑱C(jī)的硬件定時器模塊。在STM32F103高達(dá)72MHz的主頻,優(yōu)化的指令集系統(tǒng)下,系統(tǒng)的開銷完成可以忽略。筆者也將其成功應(yīng)用于單總線通訊方式的數(shù)字溫度采集傳感器18B20芯片上,測試良好。


  寫到這里,筆者已經(jīng)介紹了三種延遲函數(shù),它們?nèi)齻€都有一個共同的特點(diǎn):阻塞延遲函數(shù)——在“等待”延遲函數(shù)到來的時候里,單片機(jī)并沒有處理其它有用,有意義的事情,而是停機(jī)在等待著時間的到來。對于我們要處理大量數(shù)據(jù)的單片機(jī)系統(tǒng)來說,這個劣勢有時就很難接受的。那么我們要怎么解決呢?


  我們?nèi)匀灰許TM32F103為例,仍然要使用強(qiáng)大的定時器,這里我們再次選用systick定時器。我們首先要初始化ST單片機(jī)systick,其每1ms進(jìn)入中斷一次,代碼如下:

if (SysTick_Config(72000)) //參數(shù)為系統(tǒng)時鐘的向上溢出值,此配置為72000,即1ms中斷一次
{
/* Capture error */
while (1);
}

  之后,我們在systick的中斷函數(shù)里計數(shù),示例代碼如下:

void SysTick_Handler(void)
{
if(gCntLed[0] > 0)
{
gCntLed[0]--;
}
else
{
gCntLed[0] = 0;
}
}

  從上面代碼可以清楚看到,每1ms,gCntLed[0]將計數(shù)值減1,直到為0時止。而main函數(shù)里,就要不斷的查詢這個gCntLed[0]的值,當(dāng)未達(dá)到0值時,就去做別的事情,而查詢到0值時,再去處理自己的事情,示例代碼如下:

while(1)
{
if(gCntLed[0] == 0)
{
LedToggle(0);
gCntLed[0] = 200;
}
KeyScan();
}

  通過未阻塞的延遲函數(shù),我們實(shí)現(xiàn)了LED燈每隔200ms閃爍一次的效果,與其同時,我們也沒有停止不斷掃描按鍵?!@就是非阻塞延遲函數(shù)的強(qiáng)大優(yōu)勢。非阻塞式延遲函數(shù)還主要應(yīng)用于嵌入式操作系統(tǒng)函數(shù)里,喜歡的網(wǎng)友可以自己查看相關(guān)函數(shù)。


  隨著時代的進(jìn)步,能源的問題逐漸突出出來。剛剛筆者介紹的幾種函數(shù)都是在不停的“運(yùn)行”,看似什么事情也沒有做,但是單片機(jī)確實(shí)在全力的“奔跑”,這與當(dāng)前節(jié)碳減排,低功耗格格不入。MSP430算得上是低功耗的代表了,其延遲函數(shù)可以拿來借鑒一下。


  在MSP430的低功耗設(shè)計中,阻塞式延遲函數(shù)是基本不用的——因?yàn)楣奶螅醋枞窖舆t函數(shù)是必備條件。設(shè)計主要思想是,定時讓MSP430從睡眠模式里“醒”過來,查看一下當(dāng)前的時間與狀態(tài),然后再做決定如何處理。換句話說,上面的示例就變成了,MSP430每1ms準(zhǔn)時醒來一次,處理了一下gCntLed[0]的值,然后又查看了一下,如果非0值,則繼續(xù)“睡”去了;如果恰好是0值,則再干一會兒事情……這里,MSP430大部分時間里就處于了低功耗的睡眠模式,自然也就節(jié)能了。


  又到總結(jié)的時候了,幾種延遲函數(shù)各有特點(diǎn)與應(yīng)用場景,各位親愛的網(wǎng)友們根據(jù)自己的需求來自行選擇吧!當(dāng)然,也可以來論壇的ARM版塊發(fā)帖求助,版主也會傾力奉獻(xiàn)的。


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