嵌入式里的“延遲”

　　前些天在版主群里有人問“有沒有好用的延遲函數(shù)啊?”我的第一反應(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(shí)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(shí)(12M 24M)

　　誤差 Ms S 5% 10Us 8%-80%

　　//24M晶振 延時(shí) 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(gè)循環(huán)計(jì)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(gè)357便是由此計(jì)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(gè)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(gè)函數(shù)是系統(tǒng)函數(shù)，其代表著一個(gè)機(jī)器周期。用戶不再需要計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間加載

　　SysTick->CTRL|=0x01; //開始倒數(shù)

　　while(!(SysTick->CTRL&(1<<16))); //等待時(shí)間到達(dá)

　　SysTick->CTRL&=0XFFFFFFFE; //關(guān)閉計(jì)數(shù)器

　　SysTick->VAL=0X00000000; //清空計(jì)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(gè)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(shí)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€(gè)都有一個(gè)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(shí)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(shí)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(gè)劣勢有時(shí)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(shí)器，這里我們再次選用systick定時(shí)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(shí)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(jì)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(jì)數(shù)值減1，直到為0時(shí)止。而main函數(shù)里，就要不斷的查詢這個(gè)gCntLed[0]的值，當(dāng)未達(dá)到0值時(shí)，就去做別的事情，而查詢到0值時(shí)，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(shí)，我們也沒有停止不斷掃描按鍵。——這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(shí)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(jì)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(jì)主要思想是，定時(shí)讓MSP430從睡眠模式里“醒”過來，查看一下當(dāng)前的時(shí)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(shí)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(huì)兒事情……這里，MSP430大部分時(shí)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(shí)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(huì)傾力奉獻(xiàn)的。