C语言里如何编写精确的微量延时

只看该作者 · 2015-8-12 17:50

众所周知，相比于其他编程语言，C语言在编写嵌入式编程中有着绝对的优势。但它总也有缺点的：它的时序性比较差，不容易编写精准的延时。而在编写嵌入系统驱动程序时，常常需要比较精确的软件延时，这使得C语言的“劣势”暴露了出来，一般都只能通过嵌入汇编的方式实现。例如，在1MHZ工作频率下需要延时10us，就需要嵌入10句“空操作”指令，显然在书写上比较难堪。本文提出一种简化书写的延时方案，使用带参数的宏构来造微小时间片，可以实现完全精确的软件延时，大大方便了驱动程序及软件模拟通信协议的编写。

说明：以下皆为ICC AVR平台下的讨论，对AVR系列所有型号的单片机皆有效。至于其他平台，可据此方案自行修改和移值。
该方案的实现方法其实很简单：

首先定义N个宏，分别调用 1 ~ N 个汇编“空操作”指令，如：

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#define   NOP_1      asm("nop")               //延时一个时钟周期

 

#define   NOP_2      NOP_1;   asm("nop")      //延时两个时钟周期

 

#define   NOP_3      NOP_2;   asm("nop")      //延时三个时钟周期

 

#define   NOP_4      NOP_3;   asm("nop")      //延时四个时钟周期

 

……

 

#define  NOP_40   NOP_40;  asm("nop")         //延时40个时钟周期

然后利用“##”操作符，实现带参数宏的延时：

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#define   NOP(N)    NOP_##N                   //延时 N个时钟周期

只看该作者 · 2015-8-12 17:51

操作符的作用是把两个部分的内容连成一个内容。就是说，NOP(3)展开后成为NOP_3，NOP(4)展开后成为NOP_4，等等。因此，定义上述宏之后，就可通过调用NOP(N)语句实现精确软件延时。例如：

NOP(4)； //延时4个时钟周期

上述语句展开过程如下：

NOP_3 ; asm("nop");

NOP_2; asm("nop"); asm("nop");

NOP_1; asm("nop"); asm("nop"); asm("nop");

asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop");

正好延时4个时钟周期
不过，上面的宏还不够完善，如果试图使用下面的语句，程序将会出现漏洞。
if(表达式)

NOP(3);

else

NOP(4);

这是因为NOP(N)宏展开之后，不是一个语句，而是变成N个语句。故必须用花括号括起来，程序才能运行正确。即应该改为：
if(表达式)

{

NOP(3);

}

else

{

NOP(4);

}

如果把NOP（N）宏的定义改为：
#define  NOP(N)    do{ NOP_##N ; }while(0)
则NOP(N)宏展开之后只形成一个语句，将不会出现上面的问题。
但是要注意，“##”操作符只能按照原样把两边的内容连在一起。故NOP（N）的参数必须是具体的常量,即只能是数字，并且，与该数字相对应的宏NOP_N已必须已经定义。
例如：
“NOP(3+4);”语句展开之后，将将变成“NOP_3+4;”，出现语法错误；
又如：
“NOP(a);”语句展开之后，将将变成“NOP_a;”，而“NOP_a;”未定义。
只有这样的语句才是正确的调用：
NOP(20);    //延时20个时钟周期
将上述方案整理成一个头文件，以后就可以任意调用了。下面是整理好的头文件：

只看该作者 · 2015-8-12 17:52

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#ifndef  _NOP_H_

#define  _NOP_H_

 

 

 

#define  NOP(N)    do{ NOP_##N(); }while(0)

 

 

 

#define  NOP_0()

#define  NOP_1()   asm("nop")

#define  NOP_2()   NOP_1();asm("nop")

#define  NOP_3()   NOP_2();asm("nop")

#define  NOP_4()   NOP_3();asm("nop")

#define  NOP_5()   NOP_4();asm("nop")

#define  NOP_6()   NOP_5();asm("nop")

#define  NOP_7()   NOP_6();asm("nop")

#define  NOP_8()   NOP_7();asm("nop")

#define  NOP_9()   NOP_8();asm("nop")

#define  NOP_10()  NOP_9();asm("nop")

#define  NOP_11()  NOP_10();asm("nop")

#define  NOP_12()  NOP_11();asm("nop")

#define  NOP_13()  NOP_12();asm("nop")

#define  NOP_14()  NOP_13();asm("nop")

#define  NOP_15()  NOP_14();asm("nop")

#define  NOP_16()  NOP_15();asm("nop")

#define  NOP_17()  NOP_16();asm("nop")

#define  NOP_18()  NOP_17();asm("nop")

#define  NOP_19()  NOP_18();asm("nop")

#define  NOP_20()  NOP_19();asm("nop")

#define  NOP_21()  NOP_20();asm("nop")

#define  NOP_22()  NOP_21();asm("nop")

#define  NOP_23()  NOP_22();asm("nop")

#define  NOP_24()  NOP_23();asm("nop")

#define  NOP_25()  NOP_24();asm("nop")

#define  NOP_26()  NOP_25();asm("nop")

#define  NOP_27()  NOP_26();asm("nop")

#define  NOP_28()  NOP_27();asm("nop")

#define  NOP_29()  NOP_28();asm("nop")

#define  NOP_30()  NOP_29();asm("nop")

#define  NOP_31()  NOP_30();asm("nop")

#define  NOP_32()  NOP_31();asm("nop")

#define  NOP_33()  NOP_32();asm("nop")

#define  NOP_34()  NOP_33();asm("nop")

#define  NOP_35()  NOP_34();asm("nop")

#define  NOP_36()  NOP_35();asm("nop")

#define  NOP_37()  NOP_36();asm("nop")

#define  NOP_38()  NOP_37();asm("nop")

#define  NOP_39()  NOP_38();asm("nop")

#define  NOP_40()  NOP_39();asm("nop")

 

 

#endif

只看该作者 · 2015-8-13 08:11

请问下这种所谓的精准延时用在什么地方?

只看该作者 · 2015-8-13 11:02

使用带参数的宏构来造微小时间片，可以实现完全精确的软件延时，大大方便了驱动程序及软件模拟通信协议的编写。

1万 · 2015-8-13 12:06

#define NOP_1    asm("nop")             //延时一个时钟周期

#define NOP_2    NOP_1; asm("nop")    //延时两个时钟周期

#define NOP_3    NOP_2; asm("nop")    //延时三个时钟周期

#define NOP_4    NOP_3; asm("nop")    //延时四个时钟周期

……

#define  NOP_40 NOP_40;  asm("nop")       //延时40个时钟周期
这个写法好有创意。