单片机延时函数整理——针对裸机

只看该作者 · 2020-5-28 16:25

单片机中有很多延时的实现方式，这里参考了鱼鹰谈单片机的，安福莱的原子的等网上信息，做一个整理。更加细节可以参考鱼鹰的**，很详细。

1、汇编延时，nop指令，这个51当中就有了，332位单片机未验证也不想找了。一般不用，属于死等方式。

2、软件延时，这个方式就是for循环，属于死等方式，这个方式延时不太准确，nop不用。

3、systick定时器的方式，这个是原子或野火中常用到的，时间延时是基本上准确的，但是也属于死等方式。

当然，systick有中断的方式的，那么基本上是1ms的定时中断，我们可以在裸机的HAL库中重新写systick定时中断回调函数，而且hal_delay也是使用的这个systick的。其实可以用dwt来重写，因为hal库是若定义的。

只看该作者 · 2020-5-28 16:26

索性把systick弄弄明白：
/**
* @brief This function provides minimum delay (in milliseconds) based
* on variable incremented.
* @NOTE In the default implementation , SysTick timer is the source of time base.
* It is used to generate interrupts at regular time intervals where uwTick
* is incremented.
* @note This function is declared as __weak to be overwritten in case of other
* implementations in user file.
* @param Delay specifies the delay time length, in milliseconds.
* @retval None
*/
__weak void HAL_Delay(uint32_t Delay)
{
uint32_t tickstart = HAL_GetTick(); //首先得到基准的时刻
uint32_t wait = Delay; //获取延时值

/* Add a freq to guarantee minimum wait */
if (wait < HAL_MAX_DELAY) //如果小于0xFFFFFFFFU 32位变量
{
wait += (uint32_t)(uwTickFreq); //递增1，根据uwTickFreq定义来，默认是1ms，也就是1 HAL_TickFreqTypeDef uwTickFreq = HAL_TICK_FREQ_DEFAULT; /* 1KHz */
}

while ((HAL_GetTick() - tickstart) < wait) //（当前的值）-（过去的基准值）< 延时时间，就死等，其实就是一种死等的方式了，
{
}
}
uwTick这个变量是在SysTick ISR中每1ms中递增的，

/**
* @brief This function is called to increment a global variable "uwTick"
* used as application time base.
* @note In the default implementation, this variable is incremented each 1ms
* in SysTick ISR.
* @note This function is declared as __weak to be overwritten in case of other
* implementations in user file.
* @retval None
*/
__weak void HAL_IncTick(void)
{
uwTick += uwTickFreq;
}

Src\stm32f1xx_it.c函数中的定时中如下：
/**
* @brief This function handles System tick timer.
*/
void SysTick_Handler(void)
{
/* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 0 */

/* USER CODE END SysTick_IRQn 0 */
HAL_IncTick();
HAL_SYSTICK_IRQHandler();
/* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 1 */

/* USER CODE END SysTick_IRQn 1 */
}

/**
* @brief Provides a tick value in millisecond.
* @note This function is declared as __weak to be overwritten in case of other
* implementations in user file.
* @retval tick value
*/
__weak uint32_t HAL_GetTick(void)
{
return uwTick;
}
小结起来就是，cubemx会把systick开启1ms的定时中断，而且uwTick这个变量会在定时中断中每1ms递增一个。HAL_Delay的注释如上所示。
因此，在裸机工程中，systick可以使用死等的方式延时，也可以定时中断的方式延时。具体问题具体分析

只看该作者 · 2020-5-28 16:27

4、dwt数据观察点与跟踪
这个和systick一样是cm3内核自带的，cm4也有，因此可以直接使能拿来使用。
初始化后就可以使用，而且是可重入的。这个在鱼鹰的**有详细的分析，但是还是属于死等的延时方式。安福来有移植好的文件，杰杰的公众号也有写过一篇《精确延时ns的**》，这个方式的延时精度相当高了。这个计数器是主时钟每震荡一次，就增加一次，stm32F103的72Mhz，那么精度1/72000000，当然实际上不可能这么精确，毕竟代码执行需要时间，但是1us这个级别肯定是足够了。

DWT中有剩余的计数器，它们典型地用于应用程序代码的“性能速写”（profiling）。可以编程它们，让它们在计数器溢出时发出事件（以跟踪数据包的形式）。最典型地，就是使用CYCCNT寄存器来测量执行某个任务所花的周期数，这也可以用作时间基准相关的目的（操作系统中统计 CPU 使用率可以用到它）。————《权威指南》原话

具体的可以参考安福莱的论坛：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=89128&highlight=dwtDWT
《实现一个精确微秒延迟的参考例程》
而且，keil调试的时候，也是使用dwt来计算运行时间的。可以参考鱼鹰谈单片机的**。

只看该作者 · 2020-5-28 16:28

5、stm32的基本定时器作为延时，这个在51单片机中就已经是在熟悉不过了，其中基本上tim6、7两个都只有定时功能，于是可以拿来做是定时中断，其实systick中断也和这个类似，只是systick我们基本上是1ms的，不怎们修改，基本定时器通常可以修改定时周期。分频器+周期的设置，就可以达到我们想要的定时时长。

通常的方式：定时到了，设置一个标志位，在主循环中，判断标志位是否置位，有就执行，并清零标志位。这种方式基本上没多大问题，但是仔细分析下，假如定时的频率是20ms，但是main函数中的查询频率比较慢，30ms一次。理想情况下，到了60ms，主函数查询了2次，定时器中断触发3次，刚刚好差不多重叠了，但是注意，这是裸机，顺序执行，不会发生可冲入的问题。那么主函数中，恰恰到了这个子函数了，立马定时中断也触发了，那么回到主函数中，就执行了，也就是定时中断触发了3次，但是主函数值执行了2次。这种情况比较极端了。需要重新设计主函数，重新设定定时时长。因此这种情况，我们要好好规划程序的框架。main函数执行一次的时间要短于定时到时长。因此在main函数中，尽量不要有死等的延时，尽量使用定时器来规划。这样单片机效率高，同时可维护。

只看该作者 · 2020-5-28 16:28

6、使用定时器实现单次延时

7、删除标志位来实现定时，这两种方式，可以参考鱼鹰的**，这里不细说了。这里仅做抛砖引玉。

8、合作时调度器，这个其实就是软件定时器的方式来实现，网上有很多模板，其实这种方式是可维护性比较高，但是缺点比较多，限制条件比较多，具体参考安福莱的ucos教程，这里摘要如下
限制一、只有一个中断的原则。
限制二、任务重叠的问题。
限制三、使用合作式调度器的应用程序有一个重要的要求：任务的运行时间 < 时标间隔，这个要求非常重要，而且实现起来额不容易，特别是程序中含有一些无法确定时间的函数，

其实对于裸机程度，没有其他的隐蔽的东西，自己好好分析还是可以理清程序运行的细节及时序关系。遵守的原则：1、尽量不要在主程序中使用死等的延时，二、每个子程序（也可以叫任务吧）的查询频率要大于主程序运行的时间。比如：ad采样，100ms采样一次，那么，主程序一定要在100ms以内执行完毕。

想说的这么多了，裸机程序=定时器+状态机。死等的延时可以是us级别的，时序性较高的地方，大的延时就使用定时器。