更好的软件延时方式

只看该作者 · 2009-4-3 12:01

如下**:
最近常在网络上看一些朋友在讨论如何做软件延时,有用C的,也有用ASM的.

作为个人而言,我一般不喜欢软件延时的,特别是在单核心的单片机系统中.想想看

即使是1MIPS的MCU执行速率,1ms的时间,系统就可以跑1000条指令呀,可以检测

多少个需要处理的信号.但是由于软件延时处理起来比较方便一点,所以一直还受多数人的追捧.

        首先,我们这里讲的软件延时是指把MCU几乎当下来,什么事情都不处理,只是简单

的在一个延时LOOP中循环,知道需要的时间到后,才跳出循环.从这里,我们就可以看出软件

延时的优缺点了.软件延时的优点是,在不计较中断的影响下,只要指令周期计算得很精准

延时的精度也会很高,而且处理十分方便.它的缺点就是,在延时过程中,会忽略一些输入信号的处理.

造成处理的时实性不是很好.

       为了实现精准的延时,你必须要弄清楚2个问题: 1是你使用的MCU的指令执行速度是多少,即指令周期,2是每一个指令执行需要多少个指令执行周期.比如你使用传统的51,一个NOP

指令需要2个指令周期,当你使用12M的外部晶体是,指令周期刚好是1us,所以这个NOP就需要

2us的时间来执行.

          例如我们在模拟IIC通信时,为了运行可靠,需要在改变IO状态后延时10us左右,再改变时钟信号线.

           这里,我们往往是使用一长串NOP指令,5个,或者更多。所以当一些朋友使用了我们的多核心

IC后,就幽默的说,其实那样的NOP串真的很不环保.因为在我们的系统中,延时10个指令周期,

也可以简单的写成DELAY 9,这是真正的原指令,并非一个虎人的宏指令,因为它绝对只需要你一

条指令占有的空间就可以存储了.

       我不谈别人怎么去实现1ms的延时了,我用我的系统写给你看看,指令周期还是1us,都知道,需要

1000个指令周期啦.

        好办得很:

         delay_1ms:

                           delay 249        ;延时250

                           delay 249

                           delay 249

                           delay 248

                            ret                ;此返回指令需要一个指令周期,所以上面少执行一个,多好配合呀，哈哈.

             如果要延时长一点,那也加几个回圈, 看看我的循环,仔细体会一下吧,先忙其它的去了.

delay_n100ms:
        mov    temp00, a
delay_n100ms_loop:
        mov    a, 250
        mov    temp01, a  ;250 *800
        delay  249
        delay  249
        delay  249
        delay  47
        dzsn   temp01
        goto   $-5
        ;
        dzsn   temp00
        goto   delay_n100ms_loop
        ret
;--------------------------------------------------------
delay_n10ms:
        mov    temp00, a
delay_n10ms_loop:
        mov    a,80
        mov    temp01, a ;250*
        delay  247
        dzsn   temp01
        goto   $-2
        dzsn   temp00
        goto   delay_n10ms_loop
        ret

相关链接:http://http://www.gkbk.com/more.asp?name=gongkong&id=83211

只看该作者 · 2009-4-3 16:56

只看该作者 · 2009-4-3 18:35

    这类死机式的软件延时本人觉得拿来教学没什么问题，真正应用的话就是极大程度得浪费MCU的资源！
    试想一下，通过计算指令周期得到的“精确的延时”，拿来何用？难道指望用这东西来做RTC？何况“精确的延时”必有一个大前提，就是延时中不得有任何中断发生，不然谈不上所谓的“精确”！
    在51上，难免因为外设资源缺乏，IIC、SPI甚至单总线等等均要靠IO口模拟，所以不得不加上些NOP，这也是没办法的事，但好多人在诸如按键处理上都要使用“超高精度”的delayms(10);这就显得很没道理了，通过定时器设置时基然后用状态机扫描键盘法，几乎无额外时间损失，况且有“定时器复用”这么个小手法，也谈不上什么定时器资源不够的问题，何乐而不为呢？此外..论“精确”，定时器延时的精度难道会比死机式的差？
    而在外设齐全的ARM上还用软件延时的话，那就很浪费了，因为有硬件支持的总线接口基本上都有中断收发模式，所以连NOP都可省掉，毕竟全扔给硬件自动解决了。

只看该作者 · 2009-4-3 19:02

AVRIAR直接__delay_cycles,精确到时钟周期，

AVRGCC:

void
_delay_loop_1(uint8_t __count)
{
        __asm__ volatile (
                "1: dec %0" " "
                "brne 1b"
                : "=r" (__count)
                : "0" (__count)
        );
}

准确延时是3*__count个时钟周期         (0<__count<256)

void
_delay_loop_2(uint16_t __count)
{
        __asm__ volatile (
                "1: sbiw %0,1" " "
                "brne 1b"
                : "=w" (__count)
                : "0" (__count)
        );
}

准确延时是4*__count+1个时钟周期        (0<__count<256*256-1)

_delay_loop_1() 最小延时是3个时钟周期，最大延时是256*3个时钟周期

_delay_loop_2() 最小延时是4+1个时钟周期，最大延时是256*256*4+1个时钟周期

void
_delay_us(double __us)
{
        uint8_t __ticks;
        double __tmp = ((F_CPU) / 3e6) * __us;
        if (__tmp < 1.0)
                __ticks = 1;
        else if (__tmp > 255)
        {
                _delay_ms(__us / 1000.0);
                return;
        }
        else
                __ticks = (uint8_t)__tmp;
        _delay_loop_1(__ticks);
}

void
_delay_ms(double __ms)
{
        uint16_t __ticks;
        double __tmp = ((F_CPU) / 4e3) * __ms;
        if (__tmp < 1.0)
                __ticks = 1;
        else if (__tmp > 65535)
        {
                //        __ticks = requested delay in 1/10 ms
                __ticks = (uint16_t) (__ms * 10.0);
                while(__ticks)
                {
                        // wait 1/10 ms
                        _delay_loop_2(((F_CPU) / 4e3) / 10);
                        __ticks --;
                }
                return;
        }
        else
                __ticks = (uint16_t)__tmp;
        _delay_loop_2(__ticks);
}

_dealy_us()最小延时与 _delay_loop_1()相同，是3个时钟周期，
_delay_us(0)就是最小延时，相当于_delay_loop_1(1)，
在8M时钟下，_delay_us(0.375)也是最小延时（0.375us是3个时钟周期）
_delay_us(0.7499999)仍然是最小延时，相当于_delay_loop_1(1)，
而_delay_us(0.74999999)则相当于_delay_loop_1(2)了。

_dealy_ms() 最小延时与 _delay_loop_2()相同，是4+1个时钟周期。
_delay_ms(0)就是最小延时，相当于_delay_loop_2(1)，
在8M时钟下，_delay_ms(0.0005)也是最小延时（0.0005ms相当于是4个时钟周期）
_delay_ms(0.0009999999)仍然是最小延时，相当于_delay_loop_2(1)，
而_delay_ms(0.00099999999)则相当于_delay_loop_2(2)了。

_dealy_us(__us)延时精度范围：
(0 , 3个时钟周期),误差(0,3)个时钟周期
(3个时钟周期 , 768us/(F_CPU/1000000))，误差(-2,0)个时钟周期
(768us/(F_CPU/1000000) , 262.14ms/(F_CPU/1000000))，误差(-2,+1)个时钟周期，
(262.14ms/(F_CPU/1000000)) , 6553.5ms)，误差8M时钟下（约+0.18ms，约+57ms）

_dealy_ms(__ms)延时精度范围：
(0 , 4个时钟周期),误差(1,5)个时钟周期
(4个时钟周期 , 262.14ms/(F_CPU/1000000))，误差(-2,+1)个时钟周期，
(262.14ms/(F_CPU/1000000)) , 6553.5ms)，误差8M时钟下（约+0.18ms，约+57ms）

_dealy_us(__us)最大延时6553.5ms，即_delay_us(6553500);
_delay_ms(__ms)最大延时6553.5ms，即_delay_ms(6553.5);

本人水平有限，如果错漏之处，多谢指正。

补充：
1.WinAVR延时库函数看起来，又是double，又是if、else，难道不耗时间？
不耗时间。WinAVR延时库函数，double都可以优化成常量，而整型常量，浮点常量运算，结果仍然仍然是常量。
编译器只要开优化，不会编译出额外的代码出来。if,else也一样。if判断条件是一个常量，也就是说某个分支一定为真，
另外的分支一定为假，编译器优化时，不会编译出额外代码。需要注意，如果要调用WinAVR延时库函数，则必须要开优化。

2.怎么没有计算函数调用，返回时间？
WinAVR延时库函数全部都是内联函数，没有函数调用和返回开销。当然，这也有一个副作用，每处延时函数都会编译出一段代码，
占据更多的代码空间。

3.旧版WinAVR  _delay_us()最大延时768us/(F_CPU/1000000)，delay_ms()最大延时是262.14ms/(F_CPU/1000000)。
新版WinAVR_delay_us()和_delay_ms()最大延时都是6553.5ms，不过误差也相对较大，每0.1ms多7个时钟周期，8M时钟下，误差约为+0.88%。

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