嵌入式里的“延遲”

　　前些天在版主群里有人問(wèn)“有沒(méi)有好用的延遲函數啊?”我的第一反應就是“延遲函數要視自己的應用而編寫(xiě)，不可能千篇一律的應用。”可是回首一看，單片機的發(fā)展歷程，在不同時(shí)期里有著(zhù)不一樣的延遲函數。

　　在版主上學(xué)的年代里，單片機課程老師對匯編語(yǔ)言有著(zhù)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(yǔ)言編程，也要仔細看生成的匯編代碼然后再調節。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++);

　　}

　　延遲函數是通過(guò)的兩個(gè)循環(huán)計算而形成的停機等待而達到延遲的目的。代碼是通過(guò)查看由C語(yǔ)言生成的匯編代碼指令——那個(gè)357便是由此計算出來(lái)的。當然，延遲函數是否精準也完全取決于那個(gè)357數字的選擇了。

　　單周期指令，雙周期指令，數一數便可以了?其實(shí)查看匯編代碼沒(méi)有這么簡(jiǎn)單的，畢竟For循環(huán)也需要系統開(kāi)銷(xiāo)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(jiǎn)單多了。

　　在IAR for AVR編譯環(huán)境里，用戶(hù)只需要 #include "intrinsics.h"便可以調用void __delay_cycles(unsigned long);函數，這個(gè)函數是系統函數，其代表著(zhù)一個(gè)機器周期。用戶(hù)不再需要計算匯編語(yǔ)言的指令周期，不必再細讀單片機的操作手冊，強大的IAR編譯環(huán)境自己就算好了——單片機發(fā)展到IAR for AVR時(shí)代，也基本代表著(zhù)匯編退居二線(xiàn)。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A(yíng)tmel的8位單片機AVR系列一統天下的時(shí)候，ARM內核為代表的單片機在悄然崛起。不知不覺(jué)，以ST公司stm32f103為代表的32位Cortex-M3內核的單片機占據了市場(chǎng)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函數來(lái)完成延遲函數頗具人氣。我們來(lái)看一下源代碼：

　　//初始化延遲函數

　　void delay_init(u8 SYSCLK)

　　{

　　SysTick->CTRL&=0xfffffffb;//選擇內部時(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(kāi)始倒數

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

　　SysTick->CTRL&=0XFFFFFFFE; //關(guān)閉計數器

　　SysTick->VAL=0X00000000; //清空計數器

　　}

　　牛人的代碼還是非常簡(jiǎn)潔的，使用起來(lái)也方便，首先調用delay_init函數，然后，再調用delay_ms()函數。這個(gè)延遲函數也是非常準確的，因為其使用了單片機的硬件定時(shí)器模塊。在STM32F103高達72MHz的主頻，優(yōu)化的指令集系統下，系統的開(kāi)銷(xiāo)完成可以忽略。筆者也將其成功應用于單總線(xiàn)通訊方式的數字溫度采集傳感器18B20芯片上，測試良好。

　　寫(xiě)到這里，筆者已經(jīng)介紹了三種延遲函數，它們三個(gè)都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：阻塞延遲函數——在“等待”延遲函數到來(lái)的時(shí)候里，單片機并沒(méi)有處理其它有用，有意義的事情，而是停機在等待著(zhù)時(shí)間的到來(lái)。對于我們要處理大量數據的單片機系統來(lái)說(shuō)，這個(gè)劣勢有時(shí)就很難接受的。那么我們要怎么解決呢?

　　我們仍然以STM32F103為例，仍然要使用強大的定時(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systick，其每1ms進(jìn)入中斷一次，代碼如下：

　　if (SysTick_Config(72000)) //參數為系統時(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的中斷函數里計數，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]將計數值減1，直到為0時(shí)止。而main函數里，就要不斷的查詢(xún)這個(gè)gCntLed[0]的值，當未達到0值時(shí)，就去做別的事情，而查詢(xún)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(guò)未阻塞的延遲函數，我們實(shí)現了LED燈每隔200ms閃爍一次的效果，與其同時(shí)，我們也沒(méi)有停止不斷掃描按鍵。——這就是非阻塞延遲函數的強大優(yōu)勢。非阻塞式延遲函數還主要應用于嵌入式操作系統函數里，喜歡的網(wǎng)友可以自己查看相關(guān)函數。

　　隨著(zhù)時(shí)代的進(jìn)步，能源的問(wèn)題逐漸突出出來(lái)。剛剛筆者介紹的幾種函數都是在不停的“運行”，看似什么事情也沒(méi)有做，但是單片機確實(shí)在全力的“奔跑”，這與當前節碳減排，低功耗格格不入。MSP430算得上是低功耗的代表了，其延遲函數可以拿來(lái)借鑒一下。

　　在MSP430的低功耗設計中，阻塞式延遲函數是基本不用的——因為功耗太大，未阻塞式延遲函數是必備條件。設計主要思想是，定時(shí)讓MSP430從睡眠模式里“醒”過(guò)來(lái)，查看一下當前的時(shí)間與狀態(tài)，然后再做決定如何處理。換句話(huà)說(shuō)，上面的示例就變成了，MSP430每1ms準時(shí)醒來(lái)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“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，自然也就節能了。

　　又到總結的時(shí)候了，幾種延遲函數各有特點(diǎn)與應用場(chǎng)景，各位親愛(ài)的網(wǎng)友們根據自己的需求來(lái)自行選擇吧!當然，也可以來(lái)論壇的ARM版塊發(fā)帖求助，版主也會(huì )傾力奉獻的。