嵌入式_常见延时方式的差异与选择（for循环延时、定时器延时、汇编延时....）

嵌入式_常见延时方式的差异与选择（for循环延时、定时器延时、汇编延时…）

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这里整理几种常见的延时方式，并做简单测试供大家参考，如果有什么不对的地方，欢迎指正，共同探讨。

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前言

测试基于GD32F103CBT6硬件平台，标准的72MHz系统时钟， 使用标准库GD32F10x_Firmware_Library_V1.0.0提示：（提示：此库坑多、慎用！）
测试方法为：
1：在Debug模式下延时开始于结束为止使用断点，测试两个断点之间的时间差。
2：通过延对GPIO周期性输出高低电平，使用示波器测试周期的准确性。

准备工作：
需设置Debug模式Keil对于片子的时钟配置参数，不然Debug模式下测试断点时间是不准确的。如图所示，我们使用的是72兆时钟，所以需要设置为实际的系统时钟参数为72.0。


以此保证，测试时间的准确性。

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一、简单的for循环延时

for（uint6_t i = 0;i < 10000;i++）
{
}

delaytime(s) = 0.00096057 - 0.00012024 = 0.00084033s
大概也就840us左右，使用示波器看一下周期，大概也差不多就这样。

如果把10000改成100，这个时间延时会不会缩小100倍呢？这个实验我也试过了，结果如下：delaytime(s) = 0.00012907 - 0.00011732 = 0.00001165s 大概也就11us左右，还是有一点差异的，不会等比变化。
而且使用Cotex-M3内核与Cotex-M0内核做对比，个人猜想这个结果也是有差异的。（没找到M3内核的板子）

而且我使用Cotex-M4内核与Cotex-M0内核做对比，这个结果差异也很大。

贴一个简单的for循环C语言代码

for（uint6_t i = 0;i < 1000;i++）
{}

该for循环编译形成汇编代码如下，有兴趣的朋友可以去分析一波，我这里就不分析了，

代码如下（示例）：

0x0800023C DBFA      BLT           0x08000234
0x08000232 E001      B             0x08000238
0x08000234 1C41      ADDS          r1,r0,#1
0x08000236 B288      UXTH          r0,r1
0x08000238 F5B07F7A  CMP           r0,#0x3E8
0x0800023C DBFA      BLT           0x08000234

二、常见的定时器延时

如果片子上有定时器资源，可以使用定时器延时，但是片子上资源有限要提前做好资源分配，废话不多说这里使用通用定时器进行延时操作，并对结果进行对比。

通用定时器：

/**********************************************************************
 *1-函数名：Timer2_Init
 *2-函数功能：初始化定时器
 **********************************************************************/
 void Timer2_Init(void)
 {
   /*由于GD32与ST32寄存器差异，此处配置的Timer1定时器*/
   /*步长1us计时器*/
    TIMER_BaseInitPara  sTIM_TimeBaseStructure;
    NVIC_InitPara   NVIC_InitStructure;
    //NVIC_PRIGroup_Enable(NVIC_PRIGROUP_0);
    RCC_APB1PeriphClock_Enable(RCC_APB1PERIPH_TIMER2, ENABLE); //实际是复位Timer2（代码名字错位）
    TIMER_DeInit(TIMER2);
    
    sTIM_TimeBaseStructure.TIMER_Period = 0x0000FFFF; 				//计数器自动重装值
    sTIM_TimeBaseStructure.TIMER_Prescaler = 71; 					//计数器时钟预分频值，计数器时钟等于 PSC 时钟除以 (PSC+1)
    sTIM_TimeBaseStructure.TIMER_ClockDivision = TIMER_CDIV_DIV2; 	//设置时钟分割:fDTS=fTIMER_CK
    sTIM_TimeBaseStructure.TIMER_CounterMode = TIMER_COUNTER_UP;  	//TIM向上计数模式
    TIMER_BaseInit(TIMER2, &sTIM_TimeBaseStructure); 				//根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
 
    TIMER_INTConfig(TIMER2,TIMER_INT_UPDATE,ENABLE);		//中断使能
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQ = TIMER2_IRQn;  			//TIM2中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQPreemptPriority = 0; 		//Q抢占优先级优先级0级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQSubPriority = 8;  			//副优先级2级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQEnable = ENABLE; 			//IRQ通道被使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  						//根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
  
    TIMER_Enable(TIMER2, ENABLE);  //使能定时器外设
 }

/**********************************************************************
 *1-函数名：Task_Init
 *2-函数功能：获取定时器计数个数
 **********************************************************************/
 uint16_t Timer1_GetTimerCounter(void)
 {
   uint16_t counter = 0;
   counter = (uint16_t)TIMER_GetCounter(TIMER2);
   return counter;
 }
/**********************************************************************
 *1-函数名:Delay_us
 *2-函数功能:Delay_us
 **********************************************************************/
void Delay_us(uint16_t usCounter)
{
  uint16_t TempCounter = 0;
  uint16_t TotalCounter = 0;
  uint16_t InitCounter = 0;
  InitCounter = Timer1_GetTimerCounter();
  TotalCounter = InitCounter + usCounter;
  if(TotalCounter >= InitCounter)
  {
      do
      {
        TempCounter = Timer1_GetTimerCounter();
      } while (TempCounter < TotalCounter);
  }
  else
  {
      do
      {
        TempCounter = Timer1_GetTimerCounter();
      } while ((TempCounter > TotalCounter) && (TempCounter < InitCounter));
  }
}

通用定时器：

delaytime(s) = 0.00032718 - 0.00012229 = 0.00020587s 大概也就205us左右，使用示波器看一下周期，还是比较准确的。

结果：

三、汇编延时

汇编延时，利用内嵌汇编进行循环进行延时，这里简单解读一下：
内嵌汇编就是在它让你可以在C程序中插入使用汇编语言编写的函数， 详细见代码注释

#if defined   (__CC_ARM) /*!< ARM Compiler */
/*
delayus = (1/SystemCoreClock * 3 * ulCount)us
*/
__ASM volatile void SysCtlDelay(unsigned long ulCount)
{
    subs    r0, #1;				//函数参数保存在R0寄存器，这里将参数进行自减操作并把结果依旧保存在R0中。
    bne     SysCtlDelay;		//R0 != 0，则跳到SysCtlDelay，这里如果R0自减不等于0，则继续执行该函数		
    bx      lr;					//返回主程序（不可省略）
} 


void SysCtlDelayus(unsigned long ulCount)
{
	//CPU_INI_DISABLE();			//关闭中断
	SysCtlDelay(ulCount * (SystemCoreClock/3000000)); 
	//CPU_INI_ENABLE();				//打开中断
}
#endif /* __CC_ARM */

__ASM volatile void SysCtlDelay(unsigned long ulCount)函数：参数ulCount表示循环执行该函数的次数
该函数由三条汇编指令构成，当参数ulcount = 1时，只执行一次三条汇编指令，
执行一条汇编指令时间为：1/系统时钟（MHz），所以ulcount = 1时，延时为delayus = (1/SystemCoreClock（MHz）* 3)us
当参数ulcount = n时，执行n次三条汇编指令，
执行一条汇编指令时间为：1/系统时钟（MHz），所以ulcount = n时，延时为delayus = (1/SystemCoreClock （MHz）* 3 * n)us

void SysCtlDelayus(unsigned long ulCount)函数：参数表示延时多少us
计算方法：系统中SystemCoreClock为CPU时钟频率，单位为Hz，所以SystemCoreClock（MHz）= SystemCoreClock（Hz）/1000000
根据上述，
因为延时 (1/SystemCoreClock（MHz）* 3)us需要ucount = 1，
所以延时1us，需要ucount = 1/(1/SystemCoreClock（MHz）* 3)，

根据计算方法所述，带入公式，延时1us，需要ucount = 1/(1/（SystemCoreClock（Hz）/1000000）* 3)
化简得：
延时1 us ucount = SystemCoreClock（Hz）/3000000）
延时x us ucount = x * SystemCoreClock（Hz）/3000000），得到函数void SysCtlDelayus(unsigned long ulCount)，

delaytime(s) = 0.00112594 - 0.00012038 = 0.00100556s 大概也就1000us左右，用示波器测试，延时比较精准，在使用前需要明确板子时钟是以兆为时钟单位，可打开或关闭系统中断会更加精准

但是这里有个疑问？SysCtlDelay()函数中当ulCount大于1时候，跳回主函数指令 bx lr;该指令只执行了一次，另两条指令分别执行两次，如果按照3次计算 是不是不准确。而且内核如果是三级流水线操作，执行时间是不是不能这么算？

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总结

三种延时处理方式各有优缺点：
for循环：简单明了，几乎适用于所有C平台；但是延时精度不高，所以适用于延时精度要求不高，不会多次重复调用的情况（重复调用会使时间误差叠加放大），例如ADC初始化完成之后有一个短延时后再使能，
Timer定时器：延时精度相当准确，但是会多占用一个定时器资源，所以实际开发时候要先对资源做好规划。
汇编延时：延时也非常准确，不会占用资源，但是移植性差。原理可以通用，但代码不通用，计算过程比较复杂，需要对时钟和周期有较深的理解才行。