C語言里如何編寫精確的微量延時

眾所周知，相比于其他編程語言，C語言在編寫嵌入式編程中有著絕對的優(yōu)勢。但它總也有缺點的：它的時序性比較差，不容易編寫精準(zhǔn)的延時。而在編寫嵌入系統(tǒng)驅(qū)動程序時，常常需要比較精確的軟件延時，這使得C語言的“劣勢”暴露了出來，一般都只能通過嵌入匯編的方式實現(xiàn)。例如，在1MHZ工作頻率下需要延時10us，就需要嵌入10句“空操作”指令，顯然在書寫上比較難堪。本文提出一種簡化書寫的延時方案，使用帶參數(shù)的宏構(gòu)來造微小時間片，可以實現(xiàn)完全精確的軟件延時，大大方便了驅(qū)動程序及軟件模擬通信協(xié)議的編寫。

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說明：以下皆為ICC AVR平臺下的討論，對AVR系列所有型號的單片機皆有效。至于其他平臺，可據(jù)此方案自行修改和移值。

該方案的實現(xiàn)方法其實很簡單：

首先定義N個宏，分別調(diào)用 1 ~ N 個匯編“空操作”指令，如：

#define NOP_1 asm（“nop”） //延時一個時鐘周期

#define NOP_2 NOP_1; asm（“nop”） //延時兩個時鐘周期

#define NOP_3 NOP_2; asm（“nop”） //延時三個時鐘周期

#define NOP_4 NOP_3; asm（“nop”） //延時四個時鐘周期

……

#define NOP_40 NOP_40; asm（“nop”） //延時40個時鐘周期

然后利用“##”操作符，實現(xiàn)帶參數(shù)宏的延時：

#define NOP（N） NOP_##N //延時 N個時鐘周期

操作符的作用是把兩個部分的內(nèi)容連成一個內(nèi)容。就是說，NOP（3）展開后成為NOP_3，NOP（4）展開后成為NOP_4，等等。因此，定義上述宏之后，就可通過調(diào)用NOP（N）語句實現(xiàn)精確軟件延時。例如：

NOP（4）； //延時4個時鐘周期

上述語句展開過程如下：

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”）;

正好延時4個時鐘周期

不過，上面的宏還不夠完善，如果試圖使用下面的語句，程序?qū)霈F(xiàn)漏洞。

if（表達式）

NOP（3）;

else

NOP（4）;

這是因為NOP（N）宏展開之后，不是一個語句，而是變成N個語句。故必須用花括號括起來，程序才能運行正確。即應(yīng)該改為：

if（表達式）

{

NOP（3）;

}

else

{

NOP（4）;

}

如果把NOP（N）宏的定義改為：

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

則NOP（N）宏展開之后只形成一個語句，將不會出現(xiàn)上面的問題。

但是要注意，“##”操作符只能按照原樣把兩邊的內(nèi)容連在一起。故NOP（N）的參數(shù)必須是具體的常量，即只能是數(shù)字，并且，與該數(shù)字相對應(yīng)的宏NOP_N已必須已經(jīng)定義。

例如：

“NOP（3+4）;”語句展開之后，將將變成“NOP_3+4;”，出現(xiàn)語法錯誤；

又如：

“NOP（a）;”語句展開之后，將將變成“NOP_a;”，而“NOP_a;”未定義。

只有這樣的語句才是正確的調(diào)用：

NOP（20）; //延時20個時鐘周期

將上述方案整理成一個頭文件，以后就可以任意調(diào)用了。下面是整理好的頭文件：

注意：該文件不宜作長時間的延時。長時間的延時將會調(diào)用大量的“空操作”指令，占用大量的程序指令空間。這個問題將在V2.0版本中解決。