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應用單片機的時候,經常會遇到需要短時間延時的情況。需要的延時時間很短,一般都是幾十到幾百微妙(us)。有時候還需要很高的精度,比如用單片機驅動 DS18B20的時候,誤差容許的范圍在十幾us以內,不然很容易出錯。這種情況下,用計時器往往有點小題大做。而在極端的情況下,計時器甚至已經全部派上了別的用途。這時就需要我們另想別的辦法了。
以前用匯編語言寫單片機程序的時候,這個問題還是相對容易解決的。比如用的是12MHz晶振的51,打算延時20us,只要用下面的代碼,就可以滿足一般的需要:
51 單片機的指令周期是晶振頻率的1/12,也就是1us一個周期。mov r0, #09h需要2個極其周期,djnz也需要2個極其周期。那么存在r0里的數就是(20-2)/2。用這種方法,可以非常方便的實現256us以下時間的延時。如果需要更長時間,可以使用兩層嵌套。而且精度可以達到2us,一般來說,這已經足夠了。
現在,應用更廣泛的毫無疑問是Keil的C編譯器。相對匯編來說,C固然有很多優點,比如程序易維護,便于理解,適合大的項目。但缺點(我覺得這是C的唯一一個缺點了)就是實時性沒有保證,無法預測代碼執行的指令周期。因而在實時性要求高的場合,還需要匯編和C的聯合應用。但是是不是這樣一個延時程序,也需要用匯編來實現呢?為了找到這個答案,我做了一個實驗。
用C語言實現延時程序,首先想到的就是C常用的循環語句。下面這段代碼是我經常在網上看到的:\
到底這段代碼能達到多高的精度呢?為了直接衡量這段代碼的效果,我把 Keil C 根據這段代碼產生的匯編代碼找了出來:
真是不看不知道~~~一看才知道這個延時程序是多么的不準點~~~光看主要的那四條語句,就需要6個機器周期。也就是說,它的精度頂多也就是6us而已,這還沒算上一條 lcall 和一條 ret。如果我們把調用函數時賦的i值根延時長度列一個表的話,就是:
因為函數的調用需要2個時鐘周期的lcall,所以delay time比從函數代碼的執行時間多2。順便提一下,有的朋友寫的是這樣的代碼:
可能有人認為這會生成更長的匯編代碼來,但是事實證明:
其生成的代碼是一樣的。不過這的確不是什么好的習慣。因為這里實在沒有必要再引入多余的變量。我們繼續討論正題。有的朋友為了得當更長的延時,甚至用了這樣的代碼:
這段代碼產生的匯編代碼是什么樣子的?其實不用想也知道它是如何恐怖的$#^%&%$.。..。.讓我們看一看:
呵呵,這倒是的確可以延遲很長時間~~~但是毫無精度可言了。
那么,用C到底能不能實現精確的延時呢?我把代碼稍微改了一下:
因為根據經驗,越簡潔的C代碼往往也能得出越簡潔的機器代碼。那這樣結果如何呢?把它生成的匯編代碼拿出來看一看就知道了。滿懷希望的我按下了“Build target”鍵,結果打擊是巨大的:
雖說生成的代碼跟用for語句是不大一樣,不過我可以毫無疑問的說,這兩種方法的效率是一樣的。似乎到此為止了,因為我實在想不出來源程序還有什么簡化的余地。看來我就要得出來這個結論了:“如果需要us級的延時精度,需要時用匯編語言。”但是真的是這樣嗎?我還是不甘心。因為我不相信大名鼎鼎的 Keil C 編譯器居然連 djnz 都不會用???因為實際上程序體里只需要一句 loop: djnz r7, loop。近乎絕望之際(往往人在這種情況下確可以爆發出來,哦呵呵呵~~~),我隨手改了一下:
心不在焉的編譯,看源碼:
天~~~奇跡出現了。..。..我想這個程序應該已經可以滿足一般情況下的需要了。如果列個表格的話:
計算延時時間時,已經算上了調用函數的lcall語句所花的2個時鐘周期的時間。
終于,結果已經明了了。只要合理的運用,C還是可以達到意想不到的效果。很多朋友抱怨C效率比匯編差了很多,其實如果對Keil C的編譯原理有一個較深入的理解,是可以通過恰當的語法運用,讓生成的C代碼達到最優化。即使這看起來不大可能,但還是有一些簡單的原則可循的:1.盡量使用unsigned 型的數據結構。2.盡量使用char型,實在不夠用再用int,然后才是long。3.如果有可能,不要用浮點型。4.使用簡潔的代碼,因為按照經驗,簡潔的C代碼往往可以生成簡潔的目標代碼(雖說不是在所有的情況下都成立)。
(mbbeetchina)
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