原创 GCC延时函数

http://blog.sina.com.cn/s/blog_5ddb672b0100egnh.html<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

在51中我们的延时函数都是自己编写的，无论是在汇编中还是在C言语中。虽然有模板，有时还是有点烦。呵呵。不过在应用avr 单片机的时候我们就有福了。因为avr-gcc 提供给我们很方便的delay 延时函数, 只有在源文件包含：

#include <util/delay.h>就可以使用了。这个头文件定义了两个级别的延时函数分别是：
void  _delay_us(double_us);      //微秒级
void  _delay_ms(double_ms);    //毫秒级

不过不可以高兴的太早，因为要在你的avr-gcc中正确使用它们是有条件的，下面我将慢慢道来。

这个参数和Makefile中的F_CPU值有关，Makefile所定义的的F_CPU变量的值会传递给编译器。你如果用AVR_studio 4.1X来编辑和调试，用内嵌AVR-GCC的进行编译，并且让AVR_studio帮你自动生成Makefile的话，那你可以在：Project->Configuration Options-> Gerneral->Frequency写下你的F_CPU的值，F_CPU这个值表示你的AVR单片机的工作频率。单位是Hz ,不是MHZ，不要写错。如<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />7.3728M则F_CPU=7372800。
你会发现在"delay.h" 头文件中有这个样的一个定义如下：
#ifndef F_CPU
#warning "F_CPU not defined for <util/delay.h>"
#define F_CPU 1000000UL    // 1MHz
#endif

这是为了在你没有定义F_CPU这个变量(包括空)，或是AVR_studio Frequency没有给值的时候，提供一个默认的 1MHz频率值。让编译器编译时不至于出错。

下面是这两个函数的实体：

void _delay_us(double_us)        //  微秒
{

uint8_t _ticks;

double _tmp=((F_CPU)/3e6)*_us;   // 3e6 是因为调用的_delay_loop_1()是三条指令的

if(_tmp<1.0)

_ticks=1;

else

if(_tmp>255)

_ticks=0;

else

_ticks=(uint8_t)_tmp;

_delay_loop_1(_ticks);

}

void _delay_ms(double _ms)       // 毫秒

{

uint16_t _ticks;

double _tmp=((F_CPU)/4e3)*_ms;  // 4e3 是因为调用的_delay_loop_2()是四条指令的

if(_tmp<1.0)

_ticks=1;

else

if (_tmp>65535)

_ticks=0;

else

_ticks=(uint16_t)_tmp;

_delay_loop_2(_ticks);

}

你会发现他们都分别调用了  _delay_loop_1(); 和_delay_loop_2(); 这两个函数
而这两个函数又如下所示：

void  _delay_loop_1(uint8_t _count)

{

_asm_ volatile (
       "1: dec %0" "\n\t"
        "brne 1b"
        : "=r" (_count)
       : "0" (_count)

);

}

从其函数注释里面可以了解到，该函数用来延迟3个晶振时钟周期，不包括程序调用和退出该函数所花费的时间。该函数的形参_count是一个8位的变量，由此，我们就可以根据系统采用的晶振频率算出该函数最大的延迟时间了：

1MHz时：  MAX_DELAY_TIME=(1/1000000)*3*256=0.000768S=768uS
8MHz时：  MAX_DELAY_TIME=(1/8000000)*3*256=0.000096S=96uS
............
F_CPU     MAX_DELAY_TIME = (1/F_CPU)*3*256

依此类推。

void  _delay_loop_2(uint16_t _count)

{

_asm_ volatile (
  "1: sbiw %0,1" "\n\t"
  "brne 1b"
  : "=w" (_count)
  : "0" (_count)
);

}

该函数延时4个晶振周期，形参是一个16位的变量，同样我们也可以算出该函数最大的延迟时间：
1MHz时：  MAX_DELAY_TIME=(1/1000000)*4*65535=0.26214S=262.1mS
8MHz时：  MAX_DELAY_TIME=(1/8000000)*4*65535=0.03277S=32.8 mS
............
F_CPU     MAX_DELAY_TIME=(1/F_CPU)*4*65535

依此类推。

重要提示：_delay_loop_1(0)、_delay_loop_1(256)延时是一样的！！

同理，_delay_loop_2(0)、_delay_loop_2(65536)延时也是一样的！！这些函数的延时都是最长的延时。

这两个函数都是avr-gcc 的 inline汇编格式写的，具体的语法规则我就不多说了。可以参考avr-libc。不过这两个函数很简单，很容易明白。一个是字节递减，一个是字递减。如果你认真看上面几个函数，你就会发现要正确使用它们是有如下条件的：

        1. 首先，你要正确定义你的 F_CPU 的值，也就是你的AVR单片机实际的频率。否则延时不准。（延时只在数字上不准确，具体可以计算）

        2. 你在编译时一定要打开优化，Makefile中OPT不要选0 ,如果是AVR_studio则不要选O0。

        3. 你在使用这两个delay()时，传递给两个函数的实参要使用常量，不要使用变量。

        4. 设置的时间参数_ms，_us是有范围的，不要超过范围。_ms：1-[262.14ms/(F_CPU/1e6)]，_us：1-[768us/(F_CPU/1e6)]。[...]表取整数部分(此处结论错误?)。

_us的最大值应该是768us（1M频率下） MAX_VALUE= 256*3/F_CPU s，最小值3个时钟周期MIN_VALUE=1*3/F_CPU s；_ms最大值MAX_VALUE=65536*4/F_CPU s，MIN_VALUE=1*4/F_CPU s;

只有具备了上面的条件你才可以正确使用延时函数_delay_us()和_delay_ms()。对于第三个条件，为什么要选用常量，还有第二个条件为什么要打开优化选项。这是为了让编译器在编译的时候就把延时的值计算好，而不是把它编译到程序中，在运行时才进行计算，那样的话，一是会增加代码的长度，还会使你的延时程序的延时时间加长，或是变得不可预料。产生时序的错误。

在08版本中已经修改，具体函数如下：

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);

}

当_us过大的时候，就会调用_delay_ms();由上面可以知道8M时候_delay_ms最小可以延时4/8000000=0.5us  1M时，最小延时4/1000000=4us,可以连接上。

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);

}

当_ms过大时，只采用_ticks--的方式延时。先延时一个262ms(1M，32ms 8M),然后用递减方式。

GCC中delay_ms,delay_us延时函数在不同工作频(常用)下的最大值如下:
_delay_ms(double __ms)
The maximal possible delay is 262.14 ms / F_CPU in MHz.
工作频率 最大延时值(ms)
20M 13ms
16M 16ms
12M 21ms
11.0592M 23ms
8M 32ms
7.3728M 35ms
4M 65ms
2M 131ms
1M 262ms
_delay_us(double __us)
The maximal possible delay is 768 us / F_CPU in MHz.
工作频率 最大延时值(us)
20M 38us
16M 48us
12M 64us
11.0592M 69us
8M 96us
7.3728M 104us
4M 192us
2M 384us
1M 768us

*不同的晶振只是最大的延时时间不一样，在F_CPU=4MHz，和F_CPU=8MHz下，要延时10ms都是
_delay_ms(10)；
但是4M下可以延时到65ms，8M下可以延时到32ms。
我一般采用方法是：
void DelayMs(uint8_t ms)
{
while(--ms)
{
_delay_ms(1)；
}
}