发信站: BBS 水木清华站 (Fri Apr 15 10:54:23 2005), 站内

ft2 (to2too) 于(Mon Apr4 23:20:41 2005)提到:

by: InfiniteSpace Studio/isjfk, 1.21.2004

任何人都可以在注明原作者和出处的前提下随意转载这篇文章，但不得用于商业目的。

应用单片机的时候，经常会遇到需要短时间延时的情况。需要的延时时间很短，一般都是几十到几百微妙(us)。有时候还需要很高的精度，比如用单片机驱动DS18B20的时候，误差容许的范围在十几us以内，不然很容易出错。这种情况下，用计时器往往有点小题大做。而在极端的情况下，计时器甚至已经全部派上了别的用途。这时就需要我们另想别的办法了。

以前用汇编语言写单片机程序的时候，这个问题还是相对容易解决的。比如用的是12MHz晶振的51，打算延时20us，只要用下面的代码，就可以满足一般的需要：

movr0, #09h
loop:djnzr0, loop

51单片机的指令周期是晶振频率的1/12，也就是1us一个周期。mov r0, #09h需要2个极其周期，djnz也需要2个极其周期。那么存在r0里的数就是(20-2)/2。用这种方法，可以非常方便的实现256us以下时间的延时。如果需要更长时间，可以使用两层嵌套。而且精度可以达到2us，一般来说，这已经足够了。

现在，应用更广泛的毫无疑问是Keil的C编译器。相对汇编来说，C固然有很多优点，比如程序易维护，便于理解，适合大的项目。但缺点（我觉得这是C的唯一一个缺点了）就是实时性没有保证，无法预测代码执行的指令周期。因而在实时性要求高的场合，还需要汇编和C的联合应用。但是是不是这样一个延时程序，也需要用汇编来实现呢？为了找到这个答案，我做了一个实验。

用C语言实现延时程序，首先想到的就是C常用的循环语句。下面这段代码是我经常在网上看到的：

void delay2(unsigned char i)
{
    for(; i != 0; i--);
}

到底这段代码能达到多高的精度呢？为了直接衡量这段代码的效果，我把 Keil C 根据这段代码产生的汇编代码找了出来：

; FUNCTION _delay2 (BEGIN)
; SOURCE LINE # 18
;---- Variable 'i' assigned to Register 'R7' ----
; SOURCE LINE # 19
; SOURCE LINE # 20
0000?C0007:
0000 EFMOVA,R7
0001 6003JZ?C0010
0003 1FDECR7
0004 80FASJMP?C0007
; SOURCE LINE # 21
0006?C0010:
0006 22RET
; FUNCTION _delay2 (END)

真是不看不知道~~~一看才知道这个延时程序是多么的不准点~~~光看主要的那四条语句，就需要6个机器周期。也就是说，它的精度顶多也就是6us而已，这还没算上一条 lcall 和一条 ret。如果我们把调用函数时赋的i值根延时长度列一个表的话，就是：

idelay time/us
06
112
218
...

因为函数的调用需要2个时钟周期的lcall，所以delay time比从函数代码的执行时间多2。顺便提一下，有的朋友写的是这样的代码：

void delay2(unsigned char i)
{
    unsigned char a;
    for(a = i; a != 0; a--);
}

可能有人认为这会生成更长的汇编代码来，但是事实证明：

; FUNCTION _delay2 (BEGIN)
; SOURCE LINE # 18
;---- Variable 'i' assigned to Register 'R7' ----
; SOURCE LINE # 19
; SOURCE LINE # 21
;---- Variable 'a' assigned to Register 'R7' ----
0000?C0007:
0000 EFMOVA,R7
0001 6003JZ?C0010
0003 1FDECR7
0004 80FASJMP?C0007
; SOURCE LINE # 22
0006?C0010:
0006 22RET
; FUNCTION _delay2 (END)

其生成的代码是一样的。不过这的确不是什么好的习惯。因为这里实在没有必要再引入多余的变量。我们继续讨论正题。有的朋友为了得当更长的延时，甚至用了这样的代码：

void delay2(unsigned long i)
{
    for(; i != 0; i--);
}

这段代码产生的汇编代码是什么样子的？其实不用想也知道它是如何恐怖的$#^%&%$......

让我们看一看：

; FUNCTION _delay2 (BEGIN)
; SOURCE LINE # 18
0000 8F00RMOVi+03H,R7
0002 8E00RMOVi+02H,R6
0004 8D00RMOVi+01H,R5
0006 8C00RMOVi,R4
; SOURCE LINE # 19
; SOURCE LINE # 20
0008?C0007:
0008 E4CLRA
0009 FFMOVR7,A
000A FEMOVR6,A
000B FDMOVR5,A
000C FCMOVR4,A
000D AB00RMOVR3,i+03H
000F AA00RMOVR2,i+02H
0011 A900RMOVR1,i+01H
0013 A800RMOVR0,i
0015 C3CLRC
0016 120000ELCALL?C?ULCMP
0019 601AJZ?C0010
001B E500RMOVA,i+03H
001D 24FFADDA,#0FFH
001F F500RMOVi+03H,A
0021 E500RMOVA,i+02H
0023 34FFADDCA,#0FFH
0025 F500RMOVi+02H,A
0027 E500RMOVA,i+01H
0029 34FFADDCA,#0FFH
002B F500RMOVi+01H,A
002D E500RMOVA,i
002F 34FFADDCA,#0FFH
0031 F500RMOVi,A
0033 80D3SJMP?C0007
; SOURCE LINE # 21
0035?C0010:
0035 22RET
; FUNCTION _delay2 (END)

呵呵，这倒是的确可以延迟很长时间~~~但是毫无精度可言了。

那么，用C到底能不能实现精确的延时呢？我把代码稍微改了一下：

void delay1(unsigned char i)
{
    while(i--);
}

因为根据经验，越简洁的C代码往往也能得出越简洁的机器代码。那这样结果如何呢？把它生成的汇编代码拿出来看一看就知道了。满怀希望的我按下了“Build target”键，结果打击是巨大的：

; FUNCTION _delay1 (BEGIN)
; SOURCE LINE # 13
;---- Variable 'i' assigned to Register 'R7' ----
; SOURCE LINE # 14
0000?C0004:
; SOURCE LINE # 15
0000 AE07MOVR6,AR7
0002 1FDECR7
0003 EEMOVA,R6
0004 70FAJNZ?C0004
; SOURCE LINE # 16
0006?C0006:
0006 22RET
; FUNCTION _delay1 (END)

虽说生成的代码跟用for语句是不大一样，不过我可以毫无疑问的说，这两种方法的效率是一样的。似乎到此为止了，因为我实在想不出来源程序还有什么简化的余地。看来我就要得出来这个结论了：“如果需要us级的延时精度，需要时用汇编语言。”但是真的是这样吗？

我还是不甘心。因为我不相信大名鼎鼎的 Keil C 编译器居然连 djnz 都不会用？？？因为实际上程序体里只需要一句 loop: djnz r7, loop。近乎绝望之际（往往人在这种情况下确可以爆发出来，哦呵呵呵~~~），我随手改了一下：

void delay1(unsigned char i)
{
    while(--i);
}

心不在焉的编译，看源码：

; FUNCTION _delay1 (BEGIN)
; SOURCE LINE # 13
;---- Variable 'i' assigned to Register 'R7' ----
; SOURCE LINE # 14
0000?C0004:
; SOURCE LINE # 15
0000 DFFEDJNZR7,?C0004
; SOURCE LINE # 16
0002?C0006:
0002 22RET
; FUNCTION _delay1 (END)

天~~~奇迹出现了......我想这个程序应该已经可以满足一般情况下的需要了。如果列个表格的话：

idelay time/us
15
27
39
...

计算延时时间时，已经算上了调用函数的lcall语句所花的2个时钟周期的时间。

终于，结果已经明了了。只要合理的运用，C还是可以达到意想不到的效果。很多朋友抱怨C效率比汇编差了很多，其实如果对Keil C的编译原理有一个较深入的理解，是可以通过恰当的语法运用，让生成的C代码达到最优化。即使这看起来不大可能，但还是有一些简单的原则可循的：1.尽量使用unsigned型的数据结构。2.尽量使用char型，实在不够用再用int，然后才是long。3.如果有可能，不要用浮点型。4.使用简洁的代码，因为按照经验，简洁的C代码往往可以生成简洁的目标代码（虽说不是在所有的情况下都成立）。5...想不起来了，哦呵呵呵~~~

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zkr (zkr) 于(Tue Apr5 08:43:08 2005)提到:

总结的不错，

如果C语言的行为描述符合汇编指令操作的话，Keil尽可能直接生成汇编指令的。不过有那个反汇编的时间，还不如自己写一个相应的函数呢……早就搞出来了。

-_-b

【 在 ft2 (to2too) 的大作中提到: 】

: by: InfiniteSpace Studio/isjfk, 1.21.2004

: 任何人都可以在注明原作者和出处的前提下随意转载这篇文章，但不得用于商业目的。

:应用单片机的时候，经常会遇到需要短时间延时的情况。需要的延时时间很短，一般都是几十到几百微妙(us)。有时候还需要很高的精度，比如用单片机驱动DS18B20的时候，误差容许的范围在十几us以内，不然很容易出错。这种情况下，用计时器往往有点小题大做。而在极端的?

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