在MCU程式設計中，微秒延時和毫秒延時使用最為頻繁，在RTOS中，毫秒延時可以由系統提供，可是微秒延時卻需要開發人員編寫。本文基于STM32F407ZG晶片實作幾種微秒延時操作。
1、定時器延時
STM32F407裡提供的定時器有：
- 進階定時器：TIM1和TIM8，16位定時器
- 通用定時器：TIM2到TIM5，TIM9到TIM14，16位定時器
- 基本定時器：TIM6和TIM7，16位定時器
時鐘總線：
本文采用基本定時器TIM6來作為微秒延時的定時器。
定時器6初始化：
/**
* @brief TIM6初始化
* @note 84MHz時鐘頻率，時鐘分頻84，每個CNT計數1us，16位定時器，最大可計數65535us
*/
void tim6Init(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6,ENABLE); /* 初始化時鐘 */
TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseInitStructure);
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65535; /* 最大計數 */
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = (84-1); /* 定時器分頻，分頻後頻率為1MHz，最低1us定時 */
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Down; /* 向下計數 */
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; /* 時鐘分頻 */
TIM_TimeBaseInit(TIM6,&TIM_TimeBaseInitStructure); /* 初始化 */
TIM_Cmd(TIM6,ENABLE); /* 使能定時器 */
}
關閉定時器：
/**
* @brief 關閉定時器
* @note 延時結束後關閉定時器
*/
void tim6Stop(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6,DISABLE);
TIM_Cmd(TIM6,DISABLE);
}
微秒延時：
/**
* @brief 微秒延時
* @param uint32_t nUs 延時數
*/
void delayUs(uint32_t nUs)
{
volatile uint32_t startCnt = 0;
(nUs >= 65535) ? (nUs = 65536) : (nUs = nUs); /* 16位定時器，最大計數延時65535us */
tim6Init(); /* 初始化定時器 */
startCnt = TIM6->CNT;
while((TIM6->CNT-startCnt) < nUs);
tim6Stop();
}
以上代碼在單線程裸機系統中，在準确度上可以滿足MCU的微秒延時使用；但是在多線程的RTOS中，會因為在多線程中同時調用微秒延時，導緻線程A在while裡等待延時時，定時器被線程B關閉，CPU無法釋放。
微秒延時（代碼段保護）：
/**
* @brief 微秒延時
* @param uint32_t nUs 延時數
*/
void delayUs(uint32_t nUs)
{
volatile uint32_t startCnt = 0;
(nUs >= 65535) ? (nUs = 65535) : (nUs = nUs); /* 16位定時器，最大計數延時65535us */
rt_enter_critical(); /* 進入保護段，禁止系統排程 */
tim6Init(); /* 初始化定時器 */
startCnt = TIM6->CNT;
while((TIM6->CNT-startCnt) < nUs);
tim6Stop();
rt_exit_critical(); /* 離開保護段 */
}
2、嘀嗒定時器（中斷方式）
STM32的cotex核心上提供了一個嘀嗒定時器（SysTick），嘀嗒定時器是一個24位的計時器，向下計數的方式，當計數倒數到0時，将從RELOAD寄存器裡自動重裝載值。隻要CTRL寄存器的ENABLE位不被清除，則嘀嗒定時器用不停止。
可以用嘀嗒定時器為系統提供微秒延時。
嘀嗒定時器初始化：
/**
* @brief 嘀嗒定時器初始化
* @param {type}
* @retval none
*/
void sysTickInit(void)
{
RCC_GetClocksFreq(&RCC_Clocks); /* 擷取系統時鐘 */
SysTick_Config(RCC_Clocks.HCLK_Frequency / 1000); /* 配置嘀嗒為1ms */
SysTick->CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; /* 關閉嘀嗒 */
}
延時實作：
volatile uint32_t delayTimer;
/**
* @brief 嘀嗒中斷服務函數
* @param {type}
* @retval none
*/
void SysTick_Handler(void)
{
if(delayTimer)
{
delayTimer --;
}
}
/**
* @brief 延時函數
* @param {type}
* @retval none
*/
void delay(uint32_t nTimer)
{
delayTimer = nTimer;
SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; /* 開啟嘀嗒 */
while(delayTimer);
SysTick->CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; /* 關閉嘀嗒 */
}
3、嘀嗒定時器（查詢）
中斷方式會頻繁打斷系統，可以使用查詢嘀嗒計數器的方式完成延時。
在此貼上一段RT-TRHEAD的嘀嗒初始化函數：
/**
* @brief 嘀嗒定時器初始化
* @note 使用RT-THREAD的嘀嗒初始化，嘀嗒逾時事件1ms，嘀嗒時鐘8分頻
*/
void SysTick_Configuration(void)
{
RCC_ClocksTypeDef rcc_clocks;
rt_uint32_t cnts;
RCC_GetClocksFreq(&rcc_clocks);
cnts = (rt_uint32_t)rcc_clocks.HCLK_Frequency / 1000;
cnts = cnts / 8;
SysTick_Config(cnts);
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);
}
/**
* This is the timer interrupt service routine.
*
*/
void SysTick_Handler(void)
{
/* enter interrupt */
rt_interrupt_enter();
rt_tick_increase(); /* 系統時間片累加 */
/* leave interrupt */
rt_interrupt_leave();
}
時鐘8分頻，每1ms完成一次中斷，每1ms完成一次系統時間片的累加計數。
初始化後的嘀嗒重裝載值（SysTick->RELOAD）為：
168000000 / 1000 / 8 = 21000 168000000 / 1000 / 8 = 21000 168000000/1000/8=21000
嘀嗒計數滿21000個值，時間剛好是1ms，故每一次計數的時間為：
( 0.001 s / 21000 ) s (0.001 s / 21000) s (0.001s/21000)s
嘀嗒定時器延時實作：
/**
* @brief 微秒延時
* @param {type}
* @retval none
*/
void delayUs(uint32_t nUs)
{
uint32_t ticks;
uint32_t told,tnow,tcnt=0;
uint32_t reload=SysTick->LOAD;
rt_enter_critical();
ticks = nUs*(168 >> 3); //168 MHZ
told = SysTick->VAL;
while(1)
{
tnow = SysTick->VAL;
if(tnow != told)
{
if(tnow < told)
{
tcnt += told - tnow;
}
else
{
tcnt += reload - tnow + told;
}
told = tnow;
if(tcnt >= ticks)
{
break;
}
}
}
rt_exit_critical();
}
最低的延時時間為1us。
-
完成1us需要嘀嗒定時器VAL的計數值：
前面計算的每一次計數時間為：(0.001 s / 21000) s，
完成1us需要的計數為：
t i c k s = 1 u s / ( 0.001 s / 21000 ) = 21 ticks = 1us / (0.001s / 21000) = 21 ticks=1us/(0.001s/21000)=21