华大HC32-(04)-微秒级us延时测试

最新推荐文章于 2023-10-24 15:14:58 发布

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本文详述了在HC32F003/HC32F005微控制器环境下，通过不同方法实现微秒级延时函数的过程。测试了从直接调用库函数到自定义IO操作和空指令循环的优化，最终实现误差小于1%的10us级别延时，适合精度要求较高的项目应用。

一、开发环境及工具

HC32F003 / HC32F005
Keil uVision5 V5.33 / IAR For ARM 7.80.4 (J-Link)
数字示波器
此工程源码下载路径 : https://gitee.com/amx/hc32ddl-app

二、测试目的

找到延时更准确的us级延时函数，用于实际项目

三、测试方法及前提条件

系统主时钟HCLK和外设时钟PCLK均为24MHz
配置引脚P32为输出管脚，通过延时函数切换高低电平，示波器查看波形
不使用定时器中断的方法（现在DDL库函数版本自带的延时函数用systick时钟）

主函数结构

int32_t main(void)
{
	SystemInit();			// 24M主频
	public_delay_init();	// 引脚初始化
	
  	while (1)
	{
		public_delay_test();	// 循环测试
	}
}

测试模型

// us级测试，主频24MHz，只看高电平
{
    GPIO_SetHigh();	// 设置为高电平
    delayus(xx);	// 微秒延时
    GPIO_SetLow();	// 设置为低电平
    delayus(xx);	// 微秒延时
}

四、实测数据

以下数据只记录高电平时间（低电平时长包含多余的汇编指令），代码均位于public_delay_test()函数内：

测试步骤一

使用华大自带的库函数实现电平切换，不加任何延时函数：

Gpio_WriteOutputIO(DELAY_PORT, DELAY_PIN, TRUE);	// 高电平
Gpio_WriteOutputIO(DELAY_PORT, DELAY_PIN, FALSE);	// 低电平

在这里插入图片描述

测试结果：

高电平时长为1.8us

测试步骤二

是否感觉与实际理论值相差很远，我们直接调用底层的库函数实现，对比步骤一的效果：

*((volatile uint32_t *)((uint32_t)&M0P_GPIO->P0OUT + DELAY_PORT))|= ((1UL)<<(DELAY_PIN));
*((volatile uint32_t *)((uint32_t)&M0P_GPIO->P0OUT + DELAY_PORT))&= (~(1UL<<(DELAY_PIN)));

在这里插入图片描述

测试结果：

高电平时长为450ns，很显然直接调用库函数会带来其它时间的消耗

测试步骤三

为方便我们使用，我们自定义一个IO函数，减少部分不必要的延时消耗：

void GPIO_WriteHigh(en_gpio_port_t enPort, en_gpio_pin_t enPin)
{
  *((volatile uint32_t *)((uint32_t)&M0P_GPIO->P0OUT + enPort))|= ((1UL)<<(enPin));			// 高电平
}

void GPIO_WriteLow(en_gpio_port_t enPort, en_gpio_pin_t enPin)
{
  *((volatile uint32_t *)((uint32_t)&M0P_GPIO->P0OUT + enPort))&= (~(1UL<<(DELAY_PIN)));	// 低电平
}

替换成我们的函数测试

GPIO_WriteHigh(DELAY_PORT, DELAY_PIN);
GPIO_WriteLow(DELAY_PORT, DELAY_PIN);

在这里插入图片描述

测试结果：

高电平时长为900ns，基本能满足微秒级的延时要求

测试步骤四

用库函数自带延时函数测试，最低只有10us级的，而且用的是systick定时器来实现：

// timcnt = 1 	, 13  us;
// timcnt = 5 	, 57  us;
// timcnt = 10 	, 111 us;
// timcnt = 50	, 540 us;
GPIO_WriteHigh(DELAY_PORT, DELAY_PIN);
delay10us(timcnt);
GPIO_WriteLow(DELAY_PORT, DELAY_PIN);
delay10us(timcnt);

在这里插入图片描述

测试结果：

一般比理论值大10%，现在已经是10us级别，再加上此误差值，有些项目场合不能接受；

当然你可以试着优化它内部实现，或者加些算法调整减少误差，这里不扩展，比如将延时改为：
```
delay10us(timcnt - (timcnt/10));
```

测试步骤五

自带的不能用，那么我们自己实现延时函数，10us级别，利用空指令和For循环的方式实现：

void nrf_delay_10us(uint32_t nus)
{
	for(;nus>0;nus--)
	{
		asm("nop");asm("nop");asm("nop");asm("nop");asm("nop");
		asm("nop");asm("nop");asm("nop");asm("nop");asm("nop");
		asm("nop");asm("nop");asm("nop");asm("nop");asm("nop");
		...
		...
	}
}

替换成我们的函数

// timcnt = 1 	, 11  us;
// timcnt = 5 	, 51  us;
// timcnt = 10 	, 100 us;
// timcnt = 50	, 502 us;
// timcnt = 80	, 800 us;
GPIO_WriteHigh(DELAY_PORT, DELAY_PIN);
nrf_delay_10us(timcnt);
GPIO_WriteLow(DELAY_PORT, DELAY_PIN);
nrf_delay_10us(timcnt);