freertos开发空气检测仪之延迟函数设计：DWT软件实现

本篇带来空气检测仪项目之延迟函数设计

在项目中，一般都需要设计一些delay函数，比较常用，本篇设计带来DWT的软件实现。

一、引言

在空气检测仪项目的开发过程中，延迟函数是一项非常基础且重要的功能。无论是传感器数据的采集间隔控制，还是与外部设备通信时的时序要求，都离不开精确的延迟操作。在众多实现延迟函数的方法中，使用 DWT（Data Watchpoint and Trace）进行软件延迟是一种高效且精确的方式。本文将详细介绍在空气检测仪项目中如何使用 DWT 来实现延迟函数。

二、DWT 简介

2.1 什么是 DWT

DWT 是 ARM Cortex - M 系列处理器中一个非常有用的调试组件，它主要用于数据观察点和跟踪功能。不过，我们也可以利用 DWT 中的 CYCCNT（Cycle Counter）寄存器来实现高精度的延迟功能。CYCCNT 寄存器是一个 32 位的计数器，它会在处理器每执行一个时钟周期就自动加 1。

2.2 DWT 实现延迟的优势

高精度：由于 CYCCNT 寄存器是根据处理器的时钟周期进行计数的，因此可以实现非常精确的延迟。
灵活性：可以根据需要实现不同时长的延迟，只需要调整计数器的初始值和比较值即可。
占用资源少：相比于一些硬件定时器的实现方式，DWT 实现延迟不需要额外的硬件资源。

三、具体代码

core_delay.h文件

c 复制代码

#ifndef __CORE_DELAY_H
#define __CORE_DELAY_H

#include "gd32f30x.h"

void dwt_init(void);
void dwt_delay_us(uint32_t us);
void dwt_delay_ms(uint32_t ms);
void dwt_delay_us_accurate(uint32_t us);
uint32_t dwt_ns_tick_get(void);

#endif /* __CORE_DELAY_H */

core_delay.c文件

c 复制代码

#include "core_delay.h"   

/**
 * @brief  微秒级延时函数
 * @param  us: 要延时的微秒数
 * @note   此函数基于循环计数实现延时，精度取决于系统时钟稳定性
 *         使用前请确保SystemCoreClock变量已正确初始化  感觉延迟不够好用
 */
void dwt_delay_us_accurate(uint32_t us)
{
    // 根据实际测试结果调整系数（例如除以10）
    uint32_t wait_loop_index = us * (SystemCoreClock / 1000000U) / 10;
    
    // 使用volatile防止编译器优化
    volatile uint32_t *p = &wait_loop_index;
    
    while(*p != 0U)
    {
        (*p)--;
    }
}

// 初始化DWT计数器（在系统初始化时调用一次）
void dwt_init(void)
{
    if (!(CoreDebug->DEMCR & CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk)) 
		{
        CoreDebug->DEMCR |= CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk;
        DWT->CYCCNT = 0;
        DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk;
    }
}

// 精确的微秒级延时
void dwt_delay_us(uint32_t us)
{
    uint32_t start = DWT->CYCCNT;
    uint32_t cycles = us * (SystemCoreClock / 1000000U);
    
    while ((DWT->CYCCNT - start) < cycles);
}

// ms级别延时
void dwt_delay_ms(uint32_t ms)
{
    dwt_delay_us(ms * 1000);
}

// ns级别延时获得
uint32_t dwt_ns_tick_get(void)
{
    return ((uint32_t)((DWT->CYCCNT)/ 120) * 1000);	
}

四、DWT测试代码

c 复制代码

	/* 初始化DWT计数器 */
	dwt_init();
	
	uint32_t start_tick = dwt_ns_tick_get();

	// 测试dwt延迟
	PLEDDevice ptLEDDevice;

	ptLEDDevice = GetLEDDevice(LED_ID_WHITE);
	if (ptLEDDevice != NULL) 
	{
		ptLEDDevice->Init(ptLEDDevice);
		ptLEDDevice->Control(ptLEDDevice, 1);
		dwt_delay_ms(100);
		ptLEDDevice->Control(ptLEDDevice, 0);
		dwt_delay_ms(100);
	}

	uint32_t end_tick = dwt_ns_tick_get();
	DBG_log("LED device control test time: %d ns\n", end_tick - start_tick);

五、实验现象

成功测试使用，可以看到执行了两个dwt_delay_ms(100)，得到的时间也是比较可观。

六、注意事项

6.1 系统时钟频率的影响

DWT 延迟函数的精度依赖于系统时钟频率的准确性。如果系统时钟频率发生变化，延迟时间也会相应地改变。因此，在使用 DWT 延迟函数时，需要确保系统时钟频率的稳定性。

6.2 计数器溢出问题

由于 CYCCNT 是一个 32 位的计数器，当计数器值达到最大值（2^32 -1）时会发生溢出。在实现延迟函数时，需要注意避免因计数器溢出而导致延迟时间不准确的问题。一般来说，在短时间延迟的情况下，这个问题不会出现，但在长时间延迟时需要特别注意。

七、总结

通过使用 DWT 实现延迟函数，我们可以在空气检测仪项目中获得高精度、灵活且占用资源少的延迟功能。在实际应用中，同时，需要注意系统时钟频率和计数器溢出等问题，以保证延迟函数的可靠性。希望本文能给大家对延迟函数设计有所帮助。

完！！