在KEIL中勾選微庫后，延時(shí)函數(shù)為什么不準(zhǔn)了？

最近一工程師向我反饋了一個(gè)問題，他使用ARM Cortex-M0+的MCU，在使用延時(shí)函數(shù)std_delayms延時(shí)1s時(shí)，如果勾選了KEIL中的Use MicroLIB會導(dǎo)致延時(shí)有5%的計(jì)時(shí)偏差，不勾選的話誤差只有1%。

首先進(jìn)行問題的復(fù)現(xiàn)，在程序中while(1)里調(diào)用std_delayms(1000)，通過串口發(fā)送一個(gè)字符，在上位機(jī)上進(jìn)行接收，可以清楚的看到勾選微庫之后誤差確實(shí)明顯增大，每次偏差大約為50ms。

這個(gè)現(xiàn)象看著比較奇怪，剛開始時(shí)也困擾了我，那么到底是什么原因呢?

首先要看延時(shí)函數(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的，

std_delayms函數(shù)是通過systick定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)，采用的是阻塞的方式，實(shí)現(xiàn)代碼如下：

/*** @brief  us級延時(shí)函數(shù)（阻塞模式）* @param  count 計(jì)數(shù)周期* @note   延時(shí)函數(shù)最大值受限于SysTick重載值寄存器的最大值0xFFFFFF（16777216）* @note   該函數(shù)為weak函數(shù)，用戶可選擇其他定時(shí)器重新定義實(shí)現(xiàn)該函數(shù)* @retval 無*/__weak void std_delayus(uint32_t count){    count = STD_DELAY_US * count;
    count = count > 16777216 ? 16777216 : count;    SysTick->LOAD = count - 1;    SysTick->VAL = 0;    while(!((SysTick->CTRL >> 16) & 0x1));}

/*** @brief  us級延時(shí)函數(shù)（阻塞模式）* @param  count 計(jì)數(shù)周期* @note   延時(shí)函數(shù)最大值受限于SysTick重載值寄存器的最大值0xFFFFFF（16777216）* @note   該函數(shù)為weak函數(shù)，用戶可選擇其他定時(shí)器重新定義實(shí)現(xiàn)該函數(shù)* @retval 無*/__weak void std_delayus(uint32_t count){    count = STD_DELAY_US * count;
    count = count > 16777216 ? 16777216 : count;    SysTick->LOAD = count - 1;    SysTick->VAL = 0;    while(!((SysTick->CTRL >> 16) & 0x1));}

#define?STD_DELAY_US??????????????(SystemCoreClock/1000000)????????????/**<?STD中用于計(jì)時(shí)的基礎(chǔ)值，與計(jì)時(shí)周期有關(guān)?*/?

看起來似乎沒什么問題，就是調(diào)用1000次std_delayus(1000)函數(shù)，std_delayus(1000)一次延時(shí)1ms，累計(jì)實(shí)現(xiàn)1s的延時(shí)。

勾選MicroLIB與否肯定不會影響systick計(jì)數(shù)器本身的計(jì)時(shí)，那么唯一能影響的就是其它為數(shù)不多的幾條賦值語句了。

最后定位到是SystemCoreClock/1000000 這個(gè)除法運(yùn)算導(dǎo)致的，使用微庫后會讓除法運(yùn)算執(zhí)行的更慢。

我們測一下執(zhí)行一次除法運(yùn)算需要的時(shí)間。本次測試中，系統(tǒng)時(shí)鐘為8Mhz，通過GPIO翻轉(zhuǎn)的方式來測

LED1_OFF();divide_test(1);LED1_ON();

int divide_test(uint32_t loop ){????uint32_t?count;    while(loop--)    {        count = SystemCoreClock/1000000;????}?????    return count;}

可以看到勾選微庫后，執(zhí)行時(shí)間為49us

不勾選微庫，執(zhí)行時(shí)間為9us

兩者足足相差了好幾倍，勾選微庫后，執(zhí)行1000次除法運(yùn)算時(shí)間大約就是50ms，正好和之前的現(xiàn)象就對應(yīng)上了。

如果想讓定時(shí)更加準(zhǔn)確，可以不使用除法，這樣誤差會更小，實(shí)測只有幾個(gè)ms的偏差。

原始代碼，每次調(diào)用std_delayus函數(shù)都進(jìn)行一次除法運(yùn)算是為了保證系統(tǒng)主頻會發(fā)生變化時(shí)依然能正確計(jì)時(shí)，實(shí)際使用中在已知特定主頻的情況下，可以不用每次都進(jìn)行除法運(yùn)算，只在主頻變化的情況下更新一次即可。

MicroLib 和 standard C library的主要區(qū)別有：

來源于：[MicroLib MDK-ARM Library (keil.com)](https://www.keil.com/arm/microlib.asp#:~:text=The primary differences between MicroLib,using the ARM standard library.)

MicroLIB更加詳細(xì)的介紹，大家可以在KEIL的Help里查看：

上面提到MicroLIB雖然減少code size，但是有些函數(shù)會執(zhí)行的更慢，這次遇到的問題恰恰就對應(yīng)這一條。這其實(shí)對應(yīng)的用時(shí)間換空間的概念，對于某些運(yùn)算，MicroLIB執(zhí)行時(shí)間變長了，換回的好處是空間占用更小。實(shí)際使用中需要在空間和時(shí)間上做一定的取舍。

ARM Cortex-M0+沒有硬件除法器，除法是相對復(fù)雜的操作，相比加法、減法和乘法，需要更多的CPU周期才能完成。

測試一段代碼所需要的CPU周期，這里墻裂推薦傻孩子的超級嵌入式系統(tǒng)“性能/時(shí)間”工具箱perf_counter，在Github上已開源https://github.com/GorgonMeducer/perf_counter.git ，我在這里用上了，可以很方便的測試。具體使用大家可以參考他的【喂到嘴邊了的模塊】超級嵌入式系統(tǒng)“性能/時(shí)間”工具箱

比如測試這個(gè)函數(shù)的CPU周期數(shù)，直接這么調(diào)用就行

??__cycleof__()?{??  divide_test(1);????}

使用微庫時(shí)，可以看到占用了414個(gè)CPU周期，對應(yīng)時(shí)間414/8000000=51.7us

而不用微庫時(shí)，可以看到占用了96個(gè)CPU周期，對應(yīng)時(shí)間96/8000000=12us

所以就是這個(gè)問題的完整分析，希望對大家有所幫助。