STM32 HAL us delay（微秒延时）的指令延时实现方式的优化
STM32的HAL库，直接提供了1ms延时的实现函数HAL_Delay()。其原理是系统在上电后时钟配置阶段，配置了1ms产生一次中断，然后对一个32位寄存器uwTick逐次加1。HAL_Delay(x)函数执行时，会读取当前的uwTick值，并循环读取不断增加的uwTick值，直到uwTick增加了x后退出循环。
要实现us级延时，可以从中断方式进行，如修改系统时钟中断配置，将系统时钟1ms中断改为1us中断，也可以用一个TIM定时器产生1us中断来计数实现1us级延时。但如果系统的业务时序比较紧张，太频繁的中断可能引入某些不良时序风险。在这种情况下，采用指令延时实现1us级延时是一种方式，但是需要注意，指令延时不是时钟延时，并非一个指令延时对应一个时钟延时，因此，采用指令延时实现1us级别延时需要进行特殊的设计。
us级延时设计
float usDelayBase;
void PY_usDelayTest(void)
{
uint32_t firstms, secondms;
uint32_t counter = 0;
firstms = HAL_GetTick()+1;
secondms = firstms+1;
while(uwTick!=firstms) ;
while(uwTick!=secondms) counter++;
usDelayBase = ((float)counter)/1000;
}
void PY_Delay_us_t(uint32_t Delay)
{
uint32_t delayReg;
uint32_t usNum = (uint32_t)(Delay*usDelayBase);
delayReg = 0;
while(delayReg!=usNum) delayReg++;
}
上面的设计，实现了基本的us级延时函数的设计，分为系数测定函数和延时函数，系数测定函数测定1ms内特定语句的执行次数。其中HAL_GetTick()就是读取uwTick值并作为返回值的函数，和直接调用uwTick一样。
其中，循环执行的语句包含uwTick的读取，secondms的读取，一次不等于的比较，一次counter的加法。退出循环后的counter对应延时1ms时间要执行这种指令类型的次数。usDelayBase则是对应延时1us时间要要执行这种指令类型的次数，暂时以浮点形式表现。
在延时实现函数里，将要延时的us数乘以usDelayBase，得到要执行的特定类型指令的次数。然后执行特定类型指令形式的延时，即下面的方式：
这样，就实现了1us级别的延时。
us级延时设计优化
实际上，上面1us延时的实现，还存在一点小的偏差，可以通过下面的函数设计和执行，对usDelayBase进行进一步校准优化。
uint32_t PY_usDelayOptimize(void)
{
uint32_t firstms, secondms;
float coe = 1.0;
firstms = HAL_GetTick();
PY_Delay_us_t(1000000) ;
secondms = HAL_GetTick();
coe = ((float)1000)/(secondms-firstms);
usDelayBase = coe*usDelayBase;
}
上述校正原理是，采用us延时函数延时1000000即1秒，那么对应的系统时钟的1ms延时数理论值是1000，而存在us延时函数偏差累积时，得到的不是1000，这个时候可以产生偏差校正系数coe，从而用coe*usDelayBase得到矫正后的usDelayBase。
us延时函数优化
上述已实现的us延时函数，对1us的延时，已很接近1us，但并非100%等于1us，因此如延时数比较大，如30分钟20秒100毫秒50微秒的延时，就会产生一定的累积时间偏差。对于us级精度又要实现长时间延时，用下面的优化函数，原理是将大于等于1ms的部分，用系统时钟的1ms延时函数代替实现，将小于1ms的微秒部分，用微秒延时函数实现。
void PY_Delay_us(uint32_t Delay)
{
uint32_t delayReg;
uint32_t msNum = Delay/1000;
uint32_t usNum = (uint32_t)((Delay%1000)*usDelayBase);
if(msNum>0) HAL_Delay(msNum);
delayReg = 0;
while(delayReg!=usNum) delayReg++;
}
这样，就保证了长延时和短延时都具有良好的us精度。
使用方式
- 先定义上述的全局变量usDelayBase和4个函数。
- 在main函数进入while循环之前，执行 PY_usDelayTest(); 和 PY_usDelayOptimize();
- 在需要进行us延时的时候，执行PY_Delay_us(x) ; 其中x为要延时的微秒数。如执行PY_Delay_us(12) ; 为延时12微秒；PY_Delay_us(1020) ; 为延时1毫秒20微秒。
–End–