单片机硬件和软件延时、RTOS相对延时和绝对延时

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前不久有个读者在问关于延时的问题，大概就是问：软件延时和硬件延时是啥意思？做项目时他俩有什么区别？
今天就来讲讲关于硬件延时和软件延时的内容，以及它们的区别。

延时的种类很多，先给大家普及一下延时相关概念和分类。

指利用具有计数功能的硬件进行延时。

比如：定时器（Timer）、实时时钟（RTC）、系统滴答定时器（SysTick）等具有计数功能的硬件。

相对硬件延时而言，软件延时就是写一段软件代码，通过消耗CPU时间进行延时。

比如软件延时函数：

void Delay(uint32_t Cnt){  uint32_t i;while(Cnt--)  {    for(i=0; i<0x80000; i++);  }}

实际应用中，延时分阻塞和非阻塞延时。

指CPU一直停留阻塞，不去做其它事情，直到延时结束结束。

像上面那个软件延时（Delay）就是一个典型的阻塞延时，一直消耗CPU，直到延时结束。

指在延时期间，没有阻塞CPU，也就是说CPU在延时期间可以执行其它代码。

比如：利用定时器中断延时，只需要开启定时器，在中断（计数）到来之前，CPU可以执行其它代码。

a.利用定时器也能实现阻塞延时，比如STM32的HAL自带的阻塞延时：

__weak void HAL_Delay(uint32_t Delay){  uint32_t tickstart = HAL_GetTick();  uint32_t wait = Delay;/* Add a freq to guarantee minimum wait */  if (wait < HAL_MAX_DELAY)  {    wait += (uint32_t)(uwTickFreq);  }while ((HAL_GetTick() - tickstart) < wait)  {  }}

b.利用RTOS自带的系统延时实现非阻塞延时，这个实现原理实际是利用了硬件延时（系统滴答定时器）。

当然，这个延时的原理（延时函数代码）相对比较复杂，对于普通用户只需要知道如何调用以及简单原理即可，感兴趣的老铁可以自行研究一下。

通常在一些RTOS的（Demo）例子的任务中都有系统延时，比如ucos非阻塞延时：

OSTimeDly(10);

再比如FreeRTOS非阻塞延时：

vTaskDelay(10);

关于RTOS的延时，这里额外拓展一下关于RTOS中的相对延时和绝对延时的内容，请移步至文章《RTOS中相对延时和绝对延时的区别》

通过以上分析，其实不难得出，硬件延时相对软件延时更普遍。

1.软件相对硬件延时精度更差；

2.软件延时为阻塞延时，硬件延时可阻塞，也可非阻赛延时；

3.硬件延时应用更灵活、更广泛；

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嵌入式软件代码中延时是很常见的，只是延时种类有很多，看你用什么延时。

**问题：**周期性（固定一个时间）去处理某一件事情。你会通过什么方式去实现？

比如：间隔10ms去采集传感器的数据，然后通过一种算法计算出一个结果，最后通过串口发送出去。

可能对于很多习惯裸机编程的读者，首先想到的是：利用定时器，定时10ms中断，在中断里面处理。
中断函数适合处理简单数据，不适合算法、通信等需要长时间占用CPU的处理。
对计时精度要求比较高的地方适合定时器，像本章节说的周期性采集传感器数据，要求不适合很高，那么就引入本文说的绝对延时。
在实时操作系统FreeRTOS任务中，利用vTaskDelayUntil绝对延时即可完美解决这个问题。

本文拿FreeRTOS中相对延时函数vTaskDelay，绝对延时函数vTaskDelayUntil来说明。

**相对延时：**指每次延时都是从执行函数vTaskDelay()开始，直到延时指定的时间（参数：滴答值）结束。

**绝对延时：**指每隔指定的时间（参数：滴答值），执行一次调用vTaskDelayUntil()函数的任务。

文字描述可能不够直观理解，下面章节结合代码例子、延时值（IO高低变化波形）、任务执行图来详细讲述一下他们的区别。

以实际代码为例说明：一个任务中，添加一个10ms系统延时，然后，在执行任务（耗时1ms左右，例子以延时代替）。
相对延时代码：
绝对延时代码：****
**1.**TestDelay这个延时函数仅仅用于测试（延时1ms），用于代替采集、算法、发送等耗时时间。
**2.**两个代码唯一区别在于系统延时不同，一个vTaskDelay(10);，一个vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 10);
**3.**系统时钟频率为1000，也就是上面系统延时10个滴答，即10ms。
**看到代码，你想到了他们输出结果的差异吗？来看下结果的差异：用PA0这个引脚输出的高低电平，得出延时时间。
相对延时结果：
绝对延时结果：****结果为：**相对延时的周期为系统延时10ms + 执行任务1ms的时间，总共11ms时间。绝对延时的周期即为10ms时间.
如果上面的区别还没明白，再来讲一个更容易理解的区别，通过文字 + 任务执行图来说明。

1.相对延时先看任务执行图，按照上面代码的方式呈现：这里会牵涉到操作系统任务切换、高优先级任务抢占等一些原理，若不了解，请转移直到了解再回来。
上电，TEST任务进入延时（阻塞）状态，此时系统执行其他就绪任务。FreeRTOS内核会周期性的检查TEST任务的阻塞是否达到，如果阻塞时间达到，则将TEST任务设置为就绪状态，如果就绪任务中TEST任务的优先级最高，则会抢占CPU，再次执行任务主体代码，不断循环。
TEST任务每次系统延时都是从调用延时函数vTaskDelay()开始算起的，所以叫相对延时。

**从上图可以看出：**如果执行TEST任务的过程中发生中断，或者具有更高优先级的任务抢占了，那么TEST任务执行的周期就会变长，所以使用相对延时函数vTaskDelay()，不能周期性的执行TEST任务。

2.绝对延时****代码中定义的变量xLastWakeTime，其实是用来保存上一次的系统计数器值（方便检测下一个延时时间是否到来）。
和上面相对延时程序执行图比较，可以看出，系统延时的时间包含了程序执行的时间。即时中途有中断，或更高优先级任务打断，不会影响下一次执行的时间（也就是这个周期不会变，当然，打断时间不能超过系统延时值）。

**提示：**图片中添加了一段话：一般来说，程序执行时间要小于总间隔时间（10ms）。
如果打断时间太长，回来之后延时都超过了，则会立马执行程序，不会再延时（任务不会再阻塞延时）。

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