使用 Arduino Uno 生成短脉冲 — 第 4 部分：NOP 循环

在我们之前的文章中，我们在直接 GPIO 寄存器访问指令之间插入 NOP 指令来创建可变脉冲宽度，可获得 62.5ns 的分辨率。

现在可以使用 for 循环创建多个 NOP 指令：

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    _NOP();
}

事实上，这与手动使用三个 NOP 完全相同（312.5ns 脉冲宽度），因为它被编译器内联，即编译器只生成三个单独的 NOP，因为 NOP 的数量在编译时已知。

如果我们使用变量 numNOPs 并使用 volatile，这样编译器被指示不要假设它是常量：

volatile int numNOPs = 3;
for (int i = 0; i < numNOPs; i++)
{
  _NOP();
}

我们最终得到的脉冲宽度不是 312.5ns 而是 3250ns：

我测量了不同 numNOPs 设置的脉冲宽度：

• numNOPs = 1: 1.50us pulse width
• numNOPs = 2: 2.25us pulse width
• numNOPs = 3: 3.00us pulse width
• numNOPs = 4: 3.75us pulse width
• numNOPs = 5: 4.5us pulse width
• numNOPs = 6: 5.25us pulse width
• numNOPs = 7: 6.00us pulse width
• numNOPs = 8: 6.75us pulse width
• numNOPs = 9: 7.5us pulse width
• numNOPs = 10: 8.25us pulse width

从这个表格很明显，脉冲宽度的公式是

为什么它比手动粘贴 NOP 慢这么多？因为 for 循环在编译程序的机器指令中引入了许多额外指令，包括内存加载、比较和（条件）跳转。这就是为什么不是 1 条长度为 62.5ns 的指令，而是实际需要 12 条长度为 750ns 的指令来完成一次循环迭代。

完整示例

#include <Arduino.h>
#include <avr/io.h>

#define PORT11 PORTB
#define PIN11 3
#define PIN11_MASK (1 << PIN11)

void setup() {
    pinMode(11, OUTPUT);
}

volatile int numNOPs  = 1;

void loop() {
    cli();
    PORT11 |= PIN11_MASK;
    for (int i = 0; i < numNOPs; i++) {
        _NOP();
    }
    PORT11 &= ~PIN11_MASK;
    sei();

    delay(10);
}

这是一个在 AVR 上使用 NOP 循环生成短脉冲的简短示例：

void loop() {
  // Toggle pin
  PORTB |= (1 << 5);
  // Small delay using NOPs
  for (volatile uint8_t i=0;i<10;i++) __asm__ __volatile__("nop\n");
  PORTB &= ~(1 << 5);
  delay(1000);
}

汇编 NOP 示例：

.nop_loop:
	nop
	subi r24, 1
	brne .nop_loop