菜鳥：『我有個問題，剛剛我們看了一些時序圖，控制訊號之間都有時間的關係，我想知道我們的程式如何精準地控制時間？我知道有些操作要求的timing很嚴格，舉例來說，假設CPU透過兩根PIN腳與某個IC連接，一根是CS(chip select)，另一根是輸入PIN – P#1，data sheet裡說明如何從IC取得資料的時序圖如下。其中規定當CPU把CS由High被拉到Low時，該IC會開始動作，經過T1的時間後，IC會把資料放在P#1上(這裡所謂的“資料”不是High就是Low，或者說不是0就是1)，維持的時間為T2。這種狀況下，我們程式如何在正確的時間裡到P#1上抓取正確的資料？』
韌體老鳥：『剛剛已經講解過，要把某根輸出PIN做High/Low變化，以及要從某根輸入PIN讀出狀態都可以透過CPU的暫存器，這個基本的控制應該沒問題吧。這個例子還算簡單的，從時序圖中我們可以看出程式該做的事情是：
a. 把CS PIN設定為Low
b. 等待T1的時間
c. 立即從P#1讀出狀態
通常執行步驟c的時間不會長於T2，所以上述的步驟中省略了T2；假設T1 = 10m s，先不要管操作CPU PIN腳的細節，我們可以將上面的步驟寫成下面這個簡單的程式： 』
/**********************************************************
Function: drv_read_XXXIC_status
return 0 if P#1 is Low, return 1 if P#1 is High
**********************************************************/
int drv_read_XXXIC_status(void)
{
int i ;
int P1_status ;
// 將CS PIN設為Low
//
drv_set_XXXIC_CS_Low() ;
//等待10ms
//
for(i=0;i<10;i++)
drv_wait_1ms() ;
// 讀出P#1 PIN的狀態
//
P1_status = drv_get_P1_status() ;
// 依照時序圖, 將CS PIN恢復為High
//
drv_set_XXXIC_CS_High() ;
return P1_status ;
}
菜鳥：『這個程式很簡單，但我的問題就是drv_wait_ 1m s()要怎麼implement？難道是用timer嗎？』
韌體老鳥：『用timer也是一個方法，但設定timer、執行timer ISR都需要時間執行吧，假設我們要等待的這個T1很短，使用timer會造成一定的誤差。而且要驅動timer也需要一個driver，在開發時期盡量不需要把一件工作加入太多的變數。我們在開發驅動程式時，最常用，也是最簡單的方法就是寫一個什麼事情都不做的迴圈，例如： 』
#define COUNTER_PER_1MS 22
void drv_wait_1ms(void)
{
int counter ;
// 執行這個function的期間, 最好確認中斷不會產生
// 否則執行ISR的時間會影響這個函數的準確度
for(counter = 0 ; counter < COUNTER_PER_1MS ; counter++)
{
// busy waiting - no nothing
//
asm("nop") ;
}
}
菜鳥：『這個程式就是讓CPU執行指定次數之無意義的指令，而執行這些指令所需的時間剛好就是我們想要等待的時間。這個程式很簡單，但我有兩個問題，第一個，我們怎麼得到“COUNTER_PER_ 1M S”的值？第二個，“nop”這個CPU的指令代表什麼意思？』
韌體老鳥：『先回答你第二個問題，“nop”是no operation的意思，CPU執行這行指令時什麼都不作，就是很單純的耗掉一個或多個clock的時間；應該是所有的CPU都會提供這樣的指令，程式可以用這樣的指令讓CPU空轉一段時間，而且不會影響任何記憶體或一般暫存器的值(“nop”也是CPU的指令，CPU執行指令時，PC(program, counter)暫存器一定會跟著改變，CPU才知道要到哪裡抓取下一個命令來執行。)。在回答你第一個問題之前，你先看一下這張表，每一個CPU都會提供這樣的表格，它說明了CPU執行不同的指令需要多少個clock，你會算每一個clock的時間是多長嗎？ 』
菜鳥：『你之前教過我啊，如果CPU運作的頻率是8Mhz(這個頻率和震盪器輸入的頻率不一定相同，CPU內部可以升頻或降頻)，也就是說一秒鐘有8M個clock，所以一個clock的時間就是1秒除以(8 x 1024 x 1024)，等於7.6 micro-second (7.6 x 10-6秒)。』
韌體老鳥：『理論上CPU執行指令的時間是很精確的，如果你把上面那個迴圈的程式轉為組合語言，你可以知道這個迴圈執行了哪些指令，每一個指令需要多少個clock，你就可以算出這個迴圈要轉幾次才會用掉你想要的時間。 』
菜鳥：『大概知道原理了，你可不可以舉個實例？』
韌體老鳥：『OK，假設那個迴圈對應的CPU指令為： 』
;
; 不同的CPU有不同的組合語言指令,
; 以下程式旨在表達流程, 並非任何CPU的組合語言語法,
;
R0 = COUNTER_PER_1MS ; 2 clock cycles
loop_start:
nop ; 1 clock cycles
R0 = R0 -1 ; 1 clock cycles
jump to "loop_start" if R0 ≠0 ; 4 clock cycles
菜鳥：『所以一次loop會用掉6個clock的時間，所以我們可以很容易算出R0的初值等於多少時，執行這個迴圈的時間剛好是1ms。』
韌體老鳥：『沒錯，就是這麼簡單。這個function的誤差很小，此後在開發其他驅動程式，甚至系統程式與應用程式時都可以使用。 』
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