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外观

3. 系统延时 ​

延时功能在计算机编程中十分常见，它可以暂停程序的执行一段时间，以实现各种应用需求。

3.1 延时的作用 ​

在ESP32S3或其他微控制器的编程中，延时被广泛使用，主要有以下一些原因：

  1. 处理硬件：许多硬件都需要一些时间来响应某个命令。例如，如果在一个程序中你启动一个电动机然后立即检查其状态，你可能会得到一个错误的读数，因为电动机可能还没有足够的时间开始旋转。此时你需要使用 delay() 函数让系统等待一段时间，使得电动机有足够的时间响应。
  2. 用户交互：我们常常需要在用户交互中实现延迟效果。例如，在蜂鸣器播放音乐时，音符之间需要一段沉默的时间。或者，在闪烁LED灯的情况下，"开"和"关"状态之间需要延时以控制闪烁的速度。
  3. 节省能源：在一些应用中，比如电池供电的系统，如果不在需要的时候长期保持系统的高速运转，那么电池的寿命会大大缩短。在此情况下，我们可以让系统在一段时间后进入待机或低功耗模式，直到下一个处理周期到来。
  4. 定时操作：在许多项目中，我们常常需要实现一些特定时间点的操作。例如，在自动灌溉系统中，我们可能需要在每天的特定时间点进行灌溉。在间隔测量中，我们可能每隔一段时间采集一次数据。
    尽管延时函数在很多情况下非常有用，但也需要注意其阻塞性质。过度依赖阻塞延时可能会导致程序对其他事件的响应不及时。为了更好的在ESP-IDF上进行多任务编程，我们还可以学习一些非阻塞延时的编程技术。

什么是阻塞延时？

📌 阻塞延时是在程序执行过程中，当某个操作或函数需要一定时间才能完成时，程序会暂停执行直至该操作完成，这段时间程序被阻塞了。阻塞延时可能会导致程序运行速度变慢或出现假死现象。
举个例子，假设你想要煮开水来泡茶。通常情况下，你会将水壶放在炉灶上加热，等待水烧开后才能使用。在这个过程中，存在阻塞延时。
当你将水壶放在火上时，程序可以看作是“等待”水烧开的操作。在这个等待过程中，你不能立即得到热水来泡茶，需要耐心等待水煮沸。期间，你可能无法做其他与烧水无关的事情，因为你需要留意水壶，并等待时机。即便家里着火了，你也还是在等待烧水。

3.2 延时的实现 ​

在ESP-IDF 中，可以使用以下选项来实现延时：

  1. vTaskDelay() 函数
    这个函数会让当前的任务挂起指定的时间。例如，vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS) 会让当前任务挂起 1 秒钟，等待一个系统时钟周期。
  2. usleep() 函数 这个函数可以以微秒为单位精准延时。例如， usleep(1000000) 会让任务休眠 1 秒钟。
  3. esp_rom_delay_us()函数
    可以进行微秒级延时。

下面是使用 vTaskDelay() 函数实现延时的示例代码： 请注意，vTaskDelay() 函数需要引入 freertos/task.h 头文件和 freertos/FreeRTOS.h 头文件。

c
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
void delay_ms(int ms)
{
    vTaskDelay(ms / portTICK_PERIOD_MS);
}
void app_main(void)
{
    // 一秒钟的延时
    delay_ms(1000);
}

这里用到一个FreeRTOS的知识点，void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay ) 函数，将一个任务延迟给定的xTicksToDelay数。任务被阻止的实际时间取决于tick rate。常数portTICK_PERIOD_MS可以用来从tick rate计算实时时间，分辨率为一个tick 周期。至于一个时钟节拍数是1ms，2ms，还是10ms，取决于configTICK_RATE_Hz，即 cONFI6_FREERTOS_HZ。CONFIG_FREERTOS_HZ在sdkconfig中定义，默认是100Hz。则一个时钟节拍数是10ms。可以将其修改为1000Hz，则一个时钟节拍数是1ms，计时更加精确。不过这样也会增加系统的开销,造成不必要的浪费。

如果需要更高精度的延时，可以使用 usleep() 函数，下面是使用 usleep() 函数实现延时的示例代码：

c
#include "unistd.h"
void delay_us(int us)
{
    usleep(us);
}
void app_main(void)
{
    // 一秒钟的延时
    delay_us(1000000);
}

请注意，usleep() 函数需要引入 unistd.h 头文件。

使用esp_rom_delay_us()函数进行微秒级延时：

  • 首先，包含头文件esp_rom_sys.h：
c
#include "esp_rom_sys.h"
  • 调用ets_delay_us()函数来进行微秒级延时。该函数接受一个以微秒为单位的参数。
c
esp_rom_delay_us(delay_us);

以上是在ESP-IDF环境下使用延时函数的基本步骤。需要注意的是， ESP-IDF是一个多任务的实时操作系统（RTOS） ，因此使用vTaskDelay()函数进行延时是推荐的方法，可以避免阻塞其他任务的执行。而usleep()等函数则是用于需要较精确的微秒级延时的场景。

3.3 闪烁灯验证 ​

将开发板连接LED的GPIO48引脚设置为输出模式，通过延时函数vTaskDelay()，控制LED亮一会灭一会，达到闪烁的效果。（关于LED的代码请参考LED章节。）

c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <inttypes.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "driver/gpio.h"

#include "bsp_led.h"

void app_main(void)
{
    //LED初始化
    LedGpioConfig();

    while(1)
    {
        //点亮LED
        LedOn();
        //延时100ms，即亮100ms
        vTaskDelay(100 / portTICK_PERIOD_MS);
        //关闭LED
        LedOff();
        //延时100ms，即灭100ms
        vTaskDelay(100 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

3.4 闪烁灯效果 ​

开发板上标记着G48的LED灯，下载代码后将一会亮一会灭，持续循环。