将 GPIO 引脚控制在 150ns 的容差范围内

Question

我的问题是，尽管使用了良好的计时功能，包括来自 linux/delay.h 的 ndelay 和我的 GPIO 引脚，但打开和关闭 GPIO 引脚花费的时间太长。自己的accurate_ndelay(如下所示)使用linux/ktime.h中的ktime_get_ns()。

我的内核版本是 4.19.38，使用 Armbian，在 OrangePi Zero 上运行。

static inline void accurate_ndelay(uint16_t ns){
  uint64_t s = ktime_get_ns();
  uint64_t e = s + ns;
  while(ktime_get_ns() < e);
}
static inline void unsafe_bit2812(struct WS2812* ws2812, uint8_t b){
  if(b){
    gpio_set_value(ws2812->pin, 1);
    accurate_ndelay(ws2812->t0h);
    gpio_set_value(ws2812->pin, 0);
    accurate_ndelay(ws2812->t0l);
  } else {
    gpio_set_value(ws2812->pin, 1);
    accurate_ndelay(ws2812->t1h);
    gpio_set_value(ws2812->pin, 0);
    accurate_ndelay(ws2812->t1l);
  }
}

当我测量现实世界的延迟时(如我的示波器所示，不错的软件)。延迟不是预期的350ns，而是920ns。对于 WS2812 来说 770ns 太多了!

Answer 1

时间非常紧迫。 OrangePi Zero 的运行频率为 1.2 GHz，因此 150 ns 是 180 个时钟周期。这并没有给你时间做太多事情。

要做的第一件事是使用 ktime_get_ns() 来测量 gpio_set_value() 调用需要多长时间。或者消除延迟并用示波器测量。您可能已经知道答案了，如果您延迟 350ns 并测量 920ns，那么大约需要 600ns。

您正在调用 gpio_set_value()，它会引入安全、可移植的 Linux gpio 库。最大可能的性能是为 GPIO 编写自己的驱动程序，该驱动程序直接进入硬件寄存器并设置两个状态，并带有延迟，作为单个操作。

即使使用自定义驱动程序，驱动 GPIO 的时钟以及设备的上升和下降时间也会带来延迟。