在Linux應用程序中，常用的延時函數包括sleep()、usleep()、select()等，這幾個延時函數函數的執行機制，都是將當前線程掛起，由操作系統做延時，然后再恢復當前線程。這意味著其延時的最小間隔是兩次線程切換時間。經測試，在單一線程情況下，兩次線程的切換時間在150us左右。大多數情況下，應用程序會有多個線程在運行，這時線程恢復有可能在下一個時間片，而Linux系統缺省的線程輪片時間為10ms，這意味著只有當延時在大于10ms情況時，常規的延時函數才有意義。在工控領域，我們常常碰到需要微秒級的延時需求，例如實現某種讀寫時序等，這時Linux系統的常規延時函數難于滿足其需求。針對這樣的應用需求，我們設計了采用內存映射的方法操作主板的硬件定時器和GPIO，從而產生出具有微秒精度的脈沖波形來。下面就詳細介紹如何在用戶進程實現這樣的精確延時的操作。

以EM335x工控主板為例，用其內部的定時器來實現精確延時的功能，EM335x內部定時器的輸入時鐘為24MHz，單位時間為41.6ns，通過將Linux系統的mem設備文件和mmap()函數結合起來使用，可直接對EM335x內部定時器的寄存器進行操作，再通過同樣的方式控制GPIO，實現：（1）設置GPIO，（2）啟動定時器，當檢測到定時器計數完畢，（3）再設置GPIO，共三個步驟，就可產生精確時間間隔的脈沖。

Linux系統中的/dev/mem設備文件，是專門用來讀寫物理地址用的，里面的內容是所有物理內存的地址以及內容信息。只要我們使用mmap()函數將/dev/mem設備文件映射到進程地址空間，實現對內存物理地址的讀寫，就能夠通過這種方式快速的對GPIO和定時器進行操作，而mmap操作提供了一種機制，讓用戶程序直接訪問設備內存，這樣就相當于直接對硬件進行操作，從而避開了驅動程序，如果調用驅動就需要在用戶空間和內核空間互相拷貝數據，還會涉及到系統調度等機制，效率將會變低。

將/dev/mem/設備文件中定時器的地址映射到用戶進程空間的代碼：
void *timer_em335x_pin_config(unsigned int BASE)
{
int mem_fd;
void *base;
mem_fd = open('/dev/mem', O_RDWR|O_SYNC);
printf('mem_fd is %d\n', mem_fd);
/* mmap Timer */
base = mmap(
NULL, //起始地址
DMTIMER_DEV_SIZE, //映射的文件內容的大小
PROT_READ|PROT_WRITE,//映射區域可讀可寫
MAP_SHARED, //映射區域的寫入數據會寫回到原來的文件
mem_fd,
BASE//被映射的硬件地址
);
close(mem_fd);
return base;
}

將/dev/mem/設備文件中GPIO的地址映射到用戶進程空間的代碼：
void *GPIO_MMAP::gpio_em335x_pin_config(unsigned int BASE)
{
int mem_fd;
void *base;
mem_fd = open('/dev/mem', O_RDWR|O_SYNC);
printf('mem_fd is %d\n', mem_fd);
/* mmap GPIO */
base = mmap(
NULL,//起始地址
GPIO_DEV_SIZE, //映射的文件內容的大小
PROT_READ|PROT_WRITE,//映射區域可讀可寫
MAP_SHARED,//映射區域的寫入數據會寫回到原來的文件
mem_fd,
BASE //被映射的硬件地址
);
close(mem_fd);
return base;
}

成功執行時，mmap()函數返回被映射區的指針。普通文件被映射到進程地址空間后，進程可以像訪問普通內存一樣對文件進行訪問，不必再調用read()，write()等操作。只需要使用返回的地址指針在對應的寄存器的偏移地址賦值，就可以完成操作。在例程中已經將函數接口引出（詳細的代碼請參考例程）：
ptr=Timer_Init();//初始化，將定時器地址映射到用戶進程
Timer_Start(ptr, GPIO0, 0xfffffffa); //啟動定時器，并設置時間和哪一位GPIO

定時器是從0計數到0xffffffff，需要實現定時功能，我們就要改變定時器的初值，上面的程序中0xfffffffa為定時器的初值，前面提到過由于EM335x定時器時鐘為24MHZ，所以定時器單位時間為1/24000000=41.6ns，假設程序訪問寄存器還需要花費時間T0，在計算初值的時候，就需要加上這一部分時間才能保證準確性，因此定時器取值的計算公式為：
T=0xffffffff-(目標延時/41.6ns)+T0

經過測試，執行一次程序訪問寄存器所需花費的時間大約為T0=800ns。舉個例子，比如目標延時為2μs，那么定時器初值為：0xffffffff-(2000/41.6)+800，也就是0xffffffe2，測試的時候帶入這個值，再進行微調，即可得到想要的結果。

使用英創工控主板運行例程測試，分別測試延時1μs，1.5μs，2μs，5μs，10μs時的精度，結果如下：

1us的測試波形

1.5μs的測試波形

2μs的測試波形

5μs的測試波形

10μs的測試波形

可以看到，在1μs時，誤差范圍在±200ns左右，超過1μs，其余的取值，誤差都在±100ns以內，隨著延時的增加，精確度將越來越高，在10μs的時候，誤差已經非常小了。

通過以上方案實現了在用戶進程對精確延時的操作，詳細的操作代碼請參考例程。

關于這一方法在EM9x60系列工控主板上的實現可閱讀下文：英創嵌入式主板支持精確延時操作之二

注意事項：我們推薦客戶直接使用例程中引出的接口進行操作，不推薦客戶對硬件訪問這一部分代碼進行修改，以免在操作的時候出現無法預估的錯誤。