Assembly “nop” delays in C code have inconsistent timing on nrf9160 (Arm) in Zephyr

I’m trying to modify this bit-banging ws2812 gpio Zephy driver to run on an nrf9160 (Arm Cortex M33) board. The problem is I can’t mange to get consistent pulse timing using assembly instructions at the beginning of the transfer.

enter image description here

You can see that the first pulse has about double the width (time) as the second pulse, even though they should be the same (a zero bit). The 7th and 8th pulse should also be the same (a one bit).

This is code I’ve been messing with/debugging:

/*
 * Copyright (c) 2018 Intel Corporation
 * Copyright (c) 2019 Nordic Semiconductor ASA
 * Copyright (c) 2021 Seagate Technology LLC
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 */
#define DT_DRV_COMPAT worldsemi_ws2812_gpio

#include <zephyr/drivers/led_strip.h>

#include <string.h>

#define LOG_LEVEL CONFIG_LED_STRIP_LOG_LEVEL
#include <zephyr/logging/log.h>
LOG_MODULE_REGISTER(ws2812_gpio);

#include <zephyr/kernel.h>
#include <soc.h>
#include <zephyr/drivers/gpio.h>
#include <zephyr/device.h>
#include <zephyr/drivers/clock_control.h>
#include <zephyr/drivers/clock_control/nrf_clock_control.h>
#include <zephyr/dt-bindings/led/led.h>

struct ws2812_gpio_cfg {
    struct gpio_dt_spec in_gpio;
    uint8_t num_colors;
    const uint8_t *color_mapping;
};

/*
 * T1H: 1 bit high pulse delay: 12 cycles == .75 usec
 * T0H: 0 bit high pulse delay: 4 cycles == .25 usec
 * TxL: inter-bit low pulse delay: 8 cycles == .5 usec
 *
 * We can't use k_busy_wait() here: its argument is in microseconds,
 * and we need roughly .05 microsecond resolution.
 */
#define DELAY_T1H                                                                                  
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"                                       
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"                                       
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"                                       
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"                                       
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"                                       
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"                                       
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"                                       
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"                                       
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"

#define DELAY_T0H                                                                                  
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"                                       
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"                                       
    "nopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopnnopn"

/*
 * GPIO set/clear.
 *
 * We should be able to make this portable using the results of
 * https://github.com/zephyrproject-rtos/zephyr/issues/11917.
 *
 * We already have the GPIO device stashed in ws2812_gpio_config, so
 * this driver can be used as a test case for the optimized API.
 *
 * Per Arm docs, both Rd and Rn must be r0-r7, so we use the "l"
 * constraint in the below assembly.
 */
#define SET_HIGH "str %[p], [%[s], #0]n" /* OUTSET = BIT(LED_PIN) */
#define SET_LOW  "str %[p], [%[c], #0]n" /* OUTCLR = BIT(LED_PIN) */

/* Send out a 1 bit's pulse */
#define ONE_BIT(set, clear, pin)                                                                   
    __asm volatile(SET_HIGH DELAY_T1H SET_LOW DELAY_T0H ::[s] "l"(set), [c] "l"(clear),        
               [p] "l"(pin));

/* Send out a 0 bit's pulse */
#define ZERO_BIT(set, clear, pin)                                                                  
    __asm volatile(SET_HIGH DELAY_T0H SET_LOW DELAY_T1H ::[s] "l"(set), [c] "l"(clear),        
               [p] "l"(pin));

/*
 * Latch current color values on strip and reset its state machines.
 */
static inline void ws2812_led_strip_reset_delay(uint16_t delay)
{
    k_usleep(delay);
}

static int send_buf(const struct device *dev, uint8_t *buf, size_t len)
{
    const struct ws2812_gpio_cfg *config = dev->config;
    volatile uint32_t *set = (uint32_t *)&NRF_P0->OUTSET;
    volatile uint32_t *clear = (uint32_t *)&NRF_P0->OUTCLR;
    const uint32_t pin = BIT(config->in_gpio.pin);
    unsigned int key;

    struct onoff_manager *mgr = z_nrf_clock_control_get_onoff(CLOCK_CONTROL_NRF_SUBSYS_HF);
    struct onoff_client cli;
    int rc;

    sys_notify_init_spinwait(&cli.notify);
    rc = onoff_request(mgr, &cli);
    if (rc < 0) {
        return rc;
    }

    while (sys_notify_fetch_result(&cli.notify, &rc)) {
        /* pend until clock is up and running */
    }

    size_t i;
    int j = 0;
    key = irq_lock();

    while (len--) {
        /*
         * Generate signal out of the bits, MSbit first.
         *
         * Accumulator maintenance and branching mean the
         * inter-bit time will be longer than TxL, but the
         * wp.josh.com blog post says we have at least 5 usec
         * of slack time between bits before we risk the
         * signal getting latched, so this will be fine as
         * long as the compiler does something minimally
         * reasonable.
         */
        for (i = 0; i < 8; i++) {
            if (0b10000000 & (*(buf + j) << i)) {
                ONE_BIT(set, clear, pin);
            } else {
                ZERO_BIT(set, clear, pin);
            }
        }
        j++;
    }

    irq_unlock(key);

    rc = onoff_release(mgr);
    // LOG_DBG("onoff_release rc: %i", rc);
    /* Returns non-negative value on success. Cap to 0 as API states. */
    rc = MIN(rc, 0);

    return rc;
}

static int ws2812_gpio_update_rgb(const struct device *dev,
                  struct led_rgb *pixels,
                  size_t num_pixels)
{
    const struct ws2812_gpio_cfg *config = dev->config;
    uint8_t *ptr = (uint8_t *)pixels;
    size_t i;
    int rc;

    /* Convert from RGB to on-wire format (e.g. GRB, GRBW, RGB, etc) */
    for (i = 0; i < num_pixels; i++) {
        uint8_t j;

        for (j = 0; j < config->num_colors; j++) {
            switch (config->color_mapping[j]) {
            /* White channel is not supported by LED strip API. */
            case LED_COLOR_ID_WHITE:
                *ptr++ = 0;
                break;
            case LED_COLOR_ID_RED:
                *ptr++ = pixels[i].r;
                break;
            case LED_COLOR_ID_GREEN:
                *ptr++ = pixels[i].g;
                break;
            case LED_COLOR_ID_BLUE:
                *ptr++ = pixels[i].b;
                break;
            default:
                return -EINVAL;
            }
        }
    }

    rc = send_buf(dev, (uint8_t *)pixels, num_pixels * config->num_colors);

    ws2812_led_strip_reset_delay(300);
    return rc;
}

static int ws2812_gpio_update_channels(const struct device *dev,
                       uint8_t *channels,
                       size_t num_channels)
{
    LOG_ERR("update_channels not implemented");
    return -ENOTSUP;
}

static const struct led_strip_driver_api ws2812_gpio_api = {
    .update_rgb = ws2812_gpio_update_rgb,
    .update_channels = ws2812_gpio_update_channels,
};

/*
 * Retrieve the channel to color mapping (e.g. RGB, BGR, GRB, ...) from the
 * "color-mapping" DT property.
 */
#define WS2812_COLOR_MAPPING(idx)                   
static const uint8_t ws2812_gpio_##idx##_color_mapping[] =      
    DT_INST_PROP(idx, color_mapping)

#define WS2812_NUM_COLORS(idx) (DT_INST_PROP_LEN(idx, color_mapping))

/*
 * The inline assembly above is designed to work on nRF51 devices with
 * the 16 MHz clock enabled.
 *
 * TODO: try to make this portable, or at least port to more devices.
 */

#define WS2812_GPIO_DEVICE(idx)                 
                                    
    static int ws2812_gpio_##idx##_init(const struct device *dev)   
    {                               
        const struct ws2812_gpio_cfg *cfg = dev->config;    
        uint8_t i;                      
                                    
        if (!gpio_is_ready_dt(&cfg->in_gpio)) {     
            LOG_ERR("GPIO device not ready");       
            return -ENODEV;                 
        }                           
                                    
        for (i = 0; i < cfg->num_colors; i++) {         
            switch (cfg->color_mapping[i]) {        
            case LED_COLOR_ID_WHITE:            
            case LED_COLOR_ID_RED:              
            case LED_COLOR_ID_GREEN:            
            case LED_COLOR_ID_BLUE:             
                break;                  
            default:                    
                LOG_ERR("%s: invalid channel to color mapping." 
                    " Check the color-mapping DT property", 
                    dev->name);         
                return -EINVAL;             
            }                       
        }                           
                                    
        return gpio_pin_configure_dt(&cfg->in_gpio, GPIO_OUTPUT); 
    }                               
                                    
    WS2812_COLOR_MAPPING(idx);                  
                                    
    static const struct ws2812_gpio_cfg ws2812_gpio_##idx##_cfg = { 
        .in_gpio = GPIO_DT_SPEC_INST_GET(idx, in_gpios),    
        .num_colors = WS2812_NUM_COLORS(idx),           
        .color_mapping = ws2812_gpio_##idx##_color_mapping, 
    };                              
                                    
    DEVICE_DT_INST_DEFINE(idx,                  
                ws2812_gpio_##idx##_init,           
                NULL,                   
                NULL,                   
                &ws2812_gpio_##idx##_cfg, POST_KERNEL,  
                CONFIG_LED_STRIP_INIT_PRIORITY,     
                &ws2812_gpio_api);

DT_INST_FOREACH_STATUS_OKAY(WS2812_GPIO_DEVICE)

It seems like a few extra clock cycles are spent on something when calling the “nop” delays for the first time. I’m not sure how to remove whatever is causing those wasted cycles though.

I haven’t worked with assembly in C before so I’m not sure if the delay is coming from the RTOS or the assembler.

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật