¿Por qué la precisión de mi cámara se reduce cuando comienzo a usar no-ops como retrasos?

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Estoy usando un Arduino Mega para ejecutar tres cámaras de escaneo lineal TSL1401R-LF en paralelo. Conseguí que todo funcionara y la cámara me estaba dando resultados diferentes según la cantidad de luz que los golpeaba (es decir, mucha luz me dio un número alto y poca luz me dio un número menor).

Sin embargo, cuando intenté aumentar el FPS de las cámaras reduciendo los retrasos en el uso de no-ops, la precisión disminuyó drásticamente y no tengo idea de por qué. De acuerdo con la hoja de datos los retrasos mínimos para el impulso CLK son 50 ns y no-op causa un retraso de 62.5 ns, por lo que no debería haber un problema. ¿Alguien aquí tiene una idea de por qué esto podría estar sucediendo?

Aquí está mi código antes de los no-ops: 

void readPixels()  
{
  digitalWrite(SI, HIGH);
  delayMicroseconds(delayTime/2);
  digitalWrite(CLK, HIGH);
  delayMicroseconds(delayTime/2);
  digitalWrite(SI, LOW);
  delayMicroseconds(delayTime/2);
  digitalWrite(CLK, LOW);
  delayMicroseconds(delayTime);

  for(int i = 0; i < 128; i++)
  { 
    digitalWrite(CLK, HIGH);
    pixelsArray1[i]=analogRead(Cam1Aout);
    pixelsArray2[i]=analogRead(Cam2Aout);
    pixelsArray3[i]=analogRead(Cam3Aout);
    delayMicroseconds(delayTime);
    digitalWrite(CLK, LOW);
    delayMicroseconds(delayTime);
  }

  delayMicroseconds(20);

}

OUTPUT:
Camera 1: 295, 319, 353, 387, 422, 458, 483, 499, 515, 527, 540, 545, 556, 562, 572, 575, 585, 590, 596, 598, 606, 603, 591, 589, 608, 621, 635, 636, 646, 652, 664, 670, 681, 689, 699, 705, 715, 726, 730, 734, 742, 745, 750, 752, 760, 764, 769, 766, 768, 770, 775, 777, 792, 806, 828, 852, 880, 907, 931, 956, 989, 1016, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 1023, 980, 986, 935, 935, 893, 892, 856, 847, 812, 801, 774, 760, 731, 713, 683, 647, 605, 564, 513, 470, 410, 369, 323, 289, 347, 376, 
Camera 2: 346, 368, 396, 419, 446, 462, 480, 496, 516, 531, 549, 559, 571, 579, 593, 600, 611, 619, 628, 636, 647, 651, 660, 667, 676, 679, 687, 696, 704, 710, 719, 725, 732, 735, 743, 743, 752, 758, 764, 768, 775, 777, 783, 788, 793, 798, 803, 806, 809, 814, 818, 822, 827, 831, 831, 833, 836, 839, 841, 839, 843, 843, 844, 839, 841, 836, 831, 830, 831, 830, 831, 834, 841, 847, 861, 867, 880, 894, 902, 911, 918, 935, 940, 956, 960, 976, 973, 991, 984, 1007, 998, 1020, 998, 1019, 992, 1014, 986, 997, 964, 969, 937, 937, 908, 910, 878, 875, 843, 838, 808, 797, 768, 750, 720, 696, 667, 639, 611, 582, 556, 524, 499, 471, 449, 423, 399, 371, 396, 399, 
Camera 3: 472, 491, 507, 512, 526, 551, 564, 572, 583, 588, 583, 586, 587, 593, 603, 604, 604, 608, 611, 617, 617, 621, 625, 629, 635, 641, 635, 645, 661, 668, 671, 675, 678, 680, 685, 688, 688, 690, 691, 694, 696, 701, 701, 704, 699, 706, 705, 706, 713, 715, 718, 719, 719, 719, 720, 721, 723, 731, 737, 736, 739, 743, 748, 751, 755, 758, 760, 763, 766, 768, 769, 773, 775, 777, 777, 780, 787, 791, 790, 787, 781, 779, 769, 763, 760, 758, 755, 750, 743, 741, 744, 748, 743, 740, 750, 755, 774, 783, 790, 797, 802, 810, 807, 818, 806, 807, 796, 796, 785, 777, 759, 748, 728, 715, 696, 681, 664, 647, 625, 606, 579, 558, 536, 508, 484, 467, 432, 427, 
Runetime: 2121

Aquí está después de que se agreguen los no-ops: 

void readPixels()  
{
  digitalWrite(SI, HIGH);
  delayMicroseconds(delayTime/2);
  digitalWrite(CLK, HIGH);
  delayMicroseconds(delayTime/2);
  digitalWrite(SI, LOW);
  delayMicroseconds(delayTime/2);
  digitalWrite(CLK, LOW);
  delayMicroseconds(delayTime);

  for(int i = 0; i < 128; i++)
  { 
    digitalWrite(CLK, HIGH);
    pixelsArray1[i]=analogRead(Cam1Aout);
    pixelsArray2[i]=analogRead(Cam2Aout);
    pixelsArray3[i]=analogRead(Cam3Aout);
    __asm__("nop\n\t");
    digitalWrite(CLK, LOW);
    __asm__("nop\n\t");
  }

  delayMicroseconds(20);

}

OUTPUT:
Camera 1: 147, 141, 142, 143, 145, 145, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 146, 145, 145, 143, 145, 143, 146, 146, 145, 145, 144, 147, 147, 147, 147, 148, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 147, 148, 147, 147, 147, 148, 147, 147, 148, 147, 151, 152, 153, 154, 156, 156, 158, 158, 159, 161, 162, 163, 165, 166, 167, 167, 168, 169, 167, 172, 174, 174, 174, 174, 175, 176, 176, 177, 177, 179, 179, 179, 179, 179, 178, 178, 176, 175, 174, 172, 172, 170, 168, 167, 165, 163, 162, 161, 159, 158, 156, 154, 155, 152, 151, 150, 148, 146, 146, 143, 143, 141, 139, 137, 135, 131, 129, 127, 125, 122, 120, 140, 172, 
Camera 2: 162, 161, 164, 164, 167, 166, 165, 167, 169, 167, 170, 171, 171, 169, 172, 171, 172, 171, 172, 172, 172, 172, 173, 172, 173, 172, 174, 173, 174, 173, 174, 174, 176, 174, 175, 170, 175, 174, 176, 175, 185, 175, 176, 175, 176, 175, 176, 176, 176, 176, 176, 176, 177, 176, 177, 176, 176, 176, 177, 176, 177, 176, 177, 176, 176, 176, 176, 176, 176, 175, 176, 175, 176, 176, 177, 177, 179, 177, 179, 179, 179, 179, 181, 181, 183, 183, 184, 184, 185, 185, 186, 185, 187, 186, 187, 187, 188, 185, 186, 184, 185, 183, 183, 181, 181, 179, 179, 176, 176, 174, 174, 172, 171, 170, 167, 164, 164, 162, 161, 159, 159, 156, 157, 154, 153, 152, 169, 198, 
Camera 3: 185, 187, 188, 191, 189, 190, 192, 192, 193, 193, 192, 194, 194, 194, 195, 199, 196, 196, 196, 197, 199, 198, 198, 198, 199, 199, 199, 199, 196, 201, 201, 201, 201, 201, 202, 203, 202, 202, 203, 203, 204, 204, 204, 203, 204, 204, 204, 204, 204, 204, 205, 205, 205, 206, 206, 206, 205, 206, 206, 206, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 208, 207, 209, 209, 208, 208, 209, 209, 207, 208, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 207, 208, 209, 209, 209, 211, 211, 211, 211, 211, 211, 211, 210, 210, 209, 209, 207, 207, 206, 206, 204, 203, 203, 201, 199, 200, 198, 195, 195, 195, 193, 167, 179, 
Runetime: 1987

Aquí está conmigo usando While Loops: 

void readPixels()  
{
  digitalWrite(SI, HIGH);
  delayMicroseconds(delayTime/2);
  digitalWrite(CLK, HIGH);
  delayMicroseconds(delayTime/2);
  digitalWrite(SI, LOW);
  delayMicroseconds(delayTime/2);
  digitalWrite(CLK, LOW);
  delayMicroseconds(delayTime);

  int i = 0;
  while(i < 128)
  {
    i++;
    digitalWrite(CLK, HIGH);
    pixelsArray1[i]=analogRead(Cam1Aout);
    pixelsArray2[i]=analogRead(Cam2Aout);
    pixelsArray3[i]=analogRead(Cam3Aout);
    digitalWrite(CLK, LOW);
  }

  delayMicroseconds(20);

}

OUTPUT:
Camera 1: 224, 161, 172, 179, 185, 198, 199, 203, 206, 208, 208, 211, 212, 213, 214, 216, 216, 217, 217, 218, 217, 219, 219, 216, 215, 217, 220, 222, 223, 223, 224, 226, 225, 229, 231, 231, 232, 235, 235, 236, 237, 238, 240, 240, 240, 240, 241, 242, 242, 242, 242, 243, 243, 246, 248, 252, 255, 262, 266, 271, 276, 281, 287, 291, 296, 304, 307, 314, 319, 326, 332, 331, 337, 337, 335, 352, 359, 359, 359, 361, 366, 371, 371, 372, 376, 382, 384, 384, 382, 380, 380, 377, 372, 366, 361, 355, 351, 344, 339, 331, 323, 318, 312, 307, 301, 294, 290, 284, 280, 273, 268, 263, 257, 252, 248, 241, 231, 227, 219, 209, 199, 191, 182, 172, 163, 155, 147, 176, 
Camera 2: 216, 193, 196, 203, 207, 212, 216, 219, 222, 223, 227, 231, 231, 234, 236, 238, 239, 241, 242, 242, 244, 247, 247, 248, 249, 252, 252, 252, 254, 255, 258, 259, 259, 259, 260, 262, 262, 263, 263, 265, 272, 268, 267, 268, 268, 270, 270, 271, 271, 272, 273, 274, 275, 275, 275, 276, 276, 277, 277, 278, 277, 280, 278, 278, 277, 278, 276, 276, 275, 275, 275, 275, 276, 277, 278, 280, 282, 285, 287, 289, 291, 294, 295, 299, 301, 304, 306, 310, 312, 313, 316, 319, 319, 321, 322, 323, 323, 322, 319, 318, 315, 312, 308, 305, 302, 298, 294, 289, 284, 280, 275, 270, 263, 257, 251, 244, 238, 232, 227, 223, 216, 211, 206, 202, 197, 193, 188, 207, 
Camera 3: 0, 231, 235, 238, 240, 243, 247, 250, 252, 254, 255, 255, 255, 255, 257, 259, 260, 260, 260, 262, 260, 263, 264, 265, 266, 267, 268, 268, 269, 273, 274, 276, 275, 276, 277, 278, 278, 279, 279, 280, 280, 280, 281, 281, 281, 281, 283, 283, 283, 284, 284, 285, 285, 285, 286, 286, 286, 286, 287, 289, 289, 289, 290, 291, 291, 292, 293, 293, 294, 294, 295, 295, 295, 295, 295, 296, 297, 298, 299, 299, 298, 297, 296, 295, 294, 294, 292, 292, 291, 290, 289, 291, 291, 290, 289, 291, 292, 295, 298, 300, 302, 304, 304, 307, 307, 307, 305, 304, 304, 303, 300, 297, 294, 289, 287, 283, 280, 275, 272, 269, 263, 259, 255, 252, 246, 241, 237, 212, 
Runetime: 1991

Algunas notas:

  • He optimizado el método analogRead(); con precalificadores para que sean más rápidos de lo normal.

  • Si bien la salida del segundo código muestra alguna diferencia cuando sostengo un objeto en la línea del sitio de las cámaras, es una diferencia mucho menor y solo funciona cuando lo sostengo directamente frente a la cámara. cámaras.

pregunta Crystal Pritzker

2 respuestas

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Lo más probable es que el compilador haya decidido optimizar su código y tiró esos nop 's. Debe obligar al compilador a mantener su ensamblaje intacto definiéndolo volatile : 

__asm__ __volatile__ ("nop\n\t");

Como alternativa, puede hacer una demora haciendo algo útil, por ejemplo: 

int i = 0;
while(i < 128)
{
i++;
digitalWrite(CLK, HIGH);
pixelsArray1[i]=analogRead(Cam1Aout);
pixelsArray2[i]=analogRead(Cam2Aout);
pixelsArray3[i]=analogRead(Cam3Aout);
digitalWrite(CLK, LOW);
}

PS. La caída en la sensibilidad que está viendo puede ser normal. Su hoja de datos dice:

  

El tiempo mínimo de integración para cualquier matriz determinada está determinado por el tiempo requerido para cerrar todos los píxeles   en la matriz y el tiempo para descargar los píxeles. El tiempo requerido para descargar los píxeles es una constante.   Por lo tanto, el período mínimo de integración es simplemente una función de la frecuencia de reloj y el número de píxeles   en la matriz. Una velocidad de reloj más lenta aumenta el tiempo mínimo de integración y reduce el nivel máximo de luz   Para saturación en la salida. El tiempo mínimo de integración que se muestra en esta hoja de datos se basa en el máximo   frecuencia de reloj de 8 MHz.

Dado que su código optimizado se ejecuta más rápido, queda menos tiempo para la integración, lo que reduce el valor de salida.

También, intente agregar un retraso después de digitalWrite(CLK, HIGH); para respetar el tiempo de ts mencionado en la forma de onda en la página 5.

    
respondido por el Dmitry Grigoryev
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Cuando usas digitalWrite , está haciendo un montón de cosas detrás de las escenas además de configurar el pin. Esto es necesario porque Arduino combina PWM y conmutación regular, por lo que hay una arquitectura de fondo controlada por interrupciones que necesita administrar . Al final, un simple interruptor de pin que usa digitalWrite toma 100 ciclos de reloj, de acuerdo con este compañero / a>. Por lo tanto, su NOP es una caída en el intervalo de tiempo.

Si desea tener un mejor control sobre el tiempo, los controles AVR de nivel inferior o las bibliotecas que los implementan son lo que desea usar. Un osciloscopio sería muy útil para la depuración, pero de lo contrario, se verá obligado a confiar en modelos mentales.

    
respondido por el mng

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