DS18B20驅動編寫–雜項設備框架注冊

設備驅動最通俗的解釋就是“驅使硬件設備行動”。驅動與底層硬件直接打交道，按照硬件設備的具體工作方式，讀寫設備的寄存器，完成設備的輪詢、中斷處理、DMA通信，進行物理內存向虛擬內存的映射等，最終讓通信設備能收發(fā)數據，讓顯示設備能顯示文字和畫面，讓存儲設備能記錄文件和數據。

驅動程序是應用層和硬件層的連接橋梁，應用層只管完成應用邏輯開發(fā)和界面設計，驅動層則處理硬件配置，實現應用層相關接口函數。

雜項設備：字符設備類的一種，雜項設備主設備號為10。

1.DS18B20簡介

DS18B20是Dallas半導體公司生產的數字溫度傳感器，是世界上第一片支持"一線總線"接口的溫度傳感器。測量溫度范圍為-55℃ ~ +125℃，精度為±0.5℃。分辨率為9 ~ 12位。支持3V ~ 5.5V輸入電壓。抗干擾能力強。
每一個DSl820包括一個唯一的64位長的序號，該序號值存放在 DSl820 內部的 ROM(只讀存貯器)中。開始8位是產品類型編碼(DSl820 編碼均為 10H) ，接著的 48位是每個器件唯一的序號，最后 8 位是前面 56 位的CRC(循環(huán)冗余校驗)碼。

??DS18B20以9位數字量形式反應器件的溫度值。
??DS18B20采用單總線通訊，與CPU之間只需要DQ腳相連，再和CPU之間共地即可。每一個DS18B20都有唯一的64位光刻ROM，因此可以在一根數據線上接多個DS18B20模塊。

• 單總線協議特性
• 總線協議：一個數據線可掛載多個設備(DS18B20通過64位光刻ROM區(qū)分設備)；
• 半雙工通訊：數據線上同一時間只能發(fā)送或者接收數據；

2.DS18B20驅動時序

2.1 發(fā)送復位脈沖和檢測存在信號

??DS18B20初始化過程首先需要發(fā)送復位脈沖：至少480us的低電平信號。接下來釋放總線，DS18B20開始返回存在信號：60~240us的低電平。最后釋放總線，模塊初始化完成。

/*發(fā)送復位信號，檢測存在脈沖*/
static u8 ds18b20_CheckRst(void)
{
	u8 time=0;
	DS18B20_OUT_MODE();/*輸出模式*/
	DS18B20_OUT(0);/*總線拉低*/
	udelay(600);/*至少480us低電平*/
	DS18B20_OUT(1);/*釋放總線，恢復為空閑電平*/
	udelay(15);
	DS18B20_INPUT_MODE();/*輸入模式*/
	while(DS18B20_IN)
	{
		time++;
		udelay(1);
		if(time>=100)return 1;/*等待存在脈沖失敗*/
	}
	time=0;
	while(!DS18B20_IN)
	{
		time++;
		udelay(1);
		if(time>=250)return 2;//模塊出錯
	}
	return 0;	
}

2.2 寫一位數據時序

??要實現寫一字節(jié)數據，則首先要實現的是寫一位數據時序。分為寫1和寫0。首先是總線拉低，產生寫間隙（至少1us）。接著往數據線DQ上寫入0或者1，周期時間為60us，最后釋放總線(總線拉高，至少1us)，至此，寫數據完成。

DS18B20_OUT_MODE();/*輸出模式*/
DS18B20_OUT(0);//總線拉低，產生寫間隙時間
udelay(2);
if(dat&0x01)DS18B20_OUT(1);
else DS18B20_OUT(0);
udelay(60);//寫周期時間
DS18B20_OUT(1);//釋放總線
udelay(2);
dat>>=1;//繼續(xù)發(fā)送下一位數據

2.3 讀一位數據時序

??讀數據首先需要主機產生讀間隙：總線拉低，至少1us的低電平信號。接著釋放總線，在15us內進行數據讀取，讀數據周期時間為60us，最后釋放總線：總線拉高，至少1us時間。 至此，讀一位數據完成。

DS18B20_OUT_MODE();/*輸出模式*/
DS18B20_OUT(0);//總線拉低，產生讀間隙時間
udelay(2);
DS18B20_INPUT_MODE();//配置為輸入模式
udelay(12);//等待數據到來
data>>=1;
if(DS18B20_IN)data|=0x80;
udelay(50);//讀數據時間
DS18B20_OUT(1);//恢復總線為空閑電平
udelay(2);

3.DS18B20相關命令

• 跳轉指令0xCC

這條指令允許控制器不需要提供64位光刻ROM就使用存儲器操作命令，在總線上僅有一個DS18B20時使用，若有多個則會產生沖突。

• 啟動一次溫度轉換0x44

此命令完成一次溫度轉換。執(zhí)行此命令后，DS18B20保持等待狀態(tài)。若總線在這條命令發(fā)送后跟著讀間隙，而DS18B20正處于數據轉換，則會輸出一個0，若溫度轉換完成，則會輸出1。若使用寄生電源，總線必須在這條命令發(fā)完后拉高總線，保存500ms。

• 讀取一次數據0xBE

此命令用于讀取暫存器中的內容，可連續(xù)讀取9個字節(jié)數據。若只想讀取溫度數據，則只需要讀取前兩個字節(jié)即可。

• 讀ROM 0x33

此命令可以讀取DS18B20的64位光刻ROM數據，此命令僅能在總線上一個設備的時候使用。

• 匹配ROM 0x55

此命令可以實現和DS18B20的ROM進行匹配，只有和DS1820的64位光刻ROM完全匹配才能響應后面存儲器命令。此命令用于當總線上不止一個設備時使用。

• 搜索ROM 0xF0

當系統第一次啟動時，無法確認總線上有多少個設備或者該設備的光刻ROM，搜索光刻ROM可以讓控制器通過排除法識別總線上的所有設備的64位光刻ROM。

4.DS18B20采集一次溫度步驟

??采用外部電源供電，且總線上僅有一個DS18B20模塊。

5.編寫DS18B20驅動，通過雜項設備注冊

• 開發(fā)平臺

開發(fā)平臺：Ubuntu18.04
編譯器：arm-linux-gcc
硬件平臺：tiny4412基于Cortex-A9 4核1.5GHZ
開發(fā)板內核：Linux3.5

#include 
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#include 
#include 
#include 

#include 
#include 
#include 

static unsigned int ds18b20_gpio=EXYNOS4_GPB(4);//GPB_4
#define DS18B20_OUT_MODE() s3c_gpio_cfgpin(ds18b20_gpio,S3C_GPIO_OUTPUT)/*輸出模式*/
#define DS18B20_INPUT_MODE()  s3c_gpio_cfgpin(ds18b20_gpio,S3C_GPIO_INPUT)/*輸入模式*/
#define DS18B20_OUT(x)   gpio_set_value(ds18b20_gpio,(x))
#define DS18B20_IN   		gpio_get_value(ds18b20_gpio)
/*發(fā)送復位信號，檢測存在脈沖*/
static u8 ds18b20_CheckRst(void)
{
	u8 time=0;
	DS18B20_OUT_MODE();/*輸出模式*/
	DS18B20_OUT(0);/*總線拉低*/
	udelay(600);/*至少480us低電平*/
	DS18B20_OUT(1);/*釋放總線，恢復為空閑電平*/
	udelay(15);
	DS18B20_INPUT_MODE();/*輸入模式*/
	while(DS18B20_IN)
	{
		time++;
		udelay(1);
		if(time>=100)return 1;/*等待存在脈沖失敗*/
	}
	time=0;
	while(!DS18B20_IN)
	{
		time++;
		udelay(1);
		if(time>=250)return 2;//模塊出錯
	}
	return 0;	
}
/*寫一個字節(jié)函數*/
static void ds18b20_writeDat(u8 dat)
{
	int i=0;
	DS18B20_OUT_MODE();/*輸出模式*/
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		DS18B20_OUT(0);//總線拉低，產生寫間隙時間
		udelay(2);
		if(dat&0x01)DS18B20_OUT(1);
		else DS18B20_OUT(0);
		udelay(60);//寫周期時間
		DS18B20_OUT(1);//釋放總線
		udelay(2);
		dat>>=1;//繼續(xù)發(fā)送下一位數據
	}
}
/*讀取1字節(jié)數據*/
static u8 ds18b20_readDat(void)
{
	int i=0;
	u8 data=0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		DS18B20_OUT_MODE();/*輸出模式*/
		DS18B20_OUT(0);//總線拉低，產生讀間隙時間
		udelay(2);
		DS18B20_INPUT_MODE();//配置為輸入模式
		udelay(12);//等待數據到來
		data>>=1;
		if(DS18B20_IN)data|=0x80;
		udelay(50);//讀數據時間
		DS18B20_OUT(1);//恢復總線為空閑電平
		udelay(2);
	}
	return data;
}

/*獲取一次溫度數據*/
static u16 ds18b20_GetTemp(void)
{
	u8 L,H;
	u16 temp;
	if(ds18b20_CheckRst())return 0xffff;
	ds18b20_writeDat(0xcc);
	ds18b20_writeDat(0x44);
	while(ds18b20_readDat()!=0xff);/*等待溫度轉換完成*/
	if(ds18b20_CheckRst())return 0xffff;
	ds18b20_writeDat(0xcc);
	ds18b20_writeDat(0xbe);/*讀取一次溫度*/
	L=ds18b20_readDat();
	H=ds18b20_readDat();
	temp=H<<8|L;
	return temp;
}
static int ds18b20_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk("open函數調用成功\n");
	if(ds18b20_CheckRst())
	{
		printk("DS18B20初始化失敗\n");
	}
	return 0;
}
static int ds18b20_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk("release函數調用成功");
	return 0;
}
long ds18b20_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
	int dir=_IOC_DIR(cmd);/*數據讀寫方向,00無參數，10用戶層讀，01用戶層寫，11可讀寫*/
	int type=_IOC_TYPE(cmd);/*魔術，標志符*/
	int size=_IOC_SIZE(cmd);/*arg的字節(jié)數*/
	printk("dir=%d,type=%c,size=%d\n",dir,type,size);
	int ret;
	u16 temp=ds18b20_GetTemp();/*獲取一次溫度*/
	ret=copy_to_user((void *)arg, &temp,size);
	return 4-ret;
}
static  struct file_operations ds18b20_fops=
{
	.open			=ds18b20_open,
	.release		=ds18b20_release,
	.unlocked_ioctl	=ds18b20_ioctl
};

/*雜項設備結構體*/
static struct miscdevice ds18b20_drv=
{
	.minor	=MISC_DYNAMIC_MINOR,/*255，有內核自動分配*/
	.name	="ds18b20",//設備節(jié)點名字
	.fops	=&ds18b20_fops,//文件操作集合
};
static int __init wbyq_ds18b20_init(void)
{
	/*1.GPIO注銷*/
	gpio_free(ds18b20_gpio);
	/*2.注冊GPIO*/
	gpio_request(ds18b20_gpio,"DS18B20");
	/*配置GPIO模式*/
	s3c_gpio_cfgpin(ds18b20_gpio,S3C_GPIO_OUTPUT);
	gpio_set_value(ds18b20_gpio,1);/*上拉*/
	/*注冊雜項設備*/
	misc_register(&ds18b20_drv);
	return 0;
	
}
/*驅動釋放*/
static void __exit wbyq_ds18b20_cleanup(void)
{
    printk("驅動出口，驅動注銷成功\n");
	/*注銷雜項設備*/
	misc_deregister(&ds18b20_drv);
	/*注銷GPIO*/
	gpio_free(ds18b20_gpio);
}
module_init(wbyq_ds18b20_init);//驅動入口函數
module_exit(wbyq_ds18b20_cleanup);//驅動出口函數

MODULE_LICENSE("GPL");//驅動注冊協議
MODULE_AUTHOR("it_ashui");
MODULE_DESCRIPTION("Exynos4 ds18b20 Driver");

審核編輯：湯梓紅