【OK210试用体验】功能篇（4）Linux字符驱动之DS18B20温度传感器驱动

本帖最后由 gjianw217 于 2015-8-22 02:25 编辑

前面进行了OK210试用体验的入门篇介绍，算是初步入门，分别包含：
【OK210试用体验】入门篇(1)：开箱验板
【OK210试用体验】入门篇(2)：板载资源
【OK210试用体验】入门篇(3)：开发环境（软件安装，开发环境，烧写系统）
【OK210试用体验】入门篇(4)：编程入门（NFS登录，驱动入门）
【OK210试用体验】功能篇(1)：Linux字符驱动之Led
【OK210试用体验】功能篇(2)：Linux字符驱动之Key按键
【OK210试用体验】功能篇（3）：Linux Input子系统之Key按键
今天是功能篇的第四篇：Linux字符驱动之DS18B20，本节主要分3部分：硬件分析，软件基础，驱动编程。
一、硬件分析
在【OK210试用体验】的第二篇：板载资源中，简单分析了DS18B20传感器的功能和作用。其实对DS18B20的操作，包含两部分，一是对字符设备驱动的深入理解，二是对DS18B20传感器时序的掌握。前面3篇功能体验，分别对GPIO的输出（LED)和输入(Key)进行了驱动的编写，而这篇将同时涉及GPIO的输入和输出。
首先从OK210的底板原理图中可知，OK210开发板上的DS18B20连接通过一个上拉电阻连接到了核心板的XM0ADDR3引脚上，如下图所示：

而XM0ADDR3引脚由S5PV210用户手册，可知，该引脚位于MP0_4[3]引脚上，默认连接到了EBI接口上，如下图所示：

所以，我们要对DS18B20进行操作，就是通过对MP0_4[3]引脚的设置进行实现

二、软件基础
该部分首先总结一下，字符设备驱动的注册过程，然后简单介绍一下DS18B20驱动编写过程中，注意的事项：
1 字符设备的注册与注销
以下的步骤，一般在驱动初始化函数中和驱动退出函数中实现。

第一步：注册设备号                                  信息#tail -f /var/log/message
      注册函数：
         register_chrdev_region() 或             查看#lsmod
         alloc_chrdev_region() 或             查看#cat /proc/devices
         register_chrdev()
      注销函数：
         unregist_chrdev_region() 或
         unregister_chrdev()

第二步：初始化cdev并添加到系统
      初始化cdev
         静态初始化cdev_init() 或
         动态初始化cdev_alloc()
      添加到系统函数
         cdev_add()
      从系统删除函数
         cdev_del()

第三步：创建设备节点
      创建类
         class_create()       将放于/sysfs    查看#ls /sys/class
      删除类
         class_destroy()

      创建节点
         device_create() 或 class_device_create()  将存放于/dev
                                                   查看#ls /dev
      删除节点
         device_destroy() 或 class_device_destroy()

2 DS18B20注意事项

DS18B20是由DALLAS半导体公司推出的一种的“一线总线”接口的温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它是一种新型的体积小、适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。一线总线结构具有简洁且经济的特点，可使用户轻松地组建传感器网络，从而为测量系统的构建引入全新概念，测量温度范围为-55~+125℃，精度为±0．5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~l2位的数字值读数方式。它工作在3—5．5 V的电压范围，采用多种封装形式，从而使系统设计灵活、方便，设定分辨率及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。其内部结构如下图所示：

ROM中的64位序列号是出厂前被光记好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排列是：前8位是产品家族码，接着48位是DS18B20的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。ROM作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可实现一根总线上挂接多个。

所有的单总线器件要求采用严格的信号时序，以保证数据的完整性。DS18B20共有6种信号类型：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。所有这些信号，除了应答脉冲以外，都由主机发出同步信号。并且发送所有的命令和数据都是字节的低位在前。

1）复位脉冲和应答脉冲

单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机输出低电平，保持低电平时间至少480 us，，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7K的上拉电阻将单总线拉高，延时15～60 us，并进入接收模式(Rx)。接着DS18B20拉低总线60~240us，以产生低电平应答脉冲，

若为低电平，再延时480 us。

2）写时序

写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，两种写时序均起始于主机拉低总线。写1时序：主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。写0时序：主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us。

3）读时序

单总线器件仅在主机发出读时序时，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us，且在2时序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us之内采样总线状态。典型的读时序过程为：主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取单总线当前的电平，然后延时50us。

三、驱动编程
如上所述，驱动的编写，主要包括两部分，一是根据DS18B20时序，编写读写函数，二是根据字符设备，编写设备驱动程序。具体的代码见下，最后附上效果图：

1 驱动代码

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define DEVICE_NAME "DS18B20"
static struct cdev cdev;
struct class *tem_class;
static dev_t devno;
static int major = 100;
unsigned int gpio=S5PV210_MP04(3);
void tem_reset(void)
{
s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));
gpio_set_value(gpio, 1);
//gpio_direction_output(gpio,1);
udelay(100);
gpio_set_value(gpio, 0);
udelay(600);
gpio_set_value(gpio, 1);
udelay(100);
s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(0));
// gpio_direction_input(gpio);
}
void tem_wbyte(unsigned char data)
{
int i;
s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));
for (i = 0; i < 8; ++i)
{
gpio_set_value(gpio, 0);
udelay(1);
if (data & 0x01)
{
gpio_set_value(gpio, 1);
}
udelay(60);
gpio_set_value(gpio, 1);
udelay(15);
data >>= 1;
}
gpio_set_value(gpio, 1);
}
unsigned char tem_rbyte(void)
{
int i;
unsigned char ret = 0;
for (i = 0; i < 8; ++i)
{
s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));
gpio_set_value(gpio, 0);
// gpio_direction_output(gpio,0);
udelay(1);
gpio_set_value(gpio, 1);
s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(0));
// gpio_direction_input(gpio);
ret >>= 1;
if (gpio_get_value(gpio))
{
ret |= 0x80;
}
udelay(60);
}
s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));
return ret;
}
static ssize_t tem_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *offset)
{
unsigned char low, high;
tem_reset();
udelay(420);
tem_wbyte(0xcc);
tem_wbyte(0x44);
mdelay(750);
tem_reset();
udelay(400);
tem_wbyte(0xcc);
tem_wbyte(0xbe);
low = tem_rbyte();
high = tem_rbyte();
*buf = low / 16 + high * 16;
*(buf + 1) = (low & 0x0f) * 10 / 16 + (high & 0x0f) * 100 / 16 % 10;
return 0;
}
static struct file_operations tem_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.read = tem_read,
};
static int __init tem_init(void)
{
int result;
devno = MKDEV(major, 0);
result = register_chrdev_region(devno, 1, DEVICE_NAME);
if (result)
{
printk("register failedn");
return result;
}
cdev_init(&cdev, &tem_fops);
cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev.ops = &tem_fops;
result = cdev_add(&cdev, devno, 1);
if (result)
{
printk("cdev add failedn");
goto fail1;
}
tem_class = class_create(THIS_MODULE, "tmp_class");
if (IS_ERR(tem_class))
{
printk("class create failedn");
goto fail2;
}
device_create(tem_class, NULL, devno, DEVICE_NAME, DEVICE_NAME);
return 0;
fail2:
cdev_del(&cdev);
fail1:
unregister_chrdev_region(devno, 1);
return result;
}
static void __exit tem_exit(void)
{
device_destroy(tem_class, devno);
class_destroy(tem_class);
cdev_del(&cdev);
unregister_chrdev_region(devno, 1);
}
module_init(tem_init);
module_exit(tem_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("gjianw217@163.com");
MODULE_DESCRIPTION("DS18B20 driver");