[OK210開發板體驗]功能篇（4）Linux字符驅動之DS18B20溫度傳感器驅動

原創 2015-12-24 09:30:00 [OK210開發板體驗]功能篇（4）Linux字符驅動之DS18B20溫度傳感器驅動
前面進行了OK210開發板體驗的入門篇介紹，算是初步入門，分別包含：

    [OK210開發板體驗]入門篇(1)：開箱驗板
    [OK210開發板體驗]入門篇(2)：板載資源
    [OK210開發板體驗]入門篇(3)：開發環境（軟件安裝，開發環境，燒寫系統）
    [OK210開發板體驗]入門篇(4)：編程入門（NFS登錄，驅動入門） 
    [OK210開發板體驗]功能篇(1)：Linux字符驅動之Led
    [OK210開發板體驗]功能篇(2)：Linux字符驅動之Key按鍵
    [OK210開發板體驗]功能篇（3）：Linux Input子系統之Key按鍵
今天是功能篇的第四篇：Linux字符驅動之DS18B20，本節主要分3部分：硬件分析，軟件基礎，驅動編程。
一、硬件分析
在 [OK210開發板體驗]的第二篇：板載資源中，簡單分析了DS18B20傳感器的功能和作用。其實對DS18B20的操作，包含兩部分，一是對字符設備驅動的深入理解，二是對DS18B20傳感器時序的掌握。前面3篇功能體驗，分別對GPIO的輸出（LED)和輸入(Key)進行了驅動的編寫，而這篇將同時涉及GPIO的輸入和輸出。
首先從OK210的底板原理圖中可知，OK210開發板上的DS18B20連接通過一個上拉電阻連接到了核心板的XM0ADDR3引腳上，如下圖所示：

 

而XM0ADDR3引腳由S5PV210用戶手冊，可知，該引腳位于MP0_4[3]引腳上，默認連接到了EBI接口上，如下圖所示：

 

所以，我們要對DS18B20進行操作，就是通過對MP0_4[3]引腳的設置進行實現
二、軟件基礎
該部分首先總結一下，字符設備驅動的注冊過程，然后簡單介紹一下DS18B20驅動編寫過程中，注意的事項：
1 字符設備的注冊與注銷
以下的步驟，一般在驅動初始化函數中和驅動退出函數中實現。
第一步：注冊設備號                                    信息#tail -f /var/log/message
        注冊函數：
           register_chrdev_region() 或               查看#lsmod
           alloc_chrdev_region()    或               查看#cat /proc/devices
           register_chrdev()
        注銷函數：
           unregist_chrdev_region() 或
           unregister_chrdev()

第二步：初始化cdev并添加到系統
        初始化cdev
            靜態初始化cdev_init() 或
            動態初始化cdev_alloc()
        添加到系統函數
            cdev_add()
        從系統刪除函數
            cdev_del()
第三步：創建設備節點
        創建類
           class_create()          將放于/sysfs       查看#ls /sys/class
        刪除類
           class_destroy()      
        創建節點
           device_create() 或 class_device_create()  將存放于/dev  查看#ls /dev
        刪除節點
           device_destroy() 或 class_device_destroy()

2 DS18B20注意事項
 DS18B20是由DALLAS半導體公司推出的一種的“一線總線”接口的溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，它是一種新型的體積小、適用電壓寬、與微處理器接口簡單的數字化溫度傳感器。一線總線結構具有簡潔且經濟的特點，可使用戶輕松地組建傳感器網絡，從而為測量系統的構建引入全新概念，測量溫度范圍為-55~+125℃，精度為±0．5℃?，F場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9~l2位的數字值讀數方式。它工作在3—5．5 V的電壓范圍，采用多種封裝形式，從而使系統設計靈活、方便，設定分辨率及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。其內部結構如下圖所示：

ROM中的64位序列號是出廠前被光記好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM的排列是：前8位是產品家族碼，接著48位是DS18B20的序列號，最后8位是前面56位的循環冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1)。ROM作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可實現一根總線上掛接多個。
所有的單總線器件要求采用嚴格的信號時序，以保證數據的完整性。DS18B20共有6種信號類型：復位脈沖、應答脈沖、寫0、寫1、讀0和讀1。所有這些信號，除了應答脈沖以外，都由主機發出同步信號。并且發送所有的命令和數據都是字節的低位在前。
1）復位脈沖和應答脈沖
單總線上的所有通信都是以初始化序列開始。主機輸出低電平，保持低電平時間至少480 us，，以產生復位脈沖。接著主機釋放總線，4.7K的上拉電阻將單總線拉高，延時15～60 us，并進入接收模式(Rx)。接著DS18B20拉低總線60~240us，以產生低電平應答脈沖，
若為低電平，再延時480 us。
2）寫時序
    寫時序包括寫0時序和寫1時序。所有寫時序至少需要60us，且在2次獨立的寫時序之間至少需要1us的恢復時間，兩種寫時序均起始于主機拉低總線。寫1時序：主機輸出低電平，延時2us，然后釋放總線，延時60us。寫0時序：主機輸出低電平，延時60us，然后釋放總線，延時2us。
3）讀時序
單總線器件僅在主機發出讀時序時，才向主機傳輸數據，所以，在主機發出讀數據命令后，必須馬上產生讀時序，以便從機能夠傳輸數據。所有讀時序至少需要60us，且在2時序之間至少需要1us的恢復時間。每個讀時序都由主機發起，至少拉低總線1us。主機在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后的15us之內采樣總線狀態。典型的讀時序過程為：主機輸出低電平延時2us，然后主機轉入輸入模式延時12us，然后讀取單總線當前的電平，然后延時50us。
三、驅動編程
如上所述，驅動的編寫，主要包括兩部分，一是根據DS18B20時序，編寫讀寫函數，二是根據字符設備，編寫設備驅動程序。具體的代碼見下，最后附上效果圖：
 
1 驅動代碼
  1. #include    <linux/module.h>
  2. #include    <linux/fs.h>
  3. #include    <linux/kernel.h>
  4. #include    <linux/init.h>
  5. #include    <linux/delay.h>
  6. #include    <linux/cdev.h>
  7. #include    <linux/device.h>
  8. #include    <linux/gpio.h>
  9. #include    <plat/gpio-cfg.h>

  11. #define    DEVICE_NAME "DS18B20"

  13. static struct cdev cdev;
  14. struct class *tem_class;
  15. static dev_t devno;
  16. static int major = 100;

  18. unsigned int gpio=S5PV210_MP04(3);

  20. void tem_reset(void)
  21. {
  22.     s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));
  23.     gpio_set_value(gpio, 1);
  24.     //gpio_direction_output(gpio,1);
  25.     udelay(100);
  26.     gpio_set_value(gpio, 0);
  27.     udelay(600);
  28.     gpio_set_value(gpio, 1);
  29.     udelay(100);
  30.     s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(0));
  31. //    gpio_direction_input(gpio);
  32. }

  34. void tem_wbyte(unsigned char data)
  35. {
  36.     int i;

  38.     s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));
  39.     for (i = 0; i < 8; ++i)
  40.     {
  41.         gpio_set_value(gpio, 0);
  42.         udelay(1);

  44.         if (data & 0x01)
  45.         {
  46.             gpio_set_value(gpio, 1);
  47.         }
  48.         udelay(60);
  49.         gpio_set_value(gpio, 1);
  50.         udelay(15);
  51.         data >>= 1;
  52.     }
  53.     gpio_set_value(gpio, 1);
  54. }

  56. unsigned char tem_rbyte(void)
  57. {
  58.     int i;
  59.     unsigned char ret = 0;

  61.     for (i = 0; i < 8; ++i)
  62.     {
  63.         s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));
  64.         gpio_set_value(gpio, 0);
  65. //        gpio_direction_output(gpio,0);
  66.         udelay(1);
  67.         gpio_set_value(gpio, 1);

  69.         s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(0));
  70. //        gpio_direction_input(gpio);
  71.         ret >>= 1;
  72.         if (gpio_get_value(gpio))
  73.         {
  74.             ret |= 0x80;
  75.         }
  76.         udelay(60);
  77.     }
  78.     s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));


  81.     return ret;
  82. }

  84. static ssize_t tem_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *offset)
  85. {
  86.     unsigned char low, high;

  88.     tem_reset();
  89.     udelay(420);
  90.     tem_wbyte(0xcc);
  91.     tem_wbyte(0x44);

  93.     mdelay(750);
  94.     tem_reset();
  95.     udelay(400);
  96.     tem_wbyte(0xcc);
  97.     tem_wbyte(0xbe);

  99.     low = tem_rbyte();
  100.     high = tem_rbyte();

  102.     *buf = low / 16 + high * 16;

  104.     *(buf + 1) = (low & 0x0f) * 10 / 16 + (high & 0x0f) * 100 / 16 % 10;
  105.     return 0;
  106. }

  108. static struct file_operations tem_fops =
  109. {
  110.     .owner    = THIS_MODULE,
  111.     .read    = tem_read,
  112. };

  114. static int __init tem_init(void)
  115. {
  116.     int result;
  117.     devno = MKDEV(major, 0);

  119.     result = register_chrdev_region(devno, 1, DEVICE_NAME);
  120.     if (result)
  121.     {
  122.         printk("register failed\n");
  123.         return result;
  124.     }
  125.     cdev_init(&cdev, &tem_fops);
  126.     cdev.owner = THIS_MODULE;
  127.     cdev.ops = &tem_fops;
  128.     result = cdev_add(&cdev, devno, 1);
  129.     if (result)
  130.     {
  131.         printk("cdev add failed\n");
  132.         goto fail1;
  133.     }

  135.     tem_class = class_create(THIS_MODULE, "tmp_class");
  136.     if (IS_ERR(tem_class))
  137.     {
  138.         printk("class create failed\n");
  139.         goto fail2;
  140.     }

  142.     device_create(tem_class, NULL, devno, DEVICE_NAME, DEVICE_NAME);
  143.     return 0;
  144. fail2:
  145.     cdev_del(&cdev);
  146. fail1:
  147.     unregister_chrdev_region(devno, 1);
  148.     return result;
  149. }

  151. static void __exit tem_exit(void)
  152. {
  153.     device_destroy(tem_class, devno);
  154.     class_destroy(tem_class);
  155.     cdev_del(&cdev);
  156.     unregister_chrdev_region(devno, 1);
  157. }

  159. module_init(tem_init);
  160. module_exit(tem_exit);

  162. MODULE_LICENSE("GPL");
  163. MODULE_AUTHOR("gjianw217@163.com");
  164. MODULE_DESCRIPTION("DS18B20 driver");
復制代碼

2 測試程序

  1. #include "stdio.h"
  2. #include "sys/types.h"
  3. #include "sys/ioctl.h"
  4. #include "stdlib.h"
  5. #include "termios.h"
  6. #include "sys/stat.h"
  7. #include "fcntl.h"
  8. #include "sys/time.h"

  10. main()
  11. {
  12.     int fd;
  13.     unsigned char buf[2]={0};
  14.     float result;

  16.     if ((fd=open("/dev/DS18B20",O_RDWR | O_NDELAY | O_NOCTTY)) < 0)
  17.     {
  18.         printf("Open Device DS18B20 failed.\r\n");
  19.         exit(1);
  20.     }
  21.     else
  22.     {
  23.         printf("Open Device DS18B20 successed.\r\n");
  24.         while(1)
  25.         {
  26.             read(fd, buf, sizeof(buf));
  27.             printf("%d.%d C\r\n", buf[0], buf[1]);
  28.             sleep(1);
  29.         }
  30.         close(fd);
  31.     }
  32. }
復制代碼

3 Makefile


  1. #DS18B20 Makefile
  2. ARCH=arm
  3. CROSS_COMPILE=/home/ok210/arm-2009q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-
  4. APP_COMPILE=/home/ok210/arm-2009q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-
  5. #obj-m := app-drv.o
  6. obj-m := ds18b20-drv.o
  7. #KDIR := /path/to/kernel/linux/
  8. KDIR := /home/ok210/android-kernel-samsung-dev/
  9. PWD := $(shell pwd)
  10. default:
  11.         make -C $(KDIR) M=$(PWD) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) modules
  12. app:ds18b20-app.c
  13.         $(APP_COMPILE)gcc -o app ds18b20-app.c
  14. clean:
  15.         $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clea

復制代碼



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