Linux下的DS18B20 驱动设计
目录
1 DS18B20 特性介绍
2 IO属性配置
3 和linux相关的驱动代码实现
4 驱动程序Makefile
5 测试代码实现
6 测试代码Makefile
7 测试驱动
系统环境：
使用Linux内核： linux-imx-4.1.15-2.1.0-g3dc0a4b-v2.7.tar.bz2
硬件：正点原子ATK-DL6Y2C开发板
内核启动位置：eMMC
使用GPIO4_PIN19作为DS18B20 DQ的IO
1 DS18B20 特性介绍
硬件接口：
实物连接图：
操控DS18B20注意点 ：
1） 在一条数据线上，可以连接多个DS18B20。每个DS18B20都内嵌不同的ID，所以需要先选择某个 DS18B20。如果只有一个DS18B20，就不需要选择。
2） 访问DS18B20的流程为：启动温度转换、读取温度。 怎么启动温度转换？方法如下：
3) 时序操作注意点：
深黑色线表示由主机驱动信号，浅灰色线表示由DS18B20驱动信号。最开始时引脚是高电平，想要开始传输信号：必须要拉低至少480us，这是复位信号；然后拉高释放总线，等待15~60us之后，如果GPIO上连有DS18B20芯片，它会拉低60~240us：这就是回应。如果主机在最后检查到60～240us的低脉冲回应信号，则表示DS18B20初始化成功。
初始化设备步骤：
step-1: Master 拉低电平时间 480us < TX < 960 us
step-2：MCU IO设置为输入，此时IO会自动拉高（DS18B20 IO和上拉电阻连接，会置高IO), MCU等待ds18b20响应是否在线。
step-3: DS18B20发送在线信息（MCU IO读到低电平），该电平持续时间 60us < Tx < 240 us
写命令操作：
bit-0: 拉低至少60us(写周期为60-120us) bit-1: 先拉低至少1us，然后拉高，整个写周期至少为60us
读数据操作：
step-1: 主机先拉低IO电平，其只持续至少1us（建议10us）
step-2: 配置IO输入，MCU读取DS18B20 DQ上的电平
2 IO属性配置
1）定义IO相关寄存器的地址
选择GPIO4_PIN19作为DS18B20的数据控制引脚，现在对该引脚进行配置
/***************************************************************
Copyright 2024-2029. All rights reserved.
文件名 : drv_03_ds18b20.c
作者 : [email protected]
版本 : V1.0
描述 : ds18b20 驱动程序, GPIO4_PIN19-----ds18b20 port
其他 : 无
日志 : 初版V1.0 2024/1/24
使用方法：
typedef struct{
unsigned short temperatureVal; //温度数据, 真实值val = temperatureVal *0.0625
int sign; //符号位,1: 负数， 0： 正数
}Ds18b20Struc;
Ds18b20Struc ds_struc;
void convert_temp()
{
read(fd, &ds_struc, sizeof(Ds18b20Struc));
printf("ds18b20 Value: %.02f, sign: %d \n", ds_struc.temperatureVal*0.0625,
ds_struc.sign);
}
***************************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MODE_NAME "ds18b20" // dev/ds18b20
#define DEVICE_CNT 1
#define CCM_CCGR3_BASE (0x20C4074) // GPIO端口时钟配置
#define IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_CSI_VSYNC_BASE (0x20E01DC) // IO_PIN 功能属性配置
#define IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_CSI_VSYNC_BASE (0x20E0468) // IO_PIN 电平属性配置
#define GPIO4_GDIR_BASE (0x20A8004) // GPIO 方向属性配置
#define GPIO4_DR_BASE (0x20A8000) // GPIO 数据寄存器
#define PIN_SEC 19 // GPIO - 19
static void __iomem *CCM_CCGR;
static void __iomem *IOMUXC_SW_MUX_CTL ;
static void __iomem *IOMUXC_SW_PAD_CTL ;
static void __iomem *GPIO_GDIR;
static void __iomem *GPIO_DR;
typedef struct{
unsigned short temperatureVal; // 温度数据, 真实值val = temperatureVal *0.0625
int sign; // 符号位,1: 负数， 0： 正数
}Ds18b20Struc;
/* 1. struds18b20设备结构体 */
struct struds18b20_dev
{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
};
static struct struds18b20_dev struds18b20; /* structure ds18b20 设备 */ 2）初始化IO的属性
static void gpio_init( void )
{
unsigned int temp;
/*
gpio port: GPIO4-PIN-19
*/
// remap the register address to MCU
CCM_CCGR = ioremap(CCM_CCGR3_BASE, 4);
IOMUXC_SW_MUX_CTL = ioremap(IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_CSI_VSYNC_BASE, 4);
IOMUXC_SW_PAD_CTL = ioremap(IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_CSI_VSYNC_BASE, 4);
GPIO_GDIR = ioremap(GPIO4_GDIR_BASE, 4);
GPIO_DR = ioremap(GPIO4_DR_BASE, 4);
/*
step-1:
使能GPIO-4 CLOCK
register CCM_CCGR3
Address: 20C_4000h base + 74h offset = 20C_4074h
CG6: bit[13:12] = 0b11
*/
temp = readl(CCM_CCGR);
temp &= ~(3 << 12); /* 清除以前的设置 */
temp |= (3<<12); /* 设置新值 */
writel(temp, CCM_CCGR);
/*
step-2:
设置GPIO4_PIN20为IO
register IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_CSI_HSYNC
Address: 20E_0000h base + 1E0h offset = 20E_01E0h
MUX_MODE: bit[3:0] = 0b0101
*/
temp = readl(IOMUXC_SW_MUX_CTL);
temp &=~(0xf);
temp |= 0x05;
writel(temp, IOMUXC_SW_MUX_CTL);
/*
step-3:
设置GPIO_GDIR，配置该IO为 in/out
Address: Base address + 4h offset
0 INPUT — GPIO is configured as input.
1 OUTPUT — GPIO is configured as output.
*/
temp = readl(GPIO_GDIR);
temp |= (1< 0 ? true:false;
} 2) DS18B20硬件驱动代码实现
static void tempudelay(int usecs)
{
int pre,last;
pre = ktime_get_boot_ns();
while(1){
last = ktime_get_boot_ns();
if( (last - pre) >= (usecs*1000))
break;
}
}
static int ds18b20_wait_for_ack(void)
{
int timeout_count = 500;
gpio_set_input();
/* 如果是高电平,等待 */
while (get_pin_data() && --timeout_count)
{
udelay(1);
}
if (!timeout_count)
return -1;
/* 现在是低电平 */
timeout_count = 500;
while (!get_pin_data() && --timeout_count)
{
udelay(1);
}
if (!timeout_count)
return -1;
return 0;
}
static int ds18b20_check( void )
{
gpio_set_output();
set_pin_data(0);
tempudelay(480);
if (ds18b20_wait_for_ack())
return -1;
else
return 0;
}
static void ds18b20_write_byte( unsigned char byte)
{
unsigned char k;
// write data bit
gpio_set_output();
for ( k = 0; k < 8; k++ )
{
if (byte & (1<sign = 0;
if (temp2 > 0x7f) //最高位为1时温度是负
{
temp1 = ~temp1; //补码转换，取反加一
temp2 = ~temp2+1;
pdsStruc->sign = 1;
}
//read tempeture value
tempval = ((temp2 << 8) | temp1);
printk(" [%s line %d ] read value: 0x%04x \r\n",
__FUNCTION__, __LINE__, (u16)tempval);
pdsStruc->temperatureVal = tempval;
local_irq_restore(flags);
return true;
} 3 和linux相关的驱动代码实现
static ssize_t ds18b20_read_val (struct file *file, char __user *buf,
size_t size, loff_t *offset)
{
Ds18b20Struc dsStruc;
bool result;
result = ds18b20_process( &dsStruc );
if( result ){
result = copy_to_user(buf, &dsStruc, sizeof(Ds18b20Struc));
}
return sizeof(Ds18b20Struc);
}
static int ds18b20_drv_open(struct inode *node, struct file *file)
{
//init device hardware
printk(" [%s line %d ] open the devices! \r\n",__FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
static int ds18b20_drv_close(struct inode *node, struct file *file)
{
printk(" %s line %d \r\n", __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
/* 2. 定义自己的 file_operations 结构体 */
static struct file_operations ds18b20drv_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = ds18b20_drv_open,
.read = ds18b20_read_val,
.release = ds18b20_drv_close,
};
/* 4. 把 file_operations 结构体告诉内核：注册驱动程序 */
/* 5. 安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */
static int __init ds18b20_drv_init(void)
{
printk("[%s line %d ] initial ds18b20 devices! \r\n",__FUNCTION__, __LINE__);
/* 初始化硬件资源 */
gpio_init();
/* 注册字符设备驱动 */
/* 1、创建设备号 */
if (struds18b20.major)
{
/* 定义了设备号 */
struds18b20.devid = MKDEV(struds18b20.major, 0);
register_chrdev_region(struds18b20.devid, DEVICE_CNT, MODE_NAME);
}
else
{
/* 没有定义设备号，自动申请设备号 */
alloc_chrdev_region(&struds18b20.devid, 0, DEVICE_CNT, MODE_NAME);
struds18b20.major = MAJOR(struds18b20.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
struds18b20.minor = MINOR(struds18b20.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}
printk("struds18b20 major=%d,minor=%d \r\n", struds18b20.major, struds18b20.minor);
/* 2、初始化cdev */
struds18b20.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&struds18b20.cdev, &ds18b20drv_drv);
/* 3、添加一个cdev */
cdev_add(&struds18b20.cdev, struds18b20.devid, DEVICE_CNT);
/* 4、创建类 */
struds18b20.class = class_create(THIS_MODULE, MODE_NAME);
if (IS_ERR(struds18b20.class))
{
return PTR_ERR(struds18b20.class);
}
/* 5、创建设备 */
struds18b20.device = device_create(struds18b20.class, NULL,
struds18b20.devid, NULL,
MODE_NAME);
if (IS_ERR(struds18b20.device))
{
return PTR_ERR(struds18b20.device);
}
return 0;
}
/* 6. 有入口函数就有出口函数：卸载驱动程序时就会去调用这个出口函数 */
static void __exit ds18b20_drv_exit(void)
{
printk("[%s line %d ] exit ds18b20 drvices driver!\r\n",__FUNCTION__, __LINE__);
gpio_uninit();
/* 注销字符设备驱动 */
cdev_del(&struds18b20.cdev); /* 删除cdev */
unregister_chrdev_region(struds18b20.devid, DEVICE_CNT); /* 注销设备号 */
device_destroy(struds18b20.class, struds18b20.devid);
class_destroy(struds18b20.class);
}
/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */
module_init(ds18b20_drv_init);
module_exit(ds18b20_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("[email protected]");4 驱动程序Makefile
PWD := $(shell pwd)
KERNEL_DIR=/home/mftang/linux_workspace/study_atk_dl6y2c/kernel/atk-dl6u2c
ARCH=arm
CROSS_COMPILE=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-
export ARCH CROSS_COMPILE
obj-m:=drv_03_ds18b20.o
all:
$(MAKE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm -rf .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.order *.symvers5 测试代码实现
/***************************************************************
Copyright 2024-2029. All rights reserved.
文件名 : test_03_ds18b20.c
作者 : [email protected]
版本 : V1.0
描述 : ds18b20 driver 测试程序,用于测试 drv_03_ds18b20
日志 : 初版V1.0 2024/1/24
使用方法 : ./test_03_ds18b20
***************************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define devices "/dev/ds18b20"
typedef struct{
unsigned short temperatureVal; //温度数据, 真实值val = temperatureVal *0.0625
int sign; //符号位,1: 负数， 0： 正数
}Ds18b20Struc;
void convert_temp( Ds18b20Struc *pStru )
{
printf("ds18b20 Value: %.02f, sign: %d \n", pStru->temperatureVal*0.0625,
pStru->sign);
}
int main(void)
{
int fd;
int count_run = 10000;
int len;
Ds18b20Struc ds_struc;
fd = open(devices, 0);
if (fd == -1){
printf("can not open file: %s \n", devices);
return -1;
}
while( count_run > 0)
{
len = read(fd, &ds_struc, sizeof(Ds18b20Struc));
count_run--;
if (len > 0) {
convert_temp(&ds_struc);
}
else {
perror("read ds18b20 device fail!\n");
}
sleep(1);
}
close(fd);
return 0;
} 6 测试代码Makefile
CFLAGS= -Wall -O2
CC=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc
STRIP=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-strip
test_03_ds18b20: test_03_ds18b20.o
$(CC) $(CFLAGS) -o test_03_ds18b20 test_03_ds18b20.o
$(STRIP) -s test_03_ds18b20
clean:
rm -f test_03_ds18b20 test_03_ds18b20.o7 测试驱动
1）使用NFS服务器，将驱动程序和测试发送到板卡中
2）装载驱动程序，运行测试代码
