[OK210开发板体验]功能篇(4)Linux字符驱动之DS18B20温度传感器驱动

前面进行了OK210开发板体验的入门篇介绍,算是初步入门,分别包含:

    [OK210开发板体验]入门篇(1):开箱验板
    [OK210开发板体验]入门篇(2):板载资源

    [OK210开发板体验]
入门篇(3)开发环境(软件安装,开发环境,烧写系统

    [OK210开发板体验]入门篇(4):编程入门(NFS登录,驱动入门) 
    [OK210开发板体验]
功能篇(1):Linux字符驱动之Led
   
 [OK210开发板体验]功能(2):Linux字符驱动之Key按键
    [OK210开发板体验]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
 [OK210开发板体验]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:

 

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()                查看#lsmod
           alloc_chrdev_region()                   查看#cat /proc/devices
           register_chrdev()
        注销函数:
           unregist_chrdev_region() 
           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() 
            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()  class_device_create()  将存放于/dev  查看#ls /dev
        删除节点
           device_destroy()  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±05℃。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—55 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DS18B2064位序列号均不相同。64ROM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1560 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
  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>

  10. #define    DEVICE_NAME "DS18B20"

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

  15. unsigned int gpio=S5PV210_MP04(3);

  16. void tem_reset(void)
  17. {
  18.     s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));
  19.     gpio_set_value(gpio, 1);
  20.     //gpio_direction_output(gpio,1);
  21.     udelay(100);
  22.     gpio_set_value(gpio, 0);
  23.     udelay(600);
  24.     gpio_set_value(gpio, 1);
  25.     udelay(100);
  26.     s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(0));
  27. //    gpio_direction_input(gpio);
  28. }

  29. void tem_wbyte(unsigned char data)
  30. {
  31.     int i;

  32.     s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));
  33.     for (i = 0; i < 8; ++i)
  34.     {
  35.         gpio_set_value(gpio, 0);
  36.         udelay(1);

  37.         if (data & 0x01)
  38.         {
  39.             gpio_set_value(gpio, 1);
  40.         }
  41.         udelay(60);
  42.         gpio_set_value(gpio, 1);
  43.         udelay(15);
  44.         data >>= 1;
  45.     }
  46.     gpio_set_value(gpio, 1);
  47. }

  48. unsigned char tem_rbyte(void)
  49. {
  50.     int i;
  51.     unsigned char ret = 0;

  52.     for (i = 0; i < 8; ++i)
  53.     {
  54.         s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));
  55.         gpio_set_value(gpio, 0);
  56. //        gpio_direction_output(gpio,0);
  57.         udelay(1);
  58.         gpio_set_value(gpio, 1);

  59.         s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(0));
  60. //        gpio_direction_input(gpio);
  61.         ret >>= 1;
  62.         if (gpio_get_value(gpio))
  63.         {
  64.             ret |= 0x80;
  65.         }
  66.         udelay(60);
  67.     }
  68.     s3c_gpio_cfgpin(gpio, S3C_GPIO_SFN(1));


  69.     return ret;
  70. }

  71. static ssize_t tem_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *offset)
  72. {
  73.     unsigned char low, high;

  74.     tem_reset();
  75.     udelay(420);
  76.     tem_wbyte(0xcc);
  77.     tem_wbyte(0x44);

  78.     mdelay(750);
  79.     tem_reset();
  80.     udelay(400);
  81.     tem_wbyte(0xcc);
  82.     tem_wbyte(0xbe);

  83.     low = tem_rbyte();
  84.     high = tem_rbyte();

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

  86.     *(buf + 1) = (low & 0x0f) * 10 / 16 + (high & 0x0f) * 100 / 16 % 10;
  87.     return 0;
  88. }

  89. static struct file_operations tem_fops =
  90. {
  91.     .owner    = THIS_MODULE,
  92.     .read    = tem_read,
  93. };

  94. static int __init tem_init(void)
  95. {
  96.     int result;
  97.     devno = MKDEV(major, 0);

  98.     result = register_chrdev_region(devno, 1, DEVICE_NAME);
  99.     if (result)
  100.     {
  101.         printk("register failed\n");
  102.         return result;
  103.     }
  104.     cdev_init(&cdev, &tem_fops);
  105.     cdev.owner = THIS_MODULE;
  106.     cdev.ops = &tem_fops;
  107.     result = cdev_add(&cdev, devno, 1);
  108.     if (result)
  109.     {
  110.         printk("cdev add failed\n");
  111.         goto fail1;
  112.     }

  113.     tem_class = class_create(THIS_MODULE, "tmp_class");
  114.     if (IS_ERR(tem_class))
  115.     {
  116.         printk("class create failed\n");
  117.         goto fail2;
  118.     }

  119.     device_create(tem_class, NULL, devno, DEVICE_NAME, DEVICE_NAME);
  120.     return 0;
  121. fail2:
  122.     cdev_del(&cdev);
  123. fail1:
  124.     unregister_chrdev_region(devno, 1);
  125.     return result;
  126. }

  127. static void __exit tem_exit(void)
  128. {
  129.     device_destroy(tem_class, devno);
  130.     class_destroy(tem_class);
  131.     cdev_del(&cdev);
  132.     unregister_chrdev_region(devno, 1);
  133. }

  134. module_init(tem_init);
  135. module_exit(tem_exit);

  136. MODULE_LICENSE("GPL");
  137. MODULE_AUTHOR("gjianw217@163.com");
  138. MODULE_DESCRIPTION("DS18B20 driver");
复制代码

2 测试程序

  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"

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

  14.     if ((fd=open("/dev/DS18B20",O_RDWR | O_NDELAY | O_NOCTTY)) < 0)
  15.     {
  16.         printf("Open Device DS18B20 failed.\r\n");
  17.         exit(1);
  18.     }
  19.     else
  20.     {
  21.         printf("Open Device DS18B20 successed.\r\n");
  22.         while(1)
  23.         {
  24.             read(fd, buf, sizeof(buf));
  25.             printf("%d.%d C\r\n", buf[0], buf[1]);
  26.             sleep(1);
  27.         }
  28.         close(fd);
  29.     }
  30. }
复制代码

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

复制代码