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

原创 2015-12-24 09:30:00 [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]功能篇(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
在 [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：

 

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
  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");
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"

  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. }
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



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