DS18B20 Driver for Linux

花了近50小时才完成了DS18B20测温模块的驱动，主要是因为对时序的掌握不是很熟练，耽误了很多时间。

后来实用示波器仔细校准了每一段时序才得到满意的结果，小小的庆祝一下。

下面给大家分享一下心得

实验平台

Mini2440 with linux

DS18B20数据手册

115

引脚连线

将DS18B20的DQ脚(2号脚)与GPF0相连（也可以选择其他GPIO口）

GND（1号脚）接开发板的GND（3号脚）

VDD（3号脚）接开发板的5V（1号脚）

供电（Powering）

DS18B20支持两种供电模式，一种是寄生供电(parasite power)，另一种是外部供电(external power)。寄生供电是将18b20的1,3脚接地直接“窃取”DQ上的电压，这种方式操作起来似乎不太稳定。所以我使用了外部电源供电（开发板上正好有5V的直流电源比较方便）

1-WIRE BUS SYSTEM(单总线系统)

这个比较有意思，一般的总线系统都会将时钟线和数据线分开，而单总线系统的DQ线甚至还能供电 - -

所以对DS18B20的所有操作都是通过这一条总线，相对而言还是非常简单的。

下面分析各种时序 - -

初始化(INITIALIZATION)

对于DS18B20初始化是所有命令的初始操作，它由两个部分组成：主机发送的重启脉冲和从机的应答脉冲时序图：

操作过程：注意，对DQ脚的操作需要打开上拉电阻（pull up）
1.由主机拉低DQ脚持续至少480us，然后释放总线（拉高引脚）
2.18b20检测到上升沿后会向主机发送一个应答脉冲，拉低总线60-240us，也就是说驱动程序需要在释放总线后60-240us内进行采样。
3.复位DQ

初始化代码：

/* 初始化DQ18B20，返回0表示初始化成功1表示失败 */
unsigned int init_ds18b20(void)
{
	unsigned int dat = 0;

DQ_OUT;
DQ_H; //复位DQ
udelay(10);

DQ_L; //拉低DQ，发出reset脉冲
udelay(600);

DQ_H;
udelay(65);

DQ_IN; //设置DQ为输入，准备读取presence脉冲
dat = DQ_STA; //读取DQ状态，dat=0表示初始化成功，dat=1 表示失败
udelay(50);

DQ_OUT;
DQ_H; //复位DQ
udelay(50);

return dat;
}

写时隙(WRITE TIME SLOTS)写1或0，一般向18b20中写入一个命令，需要8个写数据，即写入一个字节。写时隙至少持续60us，同时需要1us的恢复间隔时序图：

操作过程： 1.不论写1还是写0，写时隙都由主机拉低总线开始。
2.写0，主机拉低总线后，需保持低电平60-120us，然后释放DQ，恢复高电平
3.写1，主机拉低总线后，需在15us内释放总线，18b20会在15-60us内对总线进行取样

写字节代码：

/* Write a char */
void write_char(unsigned char dat)
{
	unsigned int i = 0;
	DQ_OUT;
	for(i=8;i>0;i--){
		DQ_L;		//拉低DQ，开始写时序
		udelay(10);

if(dat&0x01)
DQ_H; //拉高DQ，写1
else
DQ_L; //拉低DQ，写0
udelay(60);
DQ_H; //复位DQ
udelay(10);
dat >>=1;
}
}

读时隙(READ TIME SLOTS)一般每次从DS18B20中读出8位数据，读时隙至少持续60us，同时需要1us的恢复间隔时序图：

操作过程： 1.读时隙由主机拉低总线至少1us后释放（拉高总线），完成初始化
2.然后18b20会开始向总线传输数据，保持总线高电平为1，拉低总线为0
3.主机取样（过程需要精确延时，下面细讲）
4.复位DQ

详细取样过程：上图表示，由ds18b20传回的数据在15us内有效，主机最好在结束前的几微秒内取样，这样才能获得精确的结果。

读字节代码：

/* Read a char  */
unsigned char read_char(void)
{
	unsigned int i= 0;
	unsigned char dat = 0;
	for(i=8;i>0;i--){
		DQ_OUT;
		DQ_L;
		udelay(2);

dat >>=1;
DQ_H;
udelay(2);

DQ_IN;
udelay(10);
if(DQ_STA)
dat |=0x80;
udelay(60);
}
return dat;
}

驱动中用到的命令SKIP ROM [CCh] 跳过读取ROM过程，由于总线上只有一个18b20，所以不需要读取rom进行匹配 CONVERT T [44h] 温度转换命令，18b20接受到44h命令后立刻开始温度转换，在过程中，如果主机发起读时隙，18b20返回0表示正在转换，返回1表示转换完成注意：18b20转换速度不是很快我在驱动中加了700ms的延时才得到正确的结果。 READ SCRATCHPAD [BEh] 读取寄存器指令，18b20会顺次将各寄存器的数据在读时隙中传回给主机。
以下是18b20 memory map：

如上图所示，如果仅需读取温度，我们只用在BE指令后读出两个字节，就可以得到所需的温度。

关于温度的格式：

十六位的温度在寄存器中是这样保存的，所以读取之后我们需要对数值进行转换，驱动只负责将数据传回用户空间。

驱动源码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include

#include #include #include #include #include #include

/* 引脚相关定义 */
#define DQ S3C2410_GPF(0)
#define DQ_OUTP S3C2410_GPIO_OUTPUT
#define DQ_INP S3C2410_GPIO_INPUT

/* 设置DQ引脚为输出 */
#define DQ_OUT s3c2410_gpio_cfgpin(DQ,DQ_OUTP)
/* 设置DQ引脚为输入 */
#define DQ_IN s3c2410_gpio_cfgpin(DQ,DQ_INP)
/* 打开上拉电阻 */
#define DQ_UP s3c2410_gpio_pullup(DQ,1)
/* 读取DQ状态 */
#define DQ_STA s3c2410_gpio_getpin(DQ)
/* 拉低DQ */
#define DQ_L s3c2410_gpio_setpin(DQ,0)
/* 拉高DQ */
#define DQ_H s3c2410_gpio_setpin(DQ,1)

/* 设备名称 */
#define DEV_NEME “ds18b20”

struct ds18b20_dev{
dev_t devno; //设备号
int major; //主设备号
char *data; //缓冲区
struct cdev cdev; //内嵌字符设备结构
};

struct ds18b20_dev *ds18b20_device;

/* 初始化DQ18B20，返回0表示初始化成功1表示失败 */
unsigned int init_ds18b20(void)
{ unsigned int dat = 0;

DQ_OUT;
DQ_H; //复位DQ
udelay(10);

DQ_L; //拉低DQ，发出reset脉冲
udelay(600);

DQ_H;
udelay(65);

DQ_IN; //设置DQ为输入，准备读取presence脉冲
dat = DQ_STA; //读取DQ状态，dat=0表示初始化成功，dat=1 表示失败
udelay(50);

DQ_OUT;
DQ_H; //复位DQ
udelay(50);

return dat;
}

/* Write a char */
void write_char(unsigned char dat)
{ unsigned int i = 0;
DQ_OUT;
for(i=8;i>0;i–){
DQ_L; //拉低DQ，开始写时序
udelay(10);

if(dat&0x01)
DQ_H; //拉高DQ，写1
else
DQ_L; //拉低DQ，写0
udelay(60);
DQ_H; //复位DQ
udelay(10);
dat >>=1;
}
}

/* Read a char */
unsigned char read_char(void)
{ unsigned int i= 0;
unsigned char dat = 0;
for(i=8;i>0;i–){
DQ_OUT;
DQ_L;
udelay(2);

dat >>=1;
DQ_H;
udelay(2);

DQ_IN;
udelay(10);
if(DQ_STA)
dat |=0x80;
udelay(60);
}
return dat;
}

/* Read temperature */
int read_temperature(void)
{ unsigned int msb =0;
unsigned int lsb =0;

if(init_ds18b20()){
printk(KERN_WARNING “DS18B20:init_ds18b20 failed1”);
return -1;
}
write_char(0xCC); //跳过读取ROM
write_char(0x44); //开始温度转换

/* 此处必须有一个较长的延时，等待温度转换完成
* 不然可能读出默认值1360 */
msleep_interruptible(900); //此处延时较长，应该改用非忙等待。感谢aimybee提醒～
if(init_ds18b20()){
printk(KERN_WARNING “DS18B20:init_ds18b20 failed2”);
return -1;
}
write_char(0xCC); //跳过读取ROM
write_char(0xBE); //读取寄存器
lsb = read_char(); //前两个寄存器的值分别为温度的低位和高位
msb = read_char();

msb <<=8;
return msb+lsb;
}

int ds18b20_open(struct inode *inode,struct file *filp)
{ DQ_UP; //打开上拉电阻
DQ_OUT;
return 0;
}

ssize_t ds18b20_read(struct file *filp,char __user *buf ,size_t count , loff_t *f_pos)
{ int temperature;

temperature = read_temperature();
sprintf(ds18b20_device->data,”%dn”,temperature);

if(temperature < 0){
printk(KERN_WARNING “DS18B20:Read temperature failed!”);
return -EFAULT;
}
if(copy_to_user(buf,ds18b20_device->data,sizeof(ds18b20_device->data))){
return -EFAULT;
}
return sizeof(ds18b20_device->data);
}

struct file_operations ds18b20_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = ds18b20_read,
.open = ds18b20_open,
};

int __init init_module(void)
{ int result,err;
/* 初始化ds18b20_device 结构体 */
ds18b20_device = kmalloc(sizeof(struct ds18b20_dev),GFP_KERNEL);
if(!ds18b20_device){
result = -ENOMEM;
goto fail_malloc_device;
}
memset(ds18b20_device,0,sizeof(struct ds18b20_dev));

cdev_init(&ds18b20_device->cdev,&ds18b20_fops);
ds18b20_device->cdev.owner = THIS_MODULE;
/* 分配设备号 */
result = alloc_chrdev_region(&ds18b20_device->devno,0,1,DEV_NEME);
ds18b20_device->major = MAJOR(ds18b20_device->devno);
if(result <0 ){
printk(KERN_WARNING “DS18b20:cat’t get major %d”,ds18b20_device->major);
return result;
}
printk(KERN_INFO “DS18b20:major = %d “,ds18b20_device->major);
/* 分配缓冲区 */
ds18b20_device->data = kmalloc(20,GFP_KERNEL);
if(!ds18b20_device->data){
result = -ENOMEM;
goto fail_malloc_data;
}
memset(ds18b20_device->data,0,20);

err = cdev_add(&ds18b20_device->cdev,ds18b20_device->devno,1);
if(err)
printk(KERN_WARNING “DS18b20:Error %d adding ds18b20”,err);

printk(KERN_INFO “DS18b20:init_module”);
return result;

fail_malloc_data:
kfree(ds18b20_device->data);
fail_malloc_device:
unregister_chrdev_region(ds18b20_device->devno,1);
kfree(ds18b20_device);
return result;
}

void __exit cleanup_module(void)
{ unregister_chrdev_region(ds18b20_device->devno,1);
kfree(ds18b20_device->data);
kfree(ds18b20_device);
printk(KERN_INFO “DS18b20:cleanup_module”);
}

module_init(init_module);
module_exit(cleanup_module);

MODULE_AUTHOR(“Issac”);
MODULE_LICENSE(“GPL”);

部署驱动将驱动源码拷贝到 kernel_source/driver/char 中
然后在Kconfig中添加如下命令

config DS18B20
	tristate "Driver for DS18B20"
	help
	  Say Y here to include support for the DS18B20 Programmable Resolution
	  1-Wire Digital Thermometer
	  It is also possible to say M here to build it as a module (ds18b20)

然后在Makefile 中添加

obj-$(CONFIG_DS18B20)		+= ds18b20.o

回到源码根目录
执行meke menuconfig，选上对ds18b20的支持

测试驱动使用mknod 命令创建设备节点后(注意在/proc/devices中查看设备号)
然后 cat 18b20
就可以读出温度了。

DS18B20 Driver for Linux

DS18B20 Driver for Linux

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