RK3568驱动指南｜第十四篇单总线-第162章DS18B20驱动读时序编写

瑞芯微RK3568芯片是一款定位中高端的通用型SOC，采用22nm制程工艺，搭载一颗四核Cortex-A55处理器和Mali G52 2EE 图形处理器。RK3568 支持4K 解码和 1080P 编码，支持SATA/PCIE/USB3.0 外围接口。RK3568内置独立NPU，可用于轻量级人工智能应用。RK3568 支持安卓 11 和 linux 系统，主要面向物联网网关、NVR 存储、工控平板、工业检测、工控盒、卡拉 OK、云终端、车载中控等行业。

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第162章DS18B20驱动读时序编写

在上个章节中完善了DS18B20驱动的写时序，在本小节中将完善DS18B20的读时序。

162.1 读时序分析

DS18B20数据手册中关于读取的时序图如下所示：

关于DS18B20有读0和读1两种时序，他们的时序是不同的，接下来首先对前半部分读0进行分析。

步骤1：主机拉低总线，从高电平变成低电平，且有时间限制，要确保拉低的时间最少为1微秒

步骤2：主机释放总线，从机拉低总线，15us以内主机完成采样工作，如果这时候从机仍旧处于拉低总线的状态，则采集到的就是0.

步骤3：拉高总线，恢复总线的高电平状态，且要求读操作必须大于60毫秒。

总结出的读取0操作代码如下所示：

unsigned char ds18b20_readbit(void) {unsigned char bit;        gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);// 将 GPIO 方向设置为输出        gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);// 将 GPIO 输出设置为低电平        udelay(2);// 延时 2 微秒        gpiod_direction_input(ds18b20->ds18b20_gpio);// 将 GPIO 方向设置为输入   udelay(10);// 延时 10 微秒       bit = gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio);// 读取 GPIO 的值作为位(bit)       udelay(60);// 延时 60 微秒return bit;
}

然后来对读1的步骤进行分析：

步骤1：主机拉低总线，从高电平变成低电平，且有时间限制，要确保拉低的时间最少为1微秒

步骤2：通过电阻进行上拉，15us以内主机完成采样工作，如果这时候处于电阻上拉的状态，则采集到的就是1

总结出的读1操作代码如下所示：

unsigned char ds18b20_readbit(void) {unsigned char bit;        gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);// 将 GPIO 方向设置为输出        gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);// 将 GPIO 输出设置为低电平        udelay(2);// 延时 2 微秒        gpiod_direction_input(ds18b20->ds18b20_gpio);// 将 GPIO 方向设置为输入   bit = gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio);// 读取 GPIO 的值作为位(bit)       return bit;
}

综合上面读1和读0操作的代码以及时序图，可以将两个代码进行整合在一起，整合之后的代码如下所示，大家可以神奇的发现该函数和读0中的函数是相同的。

unsigned char ds18b20_readbit(void) {unsigned char bit;        gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);// 将 GPIO 方向设置为输出        gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);// 将 GPIO 输出设置为低电平        udelay(2);// 延时 2 微秒        gpiod_direction_input(ds18b20->ds18b20_gpio);// 将 GPIO 方向设置为输入   udelay(10);// 延时 10 微秒       bit = gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio);// 读取 GPIO 的值作为位(bit)       udelay(60);// 延时 60 微秒return bit;
}

但这样修改之后的代码仅仅只能读取一个字符，如果要读取8位字符就需要连续使用8次该函数，而为了更方便，可以重新添加一个函数，从而直接读取一个字节的数据，具体内容如下所示：

/*** 从 DS18B20 读取单个位(bit)* @return 读取到的位(bit)，0 或 1*/
unsigned char ds18b20_readbit(void) {unsigned char bit;        gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);// 将 GPIO 方向设置为输出        gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);// 将 GPIO 输出设置为低电平        udelay(2);// 延时 2 微秒        gpiod_direction_input(ds18b20->ds18b20_gpio);// 将 GPIO 方向设置为输入   udelay(10);// 延时 10 微秒       bit = gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio);// 读取 GPIO 的值作为位(bit)       udelay(60);// 延时 60 微秒return bit;
}/*** 从 DS18B20 读取一个字节(byte)数据* @return 读取到的字节数据*/
int ds18b20_readbyte(void) {int data = 0;int i;for (i = 0; i < 8; i++) {// 读取单个位(bit)并根据位的位置进行左移操作data |= ds18b20_readbit() << i;}return data;
}

至此，关于DS18B20的读操作相关函数就编写完成了，会在下个小节编写填加写时序相关函数的驱动。

162.2 DS18b20驱动读时序编写

本实验对应的网盘路径为：iTOP-RK3568开发板【底板V1.7版本】\03_【iTOP-RK3568开发板】指南教程\02_Linux驱动配套资料\04_Linux驱动例程\97_ds18b20_04\

编写完成的ds18b20.c代码如下所示:

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/gpio/consumer.h> // 添加此头文件
#include <linux/delay.h>struct ds18b20_data
{dev_t dev_num;struct cdev ds18b20_cdev;struct class *ds18b20_class;struct device *ds18b20_device;struct gpio_desc *ds18b20_gpio;
};struct ds18b20_data *ds18b20;void ds18b20_reset(void)
{// 设置 GPIO 方向为输出，输出低电平gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);udelay(700); // 延迟 700 微秒// 设置 GPIO 输出高电平，并将 GPIO 方向设置为输入gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);gpiod_direction_input(ds18b20->ds18b20_gpio);// 等待直到 GPIO 输入为低电平while (gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio));// 等待直到 GPIO 输入为高电平while (!gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio));udelay(480); // 延迟 480 微秒
}/*** 向 DS18B20 写入单个位(bit)* @param bit 要写入的位(bit)，0 或 1*/
void ds18b20_writebit(unsigned char bit) {// 将 GPIO 方向设置为输出gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);// 将 GPIO 输出设置为指定的位(bit)gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);// 若 bit 为 1，则延时 10 微秒if (bit){udelay(10);// 将 GPIO 方向设置为输出gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);}// 延时 65 微秒udelay(65);// 将 GPIO 方向设置为输出gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);// 延时 2 微秒udelay(2);
}/*** 向 DS18B20 写入一个字节(byte)数据* @param data 要写入的字节数据*/
void ds18b20_writebyte(int data) {int i;for (i = 0; i < 8; i++) {// 逐位写入数据ds18b20_writebit(data & 0x01);data = data >> 1;}
}/*** 从 DS18B20 读取单个位(bit)* @return 读取到的位(bit)，0 或 1*/
unsigned char ds18b20_readbit(void) {unsigned char bit;        gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);// 将 GPIO 方向设置为输出        gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);// 将 GPIO 输出设置为低电平        udelay(2);// 延时 2 微秒        gpiod_direction_input(ds18b20->ds18b20_gpio);// 将 GPIO 方向设置为输入   udelay(10);// 延时 10 微秒       bit = gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio);// 读取 GPIO 的值作为位(bit)       udelay(60);// 延时 60 微秒return bit;
}/*** 从 DS18B20 读取一个字节(byte)数据* @return 读取到的字节数据*/
int ds18b20_readbyte(void) {int data = 0;int i;for (i = 0; i < 8; i++) {// 读取单个位(bit)并根据位的位置进行左移操作data |= ds18b20_readbit() << i;}return data;
}int ds18b20_open(struct inode *inode, struct file *file)
{return 0;
}ssize_t ds18b20_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offs)
{return 0;
}int ds18b20_release(struct inode *inode, struct file *file)
{return 0;
}struct file_operations ds18b20_fops = {.open = ds18b20_open,.read = ds18b20_read,.release = ds18b20_release,.owner = THIS_MODULE,
};int ds18b20_probe(struct platform_device *dev)
{int ret;printk("This is probe \n");// 分配内存给ds18b20_data结构体ds18b20 = kzalloc(sizeof(*ds18b20), GFP_KERNEL);if (ds18b20 == NULL){printk("kzalloc error\n");ret = -ENOMEM;goto error_0;}// 分配字符设备号ret = alloc_chrdev_region(&ds18b20->dev_num, 0, 1, "myds18b20");if (ret < 0){printk("alloc_chrdev_region error\n");ret = -EAGAIN;goto error_1;}// 初始化字符设备cdev_init(&ds18b20->ds18b20_cdev, &ds18b20_fops);ds18b20->ds18b20_cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_add(&ds18b20->ds18b20_cdev, ds18b20->dev_num, 1);// 创建设备类ds18b20->ds18b20_class = class_create(THIS_MODULE, "sensors");if (IS_ERR(ds18b20->ds18b20_class)){printk("class_create error\n");ret = PTR_ERR(ds18b20->ds18b20_class);goto error_2;}// 创建设备ds18b20->ds18b20_device = device_create(ds18b20->ds18b20_class, NULL, ds18b20->dev_num, NULL, "ds18b20");if (IS_ERR(ds18b20->ds18b20_device)){printk("device_create error\n");ret = PTR_ERR(ds18b20->ds18b20_device);goto error_3;}// 获取GPIO描述符ds18b20->ds18b20_gpio = gpiod_get_optional(&dev->dev, "ds18b20", 0);if (ds18b20->ds18b20_gpio == NULL){ret = -EBUSY;goto error_4;}// 设置GPIO方向为输出gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);return 0;error_4:device_destroy(ds18b20->ds18b20_class, ds18b20->dev_num);error_3:class_destroy(ds18b20->ds18b20_class);error_2:cdev_del(&ds18b20->ds18b20_cdev);unregister_chrdev_region(ds18b20->dev_num, 1);error_1:kfree(ds18b20);error_0:return ret;
}const struct of_device_id ds18b20_match_table[] = {{.compatible = "ds18b20"},{},
};struct platform_driver ds18b20_driver = {.driver = {.owner = THIS_MODULE,.name = "ds18b20",.of_match_table = ds18b20_match_table,},.probe = ds18b20_probe,
};static int __init ds18b20_init(void)
{int ret;// 注册平台驱动ret = platform_driver_register(&ds18b20_driver);if (ret < 0){printk("platform_driver_register error\n");return -1;}return 0;
}static void __exit ds18b20_exit(void)
{// 释放资源gpiod_put(ds18b20->ds18b20_gpio);device_destroy(ds18b20->ds18b20_class, ds18b20->dev_num);class_destroy(ds18b20->ds18b20_class);cdev_del(&ds18b20->ds18b20_cdev);unregister_chrdev_region(ds18b20->dev_num, 1);kfree(ds18b20);platform_driver_unregister(&ds18b20_driver);
}module_init(ds18b20_init);
module_exit(ds18b20_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

由于读时序的实验需要后续的知识作为支撑，所以会在下个小节的驱动中完善温度读取相关的函数之后，再进行测试。