基于A(yíng)RM9+Linux的DS18B20驅動(dòng)程序設計

摘要：本文介紹了Linux設備驅動(dòng)程序的類(lèi)型和文件操作接口函數，以及驅動(dòng)程序的基本開(kāi)發(fā)過(guò)程。以ARM9為平臺，基于Linux2.6.30開(kāi)發(fā)DS18B20的驅動(dòng)程序，以模塊的形式加載到內核，最后通過(guò)應用層調用驅動(dòng)程序，獲得溫度數據。

關(guān)鍵詞：Linux;DS18B20;驅動(dòng)

引言

隨著(zhù)嵌入式技術(shù)的發(fā)展，基于A(yíng)RM和Linux的嵌入式產(chǎn)品越來(lái)越多，DS18B20溫度采集傳感器在工業(yè)和生活上應用廣泛，研究開(kāi)發(fā)基于A(yíng)RM9和Linux的DS18B20的驅動(dòng)程序可以滿(mǎn)足大部分溫度采集平臺的應用。

1 Linux設備驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程

Linux操作系統通過(guò)各種驅動(dòng)程序來(lái)操作硬件設備，它屏蔽了各種設備，設備驅動(dòng)程序是操作系統內核和硬件之間的接口。從應用程序來(lái)看，硬件只是一個(gè)設備文件，應用程序可以像操作普通文件一樣操作硬件設備。

1.1 設備的分類(lèi)

Linux看待設備可區分為3種基本設備類(lèi)型，分別為字符設備、塊設備和網(wǎng)絡(luò )設備：

①字符設備：字符設備是一種可以當作一個(gè)字節流來(lái)存取的設備，相當于一個(gè)文件，字符設備驅動(dòng)通常實(shí)現open、close、read和write系統調用;

②塊設備：如同字符設備，塊設備通過(guò)位于/dev目錄的文件系統結點(diǎn)來(lái)存取，塊設備驅動(dòng)程序主要通過(guò)傳輸固定大小的隨機數據來(lái)訪(fǎng)問(wèn)設備，塊設備驅動(dòng)程序是核心內存與其他存儲介質(zhì)之間的管道;

③網(wǎng)絡(luò )設備：網(wǎng)絡(luò )接口和一個(gè)已經(jīng)掛載的塊設備類(lèi)似，網(wǎng)絡(luò )接口使用特定的內核數據結構注冊，與外界進(jìn)行數據交換時(shí)調用，與塊設備只響應來(lái)自?xún)群说恼埱蟛煌?，Linux內核的網(wǎng)絡(luò )子系統被設計成完全與協(xié)議無(wú)關(guān)，網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序異步地接收來(lái)自外界的數據包。

1.2 字符設備開(kāi)發(fā)過(guò)程

本項目開(kāi)發(fā)的驅動(dòng)程序都是字符設備驅動(dòng)程序，因此簡(jiǎn)單介紹字符設備的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

1.2.1 重要的文件操作接口函數file_operation

file_operation是一個(gè)字符驅動(dòng)如何建立底層驅動(dòng)與應用程序連接的結構體，包含以下重要的函數接口：

①int(*open)(struct inode*，struct file*)：打開(kāi)設備操作。

②ssize_t(*read)(struct file*，char__user*，size_t，loff_t*)：從設備中獲取數據，非負返回值代表成功讀取的字節數。

③ssize_t(*write)(struct file*，const char__user*，size_t，loff_t*)：發(fā)送數據給設備，非負返回值代表成功寫(xiě)入的字節數。

④int(* ioctl)(struct inode*，struct file*，unsigned int，unsigned long)：系統調用提供了發(fā)出設備特定命令的方法。

1.2.2 設備打開(kāi)與關(guān)閉

open方法在應用程序調用open()系統調用時(shí)被調用，作用是打開(kāi)設備;release方法在應用程序調用close()系統調用時(shí)被調用，作用是關(guān)閉設備。

1.2.3 驅動(dòng)程序與應用程序交換數據

交換的方式最直接的方法是在struct file_operation中的read/write方法中與用戶(hù)空間的buffer進(jìn)行數據的交換：

unsigned long copy_to_user(void__user*to，const void*from，unsigned long count)：從內核空間拷貝數據到用戶(hù)空間;

unsigned long copy_from_user(void*to，const void__user*from，unsigned long count)：從用戶(hù)空間拷貝數據到內核空間;

1.2.4 設備控制ioctl

設備控制接口如下：

①應用程序調用接口：int ioctl(int fd，unsigned longcmd，…)：

②設備驅動(dòng)的相應接口：int(*ioctl)(struct inode*inode，struct file*filp，unsigned int cmd，unsigned long arg)。

應用程序通過(guò)ioctl發(fā)送命令，從而調用驅動(dòng)接口的ioctl。

因此，在Linux字符設備驅動(dòng)程序中主要實(shí)現open、read、write和ioctl函數分別對應Linux系統調用的open、read、write和ioctl來(lái)完成數據交互和設備操作。

2 溫度傳感器驅動(dòng)軟件設計

DS18B20采用獨特的單總線(xiàn)接口方式，每只DS18B20都有一個(gè)唯一存儲在ROM中的64位編碼。最前面8位是單線(xiàn)系列編碼：28H，接著(zhù)的48位是一個(gè)唯一的序列號，最后8位是以上56位的CRC編碼。通過(guò)單線(xiàn)總線(xiàn)端口訪(fǎng)問(wèn)DS18B20的協(xié)議如下：

①初始化;

②發(fā)送ROM操作指令;

③發(fā)送DS18B20功能指令。

主要功能指令，如表1所列。

根據DS18B20的讀寫(xiě)協(xié)議以及操作指令和功能指令，可以得出DS18B20的復位過(guò)程如圖1所示，寫(xiě)操作流程如圖2所示，讀操作流程如圖3所示。

根據DS18B20復位、讀寫(xiě)操作過(guò)程，利用Linux編寫(xiě)DS18B20驅動(dòng)程序。過(guò)程描述如下。

(1)復位操作流程

①設總線(xiàn)為輸出模式;

②向總線(xiàn)發(fā)送一個(gè)上升沿，保持高電平100 ms;

③向總線(xiàn)發(fā)送一個(gè)下降沿，保持低電平800 ms;

④向總線(xiàn)發(fā)送一個(gè)上升沿，延時(shí)100 ms;

⑤設總線(xiàn)為輸入模式;

⑥判斷總線(xiàn)狀態(tài)，如果為低電平，則復位成功。

(2)寫(xiě)操作流程

①設總線(xiàn)為輸出模式，并設置8次循環(huán);

②向總線(xiàn)發(fā)送一個(gè)下降沿，保持低電平;

③判斷寫(xiě)入數據是0還是1，如果是1，則向總線(xiàn)發(fā)送一個(gè)上升沿，保持高電平;如果是0，則保持總線(xiàn)低電平不變;

④延時(shí)60 ms，設總線(xiàn)為高電平，再延時(shí)15 ms;

⑤循環(huán)操作步驟②～④;

⑥設總線(xiàn)為高電平。

(3)讀操作流程

①設循環(huán)次數為8;

②設總線(xiàn)為輸出，向總線(xiàn)發(fā)送一個(gè)下降沿，保持低電平，并延時(shí)1 ms;

③向總線(xiàn)發(fā)送一個(gè)上升沿，并設為輸入;

④讀總線(xiàn)狀態(tài)，并保存為1位，并延時(shí)60 ms;

⑤循環(huán)操作步驟②～④，讀取1個(gè)字節數據。