Linux内核实践（一）驱动DS18B20传感器的完整流程解析（涵盖字符设备、单总线、设备树等）

  

一、单总线知识点及概念

   在 Linux 中，“单总线”（One-Wire Bus）指的是一种串行通信总线标准，通常被用于与具有低数据速率需求的设备进行通信。它是一种由 Dallas Semiconductor（现在是 Maxim Integrated 的一部分）开发的通信协议。

1. 特点

（1）单线通信: 单总线协议只使用一条数据线（再加上一个地线）进行通信，既可以用来传输数据，也可以用来提供电源。这使得它非常适合于需要低成本和简单布线的应用场合。
（2）设备地址唯一性: 每个连接到单总线上的设备都有一个唯一的 64 位序列号，便于总线上挂载多个设备而不会发生冲突。
（3）半双工通信: 数据传输是半双工的，即同一时间数据只能在一个方向上传输。
（4）低速通信: 单总线的传输速率较低，通常在 16 kbps 左右。这适合传输速率要求不高的应用场景，如温度传感器数据传输。
（5）多设备连接: 单总线可以支持在同一条线上连接多个设备，这种特性非常适合需要监控多个传感器的应用。

2. 常见应用

   温度传感器: 最著名的单总线设备可能是 DS18B20，它是一个数字温度传感器，广泛应用于各种温度监控系统。
   电子标签: 单总线还常用于简单的电子标签和其他需要低数据速率、简单连接的设备。

3. Linux 中的支持

   在 Linux 系统中，One-Wire 总线设备通常通过 w1 子系统进行管理。w1 子系统提供了对 One-Wire 总线的内核支持，用户可以通过 /sys/bus/w1/devices/ 目录访问 One-Wire 设备。
   Linux 内核模块如 w1-gpio 提供了对使用 GPIO 引脚的 One-Wire 总线的支持，而 w1-therm 模块则提供对温度传感器如 DS18B20 的支持。

二、ds18b20温度传感器

1. 详情

   DS18B20 是一种数字温度传感器，广泛应用于各种温度监测场合。它的主要特点包括高精度、易用性和低成本，适用于嵌入式系统、物联网设备等场景。
   DS18B20 使用 One-Wire（单总线）通信协议，直接输出数字温度数据，而无需模数转换（ADC），这简化了与微控制器的接口设计。
   该传感器可以提供 9 到 12 位分辨率的温度数据，默认分辨率为 12 位，可通过配置更改。它的测量范围为 -55°C 到 +125°C，在 -10°C 到 +85°C 范围内的精度为 ±0.5°C。

2. 工作原理

DS18B20 通过单总线与主控设备（如微控制器或单板计算机）通信。它的工作流程一般如下：

（1）总线复位: 主控设备发送一个复位信号，复位所有连接在总线上的 DS18B20 设备。
（2）设备检测: DS18B20 响应复位信号，表明其存在。主控设备可以读取设备的唯一序列号。
（3）温度转换: 主控设备发送温度转换命令，DS18B20 开始测量温度并存储测量值。
（4）数据读取: 主控设备读取 DS18B20 的温度数据，数据以 9 至 12 位的格式提供，主控设备可以根据需要处理这些数据。

三、本节驱动涉及知识点

1. 字符设备驱动
2. 平台总线
3. 设备树
4. 解析设备树
5. gpio子系统
6. pinctrl子系统
7. 单总线协议

四、编写流程

1. 编写字符设备驱动框架，并完成平台总线驱动的注册。

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/kernel.h>     //内核
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>ssize_t my_read (struct file *fp, char __user *ubuf, size_t, loff_t * offset)
{}int my_open (struct inode *node, struct file *fp)
{return 0;
}ssize_t my_write(struct file *fp, const char __user *ubuf, size_t, loff_t *offset)
{}static const struct file_operations myfops={.read=my_read ,.write =my_write ,.open=my_open,
};struct miscdevice my_misc={.minor=MISC_DYNAMIC_MINOR,.fops=myfops,.name ="ds18b20_misc"
};int ds18b20_probe(struct platform_device *dev)
{int ret;ret=misc_register(&my_misc);if(ret <0){pr_err("misc_register error\n");return -1;}
}struct acpi_device_id ds18b20_id_table[]={{.compatible="ds18b20"},{NULL}
};struct platform_driver ds18b20_driver={.driver={.name="ds18b20",.owner=THIS_MODULE,.of_match_table= ds18b20_id_table,},.probe =ds18b20_probe};static int __init ds18b20_init(void)
{int ret;ret=platform_driver_register(&ds18b20_driver);   if (ret < 0) {pr_err("platform_device_register error\n");return -1;}return 0;
}static void __exit ds18b20_exit(void)
{platform_driver_unregister(&ds18b20_driver);}module__init(ds18b20_init);
module__exit(ds18b20_exit);MODULE_LICENSE("GPL");