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【组件】onewire(单总线)抽象

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我是靠谱客的博主 正直牛排，最近开发中收集的这篇文章主要介绍【组件】onewire(单总线)抽象，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

1.前言

  onewire(单总线) 是DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术总线，顾名思义，它是采用一根信号线进行通信，既传输时钟信号又传输数据，而且能够进行双向通信，具有节省I/O口线、资源结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。常用到单总线的器件，一般是温度传感器、EEPROM、唯一序列号芯片等，如DS18B20、DS2431。

  在使用单总线时，往往很少CPU会提供硬件单总线，几乎都是根据单总线标准的时序图，通过普通IO翻转模拟实现单总线。而在模式实现时序图的过程中，需要根据CPU时钟频率等条件进行时序时间计算，如果更换CPU后，需要重新计算时序时间，如果时序代码和器件外设控制代码集成在一起，则代码改动比较大。或者同一CPU需要模拟多根单总线时，传统的“复制”方式使得程序显得累赘，还增加ROM占用空间。因此，可以利用“函数指针”的方式，将时序部分抽象出来，达到“复用”代码的效果，减少重复代码编写。

2.onewire 抽象

2.1 onewire 结构体
  onewire结构体主要是对与PCU底层相关的操作抽象分离，调用时只需将该结构体地址（指针）作为函数入口参数，通过该指针实现对底层函数的回调。该结构体我们命名为“struct ops_onewire_dev”，其原型如下：

struct ops_onewire_dev
{
	void (*set_sdo)(int8_t state);
    uint8_t (*get_sdo)(void);
    void (*delayus)(uint32_t us);
};

其中：
1）set_sdo：IO输出1bit，包括时钟和数据。
2）get_sdo：IO输入1bit，包括时钟和数据。
3）delayus：时序延时函数，根据CPU频率进行计算。

2.2 onewire 对外接口

extern uint8_t ops_onewire_reset(struct ops_onewire_dev *onewire);
extern int ops_onewire_read(struct ops_onewire_dev *onewire,void *buff,int size);
extern int ops_onewire_write(struct ops_onewire_dev *onewire,void *buff,int size);

1）分别为复位函数、读函数、写函数。
2）入口首参数为“struct ops_onewire_dev”结构体指针，此部分就是硬件层相关，需要后期初始化的.
3）其余入口参数易于理解，读/写缓存及数据大小。

2.3 onewire 抽象接口实现
  分别实现上述三者函数接口。

 2.3.1 复位函数

   复位函数，在单总线初始化外设器件时需要用到，用于判断总线与器件是否通信上，类似“握手”的动作。如图，为DS18B20的复位时序图，以下与单总线相关的时序图，都是以DS18B20为例，因为此芯片为单总线应用的经典。
*
这里写图片描述
                           复位时序图
  根据时序图，实现复位函数。


/**
  * @brief  单总线复位时序
  * @param  onewire 总线结构体指针
  * @retval 成功返回0
*/
uint8_t ops_onewire_reset(struct ops_onewire_dev *onewire)
{
	uint8_t ret = 0;
	
	onewire->set_sdo(1);
	onewire->delayus(50);
	onewire->set_sdo(0);
	onewire->delayus(500);
	onewire->set_sdo(1);
	onewire->delayus(40);
	ret = onewire->get_sdo();
	onewire->delayus(500);
	onewire->set_sdo(1);
	return ret;
}

 2.3.2 读函数

   读函数即以该函数，通过单总线从外设上读取数据，至于代码的实现，完全是时序图的实现，无特殊难点。先实现单字节读函数，再通过调用单字节读函数实现多字节读函数。
这里写图片描述
                           读时序图

/**
  * @brief  单总线读取一字节数据
  * @param  onewire 总线结构体指针
  * @retval 返回读取的数据
*/
static char ops_onewire_read_byte(struct ops_onewire_dev *onewire)
{
	char data = 0;
	uint8_t i;
	
	for(i=8;i>0;i--)
	{
		data >>= 1;
		onewire->set_sdo(0);
		onewire->delayus(5);
		onewire->set_sdo(1);
		onewire->delayus(5);
		if(onewire->get_sdo())
			data |= 0x80;
		else
			data &= 0x7f;
		onewire->delayus(65);
		onewire->set_sdo(1);
	}
	return data;
}

/**
  * @brief  读取多字节
  * @param  onewire 总线结构体指针
  * @param  buff 存放数据缓存
  * @param  size 数据大小
  * @retval 返回读取到的数据大小
*/
int ops_onewire_read(struct ops_onewire_dev *onewire,void *buff,int size)
{
	int i;
	char *p = (char*)buff;	
	for(i=0;i<size;i++)
		p[i++]=ops_onewire_read_byte(onewire);
	return i;
}

 2.3.3 写函数

   写函数与读函数同理，即以该函数，通过单总线往外设写入数据，至于代码的实现，完全是时序图的实现，无特殊难点。先实现单字节写函数，再通过调用单字节写函数实现多字节写函数。

这里写图片描述
                           写时序图

/**
  * @brief  单总线写一字节
  * @param  onewire 总线结构体指针
  * @param  data 待写数据
  * @retval 返回读取的数据
*/
static int ops_onewire_write_byte(struct ops_onewire_dev *onewire,char data)
{
	uint8_t i;
	
	for(i=8;i>0;i--)
	{
		onewire->set_sdo(0);
		onewire->delayus(5);
		if(data&0x01)
			onewire->set_sdo(1);
		else
			onewire->set_sdo(0);
		onewire->delayus(65);
		onewire->set_sdo(1);
		onewire->delayus(2);
		data >>= 1;
	}
	return 0;
}

/**
  * @brief  写多字节
  * @param  onewire 总线结构体指针
  * @param  buff 代写数据地址
  * @param  size 数据大小
  * @retval 写入数据大小
*/
int ops_onewire_write(struct ops_onewire_dev *onewire,void *buff,int size)
{
	int i;
	char *p = (char*)buff;
	for(i=0;i<size;i++)
	{
		if(ops_onewire_write_byte(onewire,p[i]) != 0)
		break;
	}
	return i;
}

  至此，onewire（单总线）抽象化完成，此部分代码与硬件层分离，亦可单独作为一个模块，移植到不同平台CPU时，也几乎无需改动。剩下部分工作则是实现“struct ops_onewire_dev”中的函数指针原型，即可使用一根单总线。

3.onewire 抽象应用
  以STM32F1为例，实现上述抽象接口。

3.1 “struct ops_onewire_dev” 实现

  此部分即是与硬件相关部分，不同CPU平台改动该部分即可，如从51单片机移植到STM32上。下面涉及到的IO宏，是对应IO的宏定义，如“ONEWIRE1_PORT”、“ONEWIRE1_PIN”，实际使用的是PC13 IO口。
 3.1.1 IO输出

static void gpio_set_sdo(int8_t state)
{
    if (state)
		GPIO_SetBits(ONEWIRE1_PORT,ONEWIRE1_PIN); 
    else
		GPIO_ResetBits(ONEWIRE1_PORT,ONEWIRE1_PIN); 
}

 3.1.2 IO输入

static uint8_t gpio_get_sdo(void)
{
    return (GPIO_ReadInputDataBit(ONEWIRE1_PORT,ONEWIRE1_PIN));
}

 3.1.3 延时函数

static void gpio_delayus(uint32_t us)
{
#if 1  /* 不用系统延时时，开启 */
    volatile int32_t i;
	
    for (; us > 0; us--)
    {
	    i = 30;  //mini 17
        while(i--);
    }
#else
		delayus(us);
#endif
}

3.1 onewire 总线初始化

 3.1.1 onewire 抽象相关

第一步：定义一个“struct ops_onewire_dev”结构体类型变量（全局）——onewire1_dev。

struct ops_onewire_dev onewire1_dev;

第二步：实例化“onewire1_dev”中的函数指针。

onewire1_dev.get_sdo = gpio_get_sdo;
onewire1_dev.set_sdo = gpio_set_sdo;
onewire1_dev.delayus = gpio_delayus;

第三步：使用时，通过传入“onewire1_dev”地址（指针）即可。

 3.1.2 onewire 基础相关

   初始基础部分，与使用的CPU硬件相关，如时钟、IO方向等。

/**
  * @brief  初始化单总线
  * @param  none
  * @retval none
*/
void stm32f1xx_onewire1_init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;										
	RCC_APB2PeriphClockCmd(ONEWIRE1_RCC,ENABLE);		

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ONEWIRE1_PIN;
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;	   		
  	GPIO_Init(ONEWIRE1_PORT, &GPIO_InitStructure);						   				
	ONEWIRE1_PORT->BSRR = ONEWIRE1_PIN;						
	
	/* device init */
	onewire1_dev.get_sdo = gpio_get_sdo;
	onewire1_dev.set_sdo = gpio_set_sdo;
	onewire1_dev.delayus = gpio_delayus;
}

4.onewire 使用

  经过前面的步骤后，我们已经通过IO口翻转，模拟实现了一根单总线——“onewire1_dev”，以DS18B20为例，调用第一部分中三者接口，实现对DS18B20的操作。

4.1 DS18B20操作

  对于DS18B20，不陌生，即是温度传感器，不多赘述，使用的功能主要是作为温度检测，另外还有其内部的唯一序列号会作为同一总线上挂多个DS18B20时的“地址”识别。亦可把DS18B20的唯一序列号作为模块、产品、通信总线等的唯一标识使用。因此，代码也是主要实现这两个功能。


#include "onewire_hw.h"
#include "ds18b20.h"

static uint8_t ds18b20_start(void)
{   	
	char reg;
    ops_onewire_reset(&onewire1_dev); 	   
						
	reg = 0xcc;	/* 跳过ROM */
	ops_onewire_write(&onewire1_dev,&reg,1);
	reg = 0x44;	/* 温度转换指令 */
	ops_onewire_write(&onewire1_dev,&reg,1);   					
	return 0;
}

/**
  * @brief  读取温度
  * @param  none
  * @retval 温度值，浮点型
*/
float ds18b20_readtemp(void)
{
    uint8_t 	tl,th,sign;
	uint16_t	reg_temp;	
	char reg;
	float temp;
	
	ds18b20_start();
	ops_onewire_reset(&onewire1_dev); 
	reg = 0xcc;
	ops_onewire_write(&onewire1_dev,&reg,1);	/* 跳过ROM */
	reg = 0xbe;
	ops_onewire_write(&onewire1_dev,&reg,1);	/* 读取RAM */
	ops_onewire_read(&onewire1_dev,&tl,1);		/* 低8位数据 */
	ops_onewire_read(&onewire1_dev,&th,1); 		/* 高8位数据 */
	if(th > 7)
	{/* - */
		th = ~th;
		tl = ~tl + 1; 
		sign = 0;											  
	}
	else 
	{/* + */
		sign = 1;			
	}		
	reg_temp = (th<<8) | tl;
	temp = reg_temp * 0.0625f; 
	if(sign)
	{
		return temp; 					 
	}
	else 
	{
		return -temp;   
	}
}
 
/**
  * @brief  读唯一序列号
  * @param  rom 返回序列号缓存
  * @retval none
*/
void ds18b20_readrom(char *rom)
{
	uint8_t i;
	char reg;
	
	ops_onewire_reset(&onewire1_dev);
	reg = 0x33;
	ops_onewire_write(&onewire1_dev,&reg,1);
	for (i = 0;i < 8;i++)
	{
		ops_onewire_read(&onewire1_dev,&rom[i],1);		
	}	
}

  至此，完成单总线的抽象分层使用。

5.参考源码

[1] https://github.com/Prry/drivers-for-mcu

最后

以上就是正直牛排为你收集整理的【组件】onewire(单总线)抽象的全部内容，希望文章能够帮你解决【组件】onewire(单总线)抽象所遇到的程序开发问题。

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本图文内容来源于网友提供，作为学习参考使用，或来自网络收集整理，版权属于原作者所有。
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