STM32基于onewire單總線的數(shù)據(jù)抽象實(shí)例簡析

1.前言

onewire(單總線) 是DALLAS公司推出的外圍串行擴(kuò)展總線技術(shù)總線，顧名思義，它是采用一根信號線進(jìn)行通信，既傳輸時(shí)鐘信號又傳輸數(shù)據(jù)，而且能夠進(jìn)行雙向通信，具有節(jié)省I/O口線、資源結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

常用到單總線的器件，一般是溫度傳感器、EEPROM、唯一序列號芯片等，如DS18B20、DS2431。

在使用單總線時(shí)，往往很少CPU會提供硬件單總線，幾乎都是根據(jù)單總線標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)序圖，通過普通IO翻轉(zhuǎn)模擬實(shí)現(xiàn)單總線。而在模式實(shí)現(xiàn)時(shí)序圖的過程中，需要根據(jù)CPU時(shí)鐘頻率等條件進(jìn)行時(shí)序時(shí)間計(jì)算，如果更換CPU后，需要重新計(jì)算時(shí)序時(shí)間，如果時(shí)序代碼和器件外設(shè)控制代碼集成在一起，則代碼改動比較大。

或者同一CPU需要模擬多根單總線時(shí)，傳統(tǒng)的“復(fù)制”方式使得程序顯得累贅，還增加ROM占用空間。因此，可以利用“函數(shù)指針”的方式，將時(shí)序部分抽象出來，達(dá)到“復(fù)用”代碼的效果，減少重復(fù)代碼編寫。

2.onewire 抽象

2.1 onewire 結(jié)構(gòu)體

onewire結(jié)構(gòu)體主要是對與CPU底層相關(guān)的操作抽象分離，調(diào)用時(shí)只需將該結(jié)構(gòu)體地址（指針）作為函數(shù)入口參數(shù)，通過該指針實(shí)現(xiàn)對底層函數(shù)的回調(diào)。該結(jié)構(gòu)體我們命名為“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輸出1bit，包括時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。 2）get_sdo：IO輸入1bit，包括時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。 3）delayus：時(shí)序延時(shí)函數(shù)，根據(jù)CPU頻率進(jìn)行計(jì)算。 回調(diào)函數(shù)相關(guān)文章：C語言技巧之回調(diào)函數(shù)

2.2 onewire 對外接口

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);
externintops_onewire_write(structops_onewire_dev*onewire,void*buff,intsize);

1）分別為復(fù)位函數(shù)、讀函數(shù)、寫函數(shù)。

2）入口首參數(shù)為“struct ops_onewire_dev”結(jié)構(gòu)體指針，此部分就是硬件層相關(guān)，需要后期初始化的.

3）其余入口參數(shù)易于理解，讀/寫緩存及數(shù)據(jù)大小。

2.3 onewire 抽象接口實(shí)現(xiàn)

分別實(shí)現(xiàn)上述三者函數(shù)接口。

2.3.1 復(fù)位函數(shù)

復(fù)位函數(shù)，在單總線初始化外設(shè)器件時(shí)需要用到，用于判斷總線與器件是否通信上，類似“握手”的動作。如圖，為DS18B20的復(fù)位時(shí)序圖，以下與單總線相關(guān)的時(shí)序圖，都是以DS18B20為例，因?yàn)榇诵酒瑸閱慰偩€應(yīng)用的經(jīng)典。 根據(jù)時(shí)序圖，實(shí)現(xiàn)復(fù)位函數(shù)。

/**
  * @brief  單總線復(fù)位時(shí)序
  * @param  onewire 總線結(jié)構(gòu)體指針
  * @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 讀函數(shù)

讀函數(shù)即以該函數(shù)，通過單總線從外設(shè)上讀取數(shù)據(jù)，至于代碼的實(shí)現(xiàn)，完全是時(shí)序圖的實(shí)現(xiàn)，無特殊難點(diǎn)。先實(shí)現(xiàn)單字節(jié)讀函數(shù)，再通過調(diào)用單字節(jié)讀函數(shù)實(shí)現(xiàn)多字節(jié)讀函數(shù)。

/**
  * @brief  單總線讀取一字節(jié)數(shù)據(jù)
  * @param  onewire 總線結(jié)構(gòu)體指針
  * @retval 返回讀取的數(shù)據(jù)
*/
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  讀取多字節(jié)
  * @param  onewire 總線結(jié)構(gòu)體指針
  * @param  buff 存放數(shù)據(jù)緩存
  * @param  size 數(shù)據(jù)大小
  * @retval 返回讀取到的數(shù)據(jù)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


	

	2.3.3 寫函數(shù)

	寫函數(shù)與讀函數(shù)同理，即以該函數(shù)，通過單總線往外設(shè)寫入數(shù)據(jù)，至于代碼的實(shí)現(xiàn)，完全是時(shí)序圖的實(shí)現(xiàn)，無特殊難點(diǎn)。先實(shí)現(xiàn)單字節(jié)寫函數(shù)，再通過調(diào)用單字節(jié)寫函數(shù)實(shí)現(xiàn)多字節(jié)寫函數(shù)。



	

/**
  * @brief  單總線寫一字節(jié)
  * @param  onewire 總線結(jié)構(gòu)體指針
  * @param  data 待寫數(shù)據(jù)
  * @retval 返回讀取的數(shù)據(jù)
*/
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  寫多字節(jié)
  * @param  onewire 總線結(jié)構(gòu)體指針
  * @param  buff 代寫數(shù)據(jù)地址
  * @param  size 數(shù)據(jù)大小
  * @retval 寫入數(shù)據(jù)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
 至此，onewire（單總線）抽象化完成，此部分代碼與硬件層分離，亦可單獨(dú)作為一個(gè)模塊，移植到不同平臺CPU時(shí)，也幾乎無需改動。剩下部分工作則是實(shí)現(xiàn)“struct ops_onewire_dev”中的函數(shù)指針原型，即可使用一根單總線。

	

	3.onewire 抽象應(yīng)用

	以STM32F1為例，實(shí)現(xiàn)上述抽象接口。

	3.1 “struct ops_onewire_dev” 實(shí)現(xiàn)

	此部分即是與硬件相關(guān)部分，不同CPU平臺改動該部分即可，如從51單片機(jī)移植到STM32上。下面涉及到的IO宏，是對應(yīng)IO的宏定義，如“ONEWIRE1_PORT”、“ONEWIRE1_PIN”，實(shí)際使用的是PC13 IO口。

	3.1.1 IO輸出

	

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輸入

	

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


	

	3.1.3 延時(shí)函數(shù)

	

static void gpio_delayus(uint32_t us)
{
#if 1  /* 不用系統(tǒng)延時(shí)時(shí)，開啟 */
    volatile int32_t i;
 
    for (; us > 0; us--)
    {
     i = 30;  //mini 17
        while(i--);
    }
#else
  delayus(us);
#endif
}

	

	3.2onewire 總線初始化

	3.2.1 onewire 抽象相關(guān)

	第一步：定義一個(gè)“struct ops_onewire_dev”結(jié)構(gòu)體類型變量（全局）——onewire1_dev。

	

struct ops_onewire_dev onewire1_dev;
 第二步：實(shí)例化“onewire1_dev”中的函數(shù)指針。

onewire1_dev.get_sdo=gpio_get_sdo; onewire1_dev.set_sdo=gpio_set_sdo; onewire1_dev.delayus=gpio_delayus; 第三步：使用時(shí)，通過傳入“onewire1_dev”地址（指針）即可。

	

	3.2.2 onewire 基礎(chǔ)相關(guān)

	初始基礎(chǔ)部分，與使用的CPU硬件相關(guān)，如時(shí)鐘、IO方向等。

	

/**
  * @brief  初始化單總線
  * @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

	經(jīng)過前面的步驟后，我們已經(jīng)通過IO口翻轉(zhuǎn)，模擬實(shí)現(xiàn)了一根單總線——“onewire1_dev”，以DS18B20為例，調(diào)用第一部分中三者接口，實(shí)現(xiàn)對DS18B20的操作。

	4.1 DS18B20操作

	對于DS18B20，不陌生，即是溫度傳感器，不多贅述，使用的功能主要是作為溫度檢測，另外還有其內(nèi)部的唯一序列號會作為同一總線上掛多個(gè)DS18B20時(shí)的“地址”識別。 亦可把DS18B20的唯一序列號作為模塊、產(chǎn)品、通信總線等的唯一標(biāo)識使用。因此，代碼也是主要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能。

	

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


static uint8_t ds18b20_start(void)
{    
 char reg;
    ops_onewire_reset(&onewire1_dev);     
      
 reg = 0xcc; /* 跳過ROM */
 ops_onewire_write(&onewire1_dev,®,1);
 reg = 0x44; /* 溫度轉(zhuǎn)換指令 */
 ops_onewire_write(&onewire1_dev,®,1);        
 return 0;
}


/**
  * @brief  讀取溫度
  * @param  none
  * @retval 溫度值，浮點(diǎn)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,®,1); /* 跳過ROM */
 reg = 0xbe;
 ops_onewire_write(&onewire1_dev,®,1); /* 讀取RAM */
 ops_onewire_read(&onewire1_dev,&tl,1);  /* 低8位數(shù)據(jù) */
 ops_onewire_read(&onewire1_dev,&th,1);   /* 高8位數(shù)據(jù) */
 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  讀唯一序列號
  * @param  rom 返回序列號緩存
  * @retval none
*/
void ds18b20_readrom(char *rom)
{
 uint8_t i;
 char reg;
 
 ops_onewire_reset(&onewire1_dev);
 reg = 0x33;
 ops_onewire_write(&onewire1_dev,®,1);
 for (i = 0;i < 8;i++)
 {
  ops_onewire_read(&onewire1_dev,&rom[i],1);  
 } 
}
 至此，完成單總線的抽象分層使用。

	

	







	審核編輯：劉清