36.2Linux單總線驅動DS18B20實驗(詳細講解代碼)_csdn

想必看過我很多次博客的同學，都知道了編寫驅動的流程！
這里我們還是按照以前的習慣來一步一步講解！
單總線驅動，在F103和51單片機的裸機開發中是經常見的。
linux驅動代碼編寫實際上就是，端對端的編程！
就是 硬件-連接-軟件
一開始是主芯片的設備樹和鏡像，配置硬件，該執行哪條總線，端口。
二就是編寫外設寫入或者讀取數據的文件，還有類似QT的代碼執行。
三就是需要把需要驅動的硬件目標和軟件操作文件進行匹配。也就是將第一步和第二步相匹配。

1、配置設備樹

打開 stm32mp157d-atk.dts 文件，把以下的內容添加到此文件中
Pasted image 20250904160715.png
與之前大多數不同的是，這里并不是節點追加的方式。是新創建的。
Pasted image 20250904160937.png
這里就不用配置鏡像了，因為沒有用到追加節點。就用到一個GPIO口。
一般來說下面我們這個代碼用到了platform框架，那么就需要用到pinctrl用來配置電氣屬性的，但是這里正點原子并沒有加pinctrl，可能是因為該引腳復位后默認就是 GPIO 功能，就無需 pinctrl 配置 “復用為 GPIO”，但是這樣并不規范！
編譯：

	make dtbs

Pasted image 20250428095407.png
復制到開發板中：

	sudo cp arch/arm/boot/dts/stm32mp157d-atk.dtb /home/chensir/linux/tftpboot/ -f

Pasted image 20250428095536.png
發現可以在設備樹下發現我們剛剛創建的節點；
Pasted image 20250904163310.png

2、DS18B20驅動編寫

之前的博客也是跟大家按照肌肉記憶來編寫程序！一步一步按照思路來編寫！
總代碼會放在最后。
為了讓大家更能明白，可以先對著總代碼，進行對我的寫代碼流程更加詳細得當！

2.1、頭文件

#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/errno.h>

可以看出頭文件用到了miscdevice.h，說明這個例程代碼用到了MISC子系統。

2.2、驅動注冊和注銷

因為我這個DS18B20外設的單總線是在linux沒有總線概念的，所以用platform總線來實現總線驅動框架，這個是前面已經講過的！這個僅僅為了簡化代碼量！
Pasted image 20250904165935.png
注冊和注銷一體化：這個意思是init和exit不用開發人員寫了！
可以看以下舉例代碼：
Pasted image 20250904170607.png

2.2.1、編寫platform_driver驅動結構體

Pasted image 20250904171055.png
其中流程是：
16行代碼：設備樹中的compatible值會與ds18b20_of_match下的compatible相匹配。
如下圖ds18b20_of_match的代碼：
Pasted image 20250904171625.png
其中MODULE_DEVICE_TABLE是聲明一下而已！
15行代碼：會在driver目錄下生成ds18b20。這個是驅動開發者自己編寫的!
和設備樹中的compatible沒有關系。
18~19行代碼：compatible值一旦匹配成功，就會執行probe和remove。(這些其實之前的驅動程序講解已經講過很多遍了)

2.2.2、編寫probe和remove函數

Pasted image 20250904173259.png

2.2.3、注冊和注銷字符驅動設備

我們這里用到的MISC子系統和platform框架，所以可以回顧。
Pasted image 20250904173832.png
Pasted image 20250904173924.png
Pasted image 20250904174001.png
我們用這個的同時需要在設備結構體中定義MISC設備。
雖然說MISC子系統幫開發人員自動設置了主設備號為10，但是子設備號、設備名、字符操作集還是得開發人員自己創建。

1、定義設備結構體

struct miscdevice mdev;
這里可以放在probe函數內，但是如果需要適應創建多個MISC設備，那么就放在設備結構體中；
Pasted image 20250906192028.png
這里我們要強調一下；
Pasted image 20250906193706.png
這兩種寫法要好好記一下！

2、配置probe和remove函數

這里我們先編譯測試一下；
Pasted image 20250906202001.png
發現并沒有問題！
Pasted image 20250906202028.png
接下來繼續完善probe和remove函數：
Pasted image 20250906202153.png
可以看到我們添加了名字、次設備號、字符操作集函數。
接下來注冊和注銷MISC設備：
Pasted image 20250906203450.png
Pasted image 20250906203501.png
==重點來了！！！==我們發現，只有在probe函數內，才動態分配了內存，在remove是沒有分配，不能傻傻的再用devm_kmallo函數了，在 probe 函數中動態分配的，remove 函數無法直接訪問，需要通過 platform_set_drvdata 和 platform_get_drvdata 傳遞指針。
接下來繼續完善：
在probe內使用 platform_set_drvdata(pdev, ds18b20_dev);
在remove內使用 ds18b20_dev = platform_get_drvdata(pdev);
Pasted image 20250906204142.png
Pasted image 20250906204201.png

3、配置字符操作集

目前這個單總線DS18B20，功能實現只需要讀數據就行，所以字符操作集只涉及，在本模塊下執行、open、release、read即可！
Pasted image 20250907111518.png
在完成寫完字符操作集之前，我們先來回顧DS18B20的時序，需要嚴格特定的時序，還有數據判定。然后再上傳數據。

4、獲取設備節點(設備樹屬性)

4.1、配置設備樹結構體

Pasted image 20250907124351.png

4.2、GPIO初始化

Pasted image 20250908182729.png
使用了 devm_gpio_request（帶 devm_ 前綴的資源申請函數）—— 這類函數申請的 GPIO 會與「設備生命周期」自動綁定，無需手動調用 gpio_free，內核會在設備卸載時自動釋放 GPIO。
這里知道了有關驅動的gpio信息，僅僅是能知道信息，并沒有驅動能力，所以要向內核申請權限來驅動gpio口。

5、配置DS18B20時序

熟悉DS18B20配置的同學就知道，需要嚴格的時序，還有高低電平轉換！所以接下來我們需要配置高低電平、定時器、還有可以把這個讀寫時序放到隊列里面！

5.1、配置輸入輸出

需要配置輸入輸出！
因為需要獲取DS18B20的溫度數據，所以需要判定GPIO的值。
Pasted image 20250908182803.png

5.2、獲取GPIO的值

Pasted image 20250908182825.png

5.3、設置定時器

Pasted image 20250907163750.png
Pasted image 20250907172045.png
Pasted image 20250907172053.png

5.4、配置工作隊列

Pasted image 20250907182702.png
Pasted image 20250907171737.png
Pasted image 20250907172156.png
Pasted image 20250907172221.png
其中：

   struct ds18b20_dev *ds18b20_dev = container_of(work, struct ds18b20_dev, work);container_of需要放在處理函數中，通過工作隊列（work）反向找到設備結構體（匹配設備）

Pasted image 20250908182935.png

5.5、完善定時任務

Pasted image 20250908183004.png

5.6、完成DS18B20的時序

5.6.1、初始化DS18B20

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5.6.2、寫入一位數據

Pasted image 20250908183055.png

5.6.3、讀取一位數據

Pasted image 20250908183105.png

5.6.4、寫一個字節到DS18B20

Pasted image 20250908183121.png

5.6.5、從DS18B20讀取一個字節

Pasted image 20250908183135.png

5.7、完善字符操作集

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Pasted image 20250908183205.png
Pasted image 20250908183215.png

5.8、完善工作隊列

Pasted image 20250908183241.png
編譯生成ko文件：

make

復制到

sudo cp ds18b20.ko /home/chensir/linux/nfs/rootfs/lib/modules/5.4.31/

6、編寫測試 APP

這里其實也簡單，就是傳遞2個數據！
核心代碼：

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"int main()
{int fd, ret;unsigned char result[2];int TH, TL;short tmp = 0;float temperature;int flag = 0;fd = open("/dev/ds18b20", 0);if(fd < 0){perror("open device failed\n");exit(1);}elseprintf("Open success!\n");while(1){ret = read(fd, &result, sizeof(result)); if(ret == 0) {	/* 讀取到數據 */TL = result[0];TH = result[1];if((TH == 0XFF) && (TL == 0XFF))/* 如果讀取到數據為0XFFFF就跳出本次循序 */continue;if(TH > 7) {	/* 負數處理 */TH = ~TH;TL = ~TL;flag = 1;	/* 標記為負數 */}tmp = TH;tmp <<= 8;tmp += TL;if(flag == 1) {temperature = (float)(tmp+1)*0.0625; /* 計算負數的溫度 */temperature = -temperature;}else {temperature = (float)tmp *0.0625;	/* 計算正數的溫度 */}            if(temperature < 125 && temperature > -55) {	/* 溫度范圍 */printf("Current Temperature: %f\n", temperature);}}else if(ret == -1){perror("read"); break;}flag = 0;sleep(1);}close(fd);	/* 關閉文件 */
}

編譯：

arm-none-linux-gnueabihf-gcc ds18b20App.c -o ds18b20App

復制到

sudo cp ds18b20App /home/chensir/linux/nfs/rootfs/lib/modules/5.4.31/

Pasted image 20250907192925.png

8、效果

Pasted image 20250908183626.png

9、總代碼：

ds18b20.c:

#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/delay.h>
/* #include <linux/ide.h> */
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/workqueue.h>/*ds18b20設備結構體*/
struct ds18b20_dev{struct miscdevice mdev;	/* MISC設備 */struct device_node *nd; //設備樹節點指針int    ds18b20_gpio;    //GPIO編號unsigned char data[2]; /* 接收原始數據的BUFF */struct timer_list timer;   /* 定時器 */struct work_struct work;   /* 工作隊列 */
};#define HIGH 1	
#define LOW 0/** @description	 : 	設置GPIO的輸出值* @param - value: 	輸出value的值 * @return 	     :  無*/
static void ds18b20_set_output(struct ds18b20_dev *dev, int value)
{if(value)gpio_direction_output(dev->ds18b20_gpio, 1);elsegpio_direction_output(dev->ds18b20_gpio, 0);
}/** @description	: 	設置GPIO為輸入模式* @param 		:	無* @return 	  	:   無*/
static void ds18b20_set_input(struct ds18b20_dev *dev)
{gpio_direction_input(dev->ds18b20_gpio);
}/** @description	: 	獲取GPIO的值* @param 		:	無 * @return 	  	:   GPIO的電平*/
static int ds18b20_get_io(struct ds18b20_dev *dev)
{return gpio_get_value(dev->ds18b20_gpio); 
}/** @description	: 	寫一位數據* @param 	bit	: 	要寫入的位數* @return 	  	:   無*/
static void ds18b20_write_bit(struct ds18b20_dev *dev, int bit)
{local_irq_disable();if(bit) {ds18b20_set_output(dev, LOW);udelay(5);ds18b20_set_input(dev);    /* 釋放為高阻 */udelay(55);                /* 補足到 ~60us */} else {ds18b20_set_output(dev, LOW);udelay(60);                /* 寫0保持低 ~60us */ds18b20_set_input(dev);    /* 釋放為高阻 */udelay(5);}local_irq_enable();
}/** @description	: 	讀一位數據* @param 		: 	無* @return 	  	:   返回讀取一位的數據*/
static int ds18b20_read_bit(struct ds18b20_dev *dev)
{u8 bit = 0;local_irq_disable();ds18b20_set_output(dev, LOW);udelay(2);ds18b20_set_input(dev);udelay(12);bit = ds18b20_get_io(dev) ? 1 : 0;udelay(45);local_irq_enable();return bit;
}/** @description	: 	寫一個字節到DS18B20* @param byte  : 	要寫入的字節* @return 	  	:   無*/
static void ds18b20_write_byte(struct ds18b20_dev *dev, u8 byte)
{int i;for(i = 0; i < 8; i++) {if(byte & 0x01)ds18b20_write_bit(dev,1); /* write 1 */elseds18b20_write_bit(dev,0); /* write 0 */byte >>= 1;	/* 右移一位獲取高一位的數據 */}
}/** @description	: 	讀取一個字節的數據* @param 		: 	無* @return 	  	:   讀取到的數據*/
static char ds18b20_read_byte(struct ds18b20_dev *dev)
{int i;u8 byte = 0;for(i = 0; i < 8; i++) {	/* DS18B20先輸出低位數據 ,高位數據后輸出 */if(ds18b20_read_bit(dev))byte |= (1 << i);elsebyte &= ~(1 << i);}return byte;
}/** @description	: 	GPIO的初始化函數* @param pdev	:	platform設備 	* @return 	  	:   0表示轉換成功，其它值表示轉換失敗*/
static int ds18b20_request_gpio(struct platform_device *pdev)
{struct device *dev = &pdev->dev;struct ds18b20_dev *ds18b20_dev = platform_get_drvdata(pdev);int ret;ds18b20_dev->nd = dev->of_node;if (!ds18b20_dev->nd)return -EINVAL;ds18b20_dev->ds18b20_gpio = of_get_named_gpio(ds18b20_dev->nd, "ds18b20-gpio", 0);if (!gpio_is_valid(ds18b20_dev->ds18b20_gpio))return -EINVAL;ret = devm_gpio_request(dev, ds18b20_dev->ds18b20_gpio, "DS18B20 Gpio");if (ret)return ret;ds18b20_set_input(ds18b20_dev);return 0;
}/** @description	: 	初始化DS18B20* @param 		: 	無* @return 	  	:   0，初始化成功，1，失敗*/
static int ds18b20_init(struct ds18b20_dev *dev)
{int ret = 1;  // 默認失敗int i;ds18b20_set_input(dev);udelay(10);    // 總線穩定時間ds18b20_set_output(dev, LOW);  // 拉低復位udelay(500);     // >=480usds18b20_set_input(dev);        // 釋放總線（高阻）/* 在 15~300us 窗口內輪詢檢測存在脈沖（低電平） */for (i = 0; i < 60; i++) {     // 60 * 5us = 300usudelay(5);if (ds18b20_get_io(dev) == LOW) {ret = 0;  // 初始化成功，檢測到存在脈沖break;}}/* 等待存在脈沖結束 */udelay(240);ds18b20_set_input(dev);  // 保持釋放return ret;
}/** @description		: 打開設備* @param - inode 	: 傳遞給驅動的inode* @param - filp 	: 設備文件，file結構體有個叫做pr似有ate_data的成員變量* 					  一般在open的時候將private_data似有向設備結構體。* @return 			: 0 成功;其他 失敗*/
static int ds18b20_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{struct miscdevice *mdev = filp->private_data; /* 由 misc_open 預先設置 */struct ds18b20_dev *ds18b20 = dev_get_drvdata(mdev->this_device);filp->private_data = ds18b20;return 0;
}
/** @description		: 從設備讀取數據 * @param - filp 	: 要打開的設備文件(文件描述符)* @param - buf 	: 返回給用戶空間的數據緩沖區* @param - cnt 	: 要讀取的數據長度* @param - offt 	: 相對于文件首地址的偏移* @return 			: 讀取的字節數，如果為負值，表示讀取失敗*/
static ssize_t ds18b20_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 
{struct ds18b20_dev *ds18b20 = filp->private_data;size_t n = 2;if (!ds18b20)return -ENODEV;if (cnt < n)n = cnt;if (copy_to_user(buf, &ds18b20->data[0], n))return -EFAULT;return 0; 
}static int ds18b20_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{return 0;
}static struct file_operations ds18b20_fops = {.owner	= THIS_MODULE,.open = ds18b20_open,.read	= ds18b20_read,.release = ds18b20_release,
};/** @description     : 使用內核的工作隊列，獲取溫度的原始數據* @param - work 	: work的結構體* @return          : 無*/
static void ds18b20_work_callback(struct work_struct *work)
{int ret;struct ds18b20_dev *dev = container_of(work, struct ds18b20_dev, work);ret = ds18b20_init(dev);if (ret)return;ds18b20_write_byte(dev, 0XCC);ds18b20_write_byte(dev, 0X44);msleep(750);ds18b20_set_input(dev);ret = ds18b20_init(dev);if (ret)return;ds18b20_write_byte(dev, 0XCC);ds18b20_write_byte(dev, 0XBE);dev->data[0] = ds18b20_read_byte(dev);dev->data[1] = ds18b20_read_byte(dev);
}/** @description     : 定時器的操作函數，每1s去獲取一次數據* @param - asg 	: 定時器的結構體* @return          : 無*/
/* 定時器回調：每秒觸發一次采集 */
static void ds18b20_timer_callback(struct timer_list *arg)
{struct ds18b20_dev *dev = from_timer(dev, arg, timer);schedule_work(&dev->work);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(1000));
}/*驅動的probe函數，當驅動與設備匹配以后此函數就會執行*/
static int ds18b20_probe(struct platform_device *pdev)
{int ret;struct miscdevice *mdev;struct ds18b20_dev *ds18b20_dev;dev_info(&pdev->dev, "ds18b20 device and driver matched successfully!\n");ds18b20_dev = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*ds18b20_dev), GFP_KERNEL);if (!ds18b20_dev) {return -ENOMEM;}platform_set_drvdata(pdev, ds18b20_dev);/* GPIO的初始化 */ret = ds18b20_request_gpio(pdev);if(ret) {return ret;}mdev = &ds18b20_dev->mdev;mdev->name = "ds18b20";mdev->minor = MISC_DYNAMIC_MINOR;mdev->fops = &ds18b20_fops;ret=misc_register(mdev);if(ret < 0){dev_info(&pdev->dev, "ds18b20 MISC match fail!\n");return -ENODEV;}/* 綁定 drvdata，供 open 通過 mdev->this_device 找回 */if (mdev->this_device)dev_set_drvdata(mdev->this_device, ds18b20_dev);/* 初始化定時器 */timer_setup(&ds18b20_dev->timer, ds18b20_timer_callback, 0);ds18b20_dev->timer.expires=jiffies + msecs_to_jiffies(1000);add_timer(&ds18b20_dev->timer);/* 初始化工作隊列 */INIT_WORK(&ds18b20_dev->work, ds18b20_work_callback);return 0;
}/*驅動的remove函數，移除驅動的時候此函數會執行*/
static int ds18b20_remove(struct platform_device *pdev)
{int ret;struct miscdevice *mdev;struct ds18b20_dev *ds18b20_dev;dev_info(&pdev->dev, "DS18B20 driver has been removed!\n");ds18b20_dev = platform_get_drvdata(pdev);mdev = &ds18b20_dev->mdev;misc_deregister(mdev);   /* 卸載定時器 */del_timer(&ds18b20_dev->timer); /* 卸載工作隊列 */cancel_work_sync(&ds18b20_dev->work);return 0;
}static const struct of_device_id ds18b20_of_match[] = {{ .compatible = "alientek,ds18b20" },{ /* Sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of,ds18b20_of_match);/*platform驅動結構體*/
static struct platform_driver ds18b20_driver = {.driver = {.name			= "ds18b20",.of_match_table	= ds18b20_of_match,},.probe		= ds18b20_probe,.remove		= ds18b20_remove,
};/*注冊和注銷一體化*/
module_platform_driver(ds18b20_driver);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("chensir");
MODULE_INFO(intree, "Y");

ds18b20App.c:

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"int main()
{int fd, ret;unsigned char result[2];int TH, TL;short tmp = 0;float temperature;int flag = 0;fd = open("/dev/ds18b20", 0);if(fd < 0){perror("open device failed\n");exit(1);}elseprintf("Open success!\n");while(1){ret = read(fd, &result, sizeof(result)); if(ret == 0) {	/* 讀取到數據 */TL = result[0];TH = result[1];if((TH == 0XFF) && (TL == 0XFF))/* 如果讀取到數據為0XFFFF就跳出本次循序 */continue;if(TH > 7) {	/* 負數處理 */TH = ~TH;TL = ~TL;flag = 1;	/* 標記為負數 */}tmp = TH;tmp <<= 8;tmp += TL;if(flag == 1) {temperature = (float)(tmp+1)*0.0625; /* 計算負數的溫度 */temperature = -temperature;}else {temperature = (float)tmp *0.0625;	/* 計算正數的溫度 */}            if(temperature < 125 && temperature > -55) {	/* 溫度范圍 */printf("Current Temperature: %f\n", temperature);}}else if(ret == -1){perror("read"); break;}flag = 0;sleep(1);}close(fd);	/* 關閉文件 */
}

makefile:

KERNELDIR := /home/chensir/linux/atk-mp1/linux/my_linux/linux-5.4.31
CURRENT_PATH := $(shell pwd) 
obj-m := ds18b20.obuild: kernel_moduleskernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

在全部完成之后呢，我又把單總線的GPIO口換成別的地方了，是STM32MP157的PZ6。
需要做以下改動；
在pinctrl-z下添加：

&pinctrl_z {ds18b20_pins: ds18b20-0 {pins1 {pinmux = <STM32_PINMUX('Z', 6, GPIO)>;  // PZ6 設為 GPIOdrive-open-drain;          // 開漏輸出（釋放=高阻）bias-pull-up;              // 上拉（仍建議外部4.7k）slew-rate = <0>;};};

在根節點“/”下追加：

	 	ds18b20@0 {compatible = "alientek,ds18b20";pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&ds18b20_pins>;ds18b20-gpio = <&gpioz 6 GPIO_ACTIVE_HIGH>;status = "okay";

即可，配置電氣屬性，大家如果想換成別的IO口，就需要知道IO口有沒有被占用，被占用就要解除占用噢！

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