DS1621在Linux下的IIC接口驱动设计

　　摘要： 针对目前IIC总线以及具有IIC接口的芯片在嵌入式系统中的广泛应用，设计了一种基于ARM9平台S3C2440的， Linux操作系统下的IIC接口设备驱动程序。通过IIC总线协议，驱动程序实现了在内核状态下对数字温度传感器DS1621的配置和获取其温度信息，并将其传回用户空间并打印显示。实验结果表明，工作时典型数据更新时间为1 s，精度为小数点后一位。且利用多片DS1621可扩展一个低电压、低功耗的多点数字测温系统，在嵌入式设备的温度监测方面将有着广泛应用。
　　IIC总线作为一种申行传输总线，其使用连线少，结构简单，是一种应用广泛的高性能总线方式。而Linux作为一个源代码公开、易于裁剪的操作系统，非常适合于嵌入式系统的应用。Linux操作系统下的嵌入式设备驱动，通过IIC总线，实现ARM与外围模块间的协同工作，有着广泛的应用。
　　1 IIC总线协议以及选用芯片功能
　　1.1 IIC总线的特点以及工作协议
　　IIC串行总线由两根信号线组成：一根双向传输的数据线SDA;另一根是时钟线SCL。IIC总线通过简单的结构即能实现半双工的同步数据传输。
　　IIC总线采用一主多从的运行机制，在同一时间只能有一台设备作为主设备，总线的运行由主设备控制，主设备控制数据的传送起始信号、发出时钟信号、从机地址信号、数据信号，由接收数据方在传送结束时发出应答信号，每个IIC总线上的设备都有一个唯一的地址，和主设备进行通信。
　　IIC总线时序如图1所示，在IIC总线使用过程中，传输开始和停止的条件如下：当SCL持续为“1”而SDA从“1”变为“0”时表示将要开始发送数据;而当SCL持续为“1”而SDA从“0”变为“1”表示停止发送数据。其中SDA线上的数据在时钟线SCL为“1”期间必须是稳定的，只有当SCL线上的时钟信号为低时数据线上的状态才能改变。

　　
图1 IIC总线时序图

　　SDA线上的每个字节必须为8位，每次传输的字节数不限制，每发送1个字节都有1个ACK应答位。
　　1.2 选用ARM9芯片功能介绍
　　MCU采用某公司的S3C2440芯片，S3C2440A是某公司的一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，主要面向手持设备以及高性价比、低功耗的应用，且集成了1个IIC总线控制器，能够方便的与带有IIC接口外设的通信。
　　1.3 数字温度传感器DS1621的芯片功能介绍
　　DS1621是DALLAS公司生产的一种功能强大的数字式温度传感器和恒温控制器。接口与IIC总线兼容，一片控制器控制可控制多达8片的DS1621，工作电压为2.7～5.5 V，适用于低功耗应用系统。
　　DS1621可作为恒温控制器单独使用，也可通过2线接口在ARM的控制下完成温度的测量及计算。可以通过寄存器设置调整。DS1621无需外围元件即可测量温度，结果以9位数字量(两字节)给出，测量范围为-55～+155℃，精度为0.5℃：典型转换时间为1 s。
　　2 电路结构设计
　　设计采用了S3C2440作为电路中的主设备，控制IIC总线上从器件，由主设备控制IIC总线上的时钟信号以及各种数据信号。采用2片DS16 21作为IIC总线上的从设备，由于DS1621具备IIC总线接口，可直接与S3C2440的SDA和SCL脚相接，通过对DS1621的A2、A1、A0脚(5、6、7脚)组合输入不同的片选信号，可以确定其在IIC总线下工作的从机地址。因为IIC从设备一般都是MOS工艺，所以总线都有上拉电阻。工作时，通过IIC总线将DS1621设置为温度传感器功能和逐次获取数据的工作方式，电路的原理图设计如图2所示。

　　
图2 电路的原理图

　　3 驱动程序设计
　　在Linux下的驱动程序将所有设备看作文件，驱动程序则为应用程序和硬件设备之间提供了操作访问的接口，使应用程序可以像操作普通文件一样对硬件设备操作访问。Linux内核把驱动程序划分为3种类型：字符设备、块设备和网络设备。其中，字符设备和块设备可以像文件一样被访问。DS1621的IIC驱动属于字符设备。
　　开始工作时，DS1621的工作方式是由片上的设置/状态寄存器来决定的：1)当通过IIC总线向DS1621写入读写设置命令ACh之后ARM发出的一字节将设置DS1621的工作方式，然后发出温度转换命令EEh，读温度命令AAh;2)DONE比特位表示工作在测温功能时，温度数据已转换完毕，保存在非易失性寄存器中;3)THF、TLF是DS1621作为恒温器时的状态标识位，当超过TH预置值或低于TL预置值时被置为1;4)1SHOT为一次模式位，该位为1时每次收到温度转换命令就执行一次温度转换，为0时将执行连续温度转换。DS1621寄存器配置如图3所示。

　　
图3 DS1621寄存器配置

　　在调试过程中发现，若使用连续转换模式时，在极少数情况下出现数据明显不正确，故采用了逐次读取数据模式，即逐次配置DS1621的温度转换，逐次获取数据，并每次判断DS1621工作状态、数据范围和精度，从而获得了更加稳定、精确的实验结果。
　　驱动程序的功能包括：初始化以及释放硬件设备;S3C2440通过IIC总线对DS1621的控制寄存器进行配置;S3C2440读取DS1621寄存器内的温度数据，通过接口函数，将数据从内核空间发送到用户空间。驱动程序设计流程图如图4所示。