利用1-Wire链路功能获取位置信息 确定器件物理地址

数字总线系统的共同特性即为共享。随着微处理器的推广，并行总线系统应用日益广泛，总线上挂接的所有元件共享数据线和地址线。片选信号可由地址线和控制信号解码得到。根据硬件设计和布线，连接在总线上的各个器件的物理地址总是已知的。随着技术向低成本串行总线系统1的发展，首先省去了地址线。但SPI和MICROWIRE串行总线仍具有片选功能。许多先进的串行总线系统引入了基于协议的寻址方式，将地址信息做为一个前导码传输给数据。该类总线的典型代表为I2C/SMBus，此类通信接口缩减到只有数据线和时钟线。为了进一步降低成本，可以将时钟信息嵌入到数据流中。该类总线的典型代表为1-Wire、LIN和SensorPath总线。

由于采用了基于协议的寻址方式，因此元件物理位置方面的信息将缺失。对于采用串行总线的仪表和控制应用(例如测量多点温度)，这将是一个问题。对于I2C总线而言，地址引脚与逻辑1、逻辑0、SCL或SDA相连，在某种程度上解决了这个问题。采用这一办法，单个引脚可被设定到4种不同的数字状态，相当于两个位。尽管这种方法简单、有效，但由于最初的I2C协议仅提供7个地址位，因此具有一定的局限性。1-Wire总线具有64位地址，在这一方面可提供更高的灵活性。无论如何，每个增加一个地址引脚将增加成本，因此增加地址引脚不是一个好的选择。

图1给出了一种简单的低成本方案，可重新获取串行总线上挂接的多个器件的物理位置，将网络的起始位置的器件标识为位置#1，并依次为网络上挂接的器件编号。该方案的电路连接如图中蓝色粗线所示。在位置1处，线路接地即可。



图1. 可进行位置检测的串行网络

除了图1中标有IN和OUT的两个引脚外，还需要通过片上逻辑读取IN引脚和写OUT引脚。如果协议支持多点网络功能，那么借助于上述这些方法，主机可首先识别出第一个器件，然后再识别下一个器件，以此类推，直到完成对所有器件的定位。1-Wire总线即可满足这一要求的串行总线系统。  

1-Wire总线是一种简单的信令协议，可通过一条公共数据线实现主机/主控制器和一个或多个从机之间的半双工、双向通信(图2)。可以通过单根1-Wire总线实现供电以及与从机之间的数据通信。供电通过以下方式实现：在数据传输过程中，总线状态为高时从机的内部电容从总线上获取电荷，总线状态为低时利用该电荷为器件供电。典型的1-Wire主机包括一个开漏I/O引脚，并通过电阻上拉至3V至5V电源。采用这种智能通信技术，可以随时方便、高效地增加存储器、认证和混合信号功能。  

所有的1-Wire系统都有一个重要的基本特征：每个从机都具有一个唯一的、不能更改(ROM)的64位、工厂激光刻制序列号(ID)，这个序列号永远不会与其它器件重复。除了为终端产品提供唯一的电子ID外，64位ROM ID还允许主机从挂接在同一条总线上的许多从机设备中选择一个器件。64位ROM ID中包含有8位家族码，用于识别器件的类型和支持的功能。



图2. 不带链路功能的典型1-Wire网络

通常，当系统启动初始化时，1-Wire主机可能并不知道总线上挂接的器件数量以及他们的ROM ID。利用总线的线与特性，主机可采用排除法确定总线上挂接的所有器件的ID。通过SearchROM*功能，2主机可确定总线上所挂接器件的ROM ID。然而，Search ROM结果无法提供单个器件的位置。例如，如图2所示的器件ROM ID，器件的ID按照表1所示的顺序获取。  

表1. 器件搜索顺序



链路功能的概念

采用链路功能确定1-Wire网络环境中器件的物理位置时，遵循以下几点：

a)已知系统级1-Wire网络的物理分布，例如第一个、谁是第二个，等等，以及器件/节点的物理位置。
b)获取器件(ROM ID)的物理连接顺序，哪个是第一个，哪个是最后一个。

其中a)已知的系统信息，可从1-Wire网络的物理布局获得。b)项通常是未知的，可以采用链路功能通信很容易获取这些信息。链路功能(图3)通过两个引脚，输入引脚(/EN)在搜索期间使能器件响应，而输出引脚(/DONE)通知链路中的下一个器件它之前的器件已完成搜索。/DONE信号连接至下一个器件的/EN输入。链路中第一个器件的/EN输入被连接至GND。实现链路功能的连线如图中蓝色粗线所示。除了/EN和/DONE引脚之外，顺序搜索功能还需要具备一个新的网络功能命令，Conditional Read ROM。只有满足特定条件时(下文进行说明)，该命令才报告器件的ROM ID。相反，Read ROM可使网络中所有器件在同一时间发送其ROM ID。DS28EA00是业界首款带有新型链路功能的器件(如图3所示)。



图3. 具有链路功能的DS28EA00在1-Wire网络中的典型连接

EN和/DONE引脚除了用于顺序搜索之外，还可作为数字PIO。为了实现这一功能，链路功能定义了三种链路状态，OFF、ON和DONE。通过Chain命令控制链路状态的转换。表2给出了链路状态及相应工作状态。



表2. 链路状态

上电默认链路状态为OFF，此时/DONE (PIOA)和/EN (PIOB)由PIO Access Read和PIO Access Write命令单独控制，如DS28EA00数据资料所述。3链路状态为ON时，/DONE通过一个40k?的片上电阻(RCO)上拉至器件内部电源VDD，进而向下一个器件的/EN引脚发送逻辑‘1’信号。如果/EN引脚为逻辑‘0’，则仅处于ON链路状态的器件才能响应Conditional Read ROM命令。在顺序搜索过程中，网络中器件的最大值应满足这一条件。

要将器件从 Chain OFF转换为Chain ON或Chain DONE状态，主机需采用Chain命令实现。图4给出了各种可能的转换。Chain命令代码后，主机必须紧接着发送一个适当的链路控制字节。为了降低接收错误Chain命令的几率，首先以原码形式发送控制字节，然后再以反码形式发送。当主机接收到AAh确认字节时，表明链路状态成功转换。  

开始顺序搜索时，主机必须将所有器件都置为Chain ON状态。当主机通过Conditional Read ROM读取完一个的器件ROM ID后，应该将该器件置为Chain DONE状态，从而允许链路中的下一个器件以响应Conditional Read ROM命令。在顺序搜索的过程中，器件将依次进入Chain DONE状态，直到搜索完所有器件。最后，所有器件都被设置到Chain OFF状态，从而释放/EN和/DONE引脚，使之变为PIO，并恢复到上电默认状态。