瑞芯微RK3568芯片是一款定位中高端的通用型SOC，采用22nm制程工艺，搭载一颗四核Cortex-A55处理器和Mali G52 2EE 图形处理器。RK3568 支持4K 解码和 1080P 编码，支持SATA/PCIE/USB3.0 外围接口。RK3568内置独立NPU，可用于轻量级人工智能应用。RK3568 支持安卓 11 和 linux 系统，主要面向物联网网关、NVR 存储、工控平板、工业检测、工控盒、卡拉 OK、云终端、车载中控等行业。

​
【公众号】迅为电子

【粉丝群】824412014（加群获取驱动文档+例程）

【视频观看】嵌入式学习之Linux驱动（第十四篇 单总线_全新升级）_基于RK3568

【购买链接】迅为RK3568开发板瑞芯微Linux安卓鸿蒙ARM核心板人工智能AI主板

---

第165章DS18B20驱动使用ioctl读取分辨率

在上个章节中成功在驱动中添加了ioctl相关代码，通过ioctl对DS18B20采集到的温度分辨率进行设置。而在本章节将继续完善驱动程序，对DS18B20采集到的温度分辨率进行读取，然后编写相应的应用程序进行分辨率读取测试。

165.1 ioctl读取分辨率驱动代码编写

本实验对应的网盘路径为：iTOP-RK3568开发板【底板V1.7版本】\03_【iTOP-RK3568开发板】指南教程\02_Linux驱动配套资料\04_Linux驱动例程\100_ds18b20_07\01_module。

相较于上一章节的驱动代码，添加了ioctl查看分辨率相关的函数，除此之外完成了查看温度分辨率函数read_resolution()，编写完成的ds18b20.c代码如下所示:

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/gpio/consumer.h> // 添加此头文件
#include <linux/delay.h>
#include <linux/uaccess.h>

#define SET_RESOLUTION _IOW('A', 0, int)
#define READ_RESOLUTION _IOR('A', 1, int)

#define SET_RESOLUTION_9 9
#define SET_RESOLUTION_10 10
#define SET_RESOLUTION_11 11
#define SET_RESOLUTION_12 12

struct ds18b20_data
{
    dev_t dev_num;
    struct cdev ds18b20_cdev;
    struct class *ds18b20_class;
    struct device *ds18b20_device;
    struct gpio_desc *ds18b20_gpio;
};

struct ds18b20_data *ds18b20;

void ds18b20_reset(void)
{
    // 设置 GPIO 方向为输出，输出低电平
    gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);
    gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);
    udelay(700); // 延迟 700 微秒

    // 设置 GPIO 输出高电平，并将 GPIO 方向设置为输入
    gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);
    gpiod_direction_input(ds18b20->ds18b20_gpio);

    // 等待直到 GPIO 输入为低电平
    while (gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio))
        ;

    // 等待直到 GPIO 输入为高电平
    while (!gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio))
        ;
    udelay(480); // 延迟 480 微秒
}

/**
 * 向 DS18B20 写入单个位(bit)
 * @param bit 要写入的位(bit)，0 或 1
 */
void ds18b20_writebit(unsigned char bit) {
    // 将 GPIO 方向设置为输出
    gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);

    // 将 GPIO 输出设置为指定的位(bit)
    gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);

    // 若 bit 为 1，则延时 10 微秒
    if (bit){
        udelay(10);  
        // 将 GPIO 方向设置为输出
    	gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);
    }
       

    // 延时 65 微秒
    udelay(65);

    // 将 GPIO 方向设置为输出
    gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);

    // 延时 2 微秒
    udelay(2);
}

/**
 * 向 DS18B20 写入一个字节(byte)数据
 * @param data 要写入的字节数据
 */
void ds18b20_writebyte(int data) {
    int i;

    for (i = 0; i < 8; i++) {
        // 逐位写入数据
        ds18b20_writebit(data & 0x01);
        data = data >> 1;
    }
}

/**
 * 从 DS18B20 读取单个位(bit)
 * @return 读取到的位(bit)，0 或 1
 */
unsigned char ds18b20_readbit(void) {
    unsigned char bit;        
    gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);// 将 GPIO 方向设置为输出        
    gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);// 将 GPIO 输出设置为低电平        
    udelay(2);// 延时 2 微秒        
    gpiod_direction_input(ds18b20->ds18b20_gpio);// 将 GPIO 方向设置为输入   
    udelay(10);// 延时 10 微秒       
    bit = gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio);// 读取 GPIO 的值作为位(bit)       
    udelay(60);// 延时 60 微秒
    
    return bit;
}

/**
 * 从 DS18B20 读取一个字节(byte)数据
 * @return 读取到的字节数据
 */
int ds18b20_readbyte(void) {
    int data = 0;
    int i;
    
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        // 读取单个位(bit)并根据位的位置进行左移操作
        data |= ds18b20_readbit() << i;
    }
    
    return data;
}

/**
 * 从 DS18B20 读取温度值
 * @return 读取到的温度值
 */
int ds18b20_readtemp(void) {
    int temp_l, temp_h, temp;   
    
    ds18b20_reset();// 复位 DS18B20    
    ds18b20_writebyte(0xCC);// 发送写入字节命令 0xCC（跳过 ROM）   
    ds18b20_writebyte(0x44);// 发送写入字节命令 0x44（启动温度转换）    
    mdelay(750);// 延时 750 微秒，等待温度转换完成
    
    ds18b20_reset();// 复位 DS18B20        
    ds18b20_writebyte(0xCC);// 发送写入字节命令 0xCC（跳过 ROM）       
    ds18b20_writebyte(0xBE);// 发送写入字节命令 0xBE（读取温度值）        
    temp_l = ds18b20_readbyte();// 读取温度低位字节        
    temp_h = ds18b20_readbyte();// 读取温度高位字节        
    temp_h = temp_h << 8;// 将温度高位字节左移 8 位
    temp = temp_h | temp_l;// 组合温度值
    
    return temp;
} 

/**
 * 设置 DS18B20 温度传感器的分辨率
 * @param args 分辨率参数
 */
void set_resolution(int args) {
    ds18b20_reset();  // 复位 DS18B20 温度传感器
    ds18b20_writebyte(0xCC);  // 发送跳过 ROM 命令
    ds18b20_writebyte(0x4E);  // 发送写配置寄存器命令
    ds18b20_writebyte(60);  // 发送配置字节 1，设置温度上限阈值
    ds18b20_writebyte(10);  // 发送配置字节 2，设置温度下限阈值

    switch (args) {
        case SET_RESOLUTION_9:  // 设置分辨率为 9 位
            ds18b20_writebyte(0x1F);  // 发送配置字节 3，设置分辨率为 9 位
            break;
        case SET_RESOLUTION_10:  // 设置分辨率为 10 位
            ds18b20_writebyte(0x3F);  // 发送配置字节 3，设置分辨率为 10 位
            break;
        case SET_RESOLUTION_11:  // 设置分辨率为 11 位
            ds18b20_writebyte(0x5F);  // 发送配置字节 3，设置分辨率为 11 位
            break;
        case SET_RESOLUTION_12:  // 设置分辨率为 12 位
            ds18b20_writebyte(0x7F);  // 发送配置字节 3，设置分辨率为 12 位
            break;
        default:
            break;
    }
}

/**
 * 检查参数的有效性
 * @param args 参数
 * @return 返回执行结果，成功返回 0，失败返回 -1
 */
int check_args(int args) {
    int ret = -1;  // 返回值，默认为失败

    ds18b20_reset();  // 复位传感器
    ds18b20_writebyte(0xCC);  // 发送指令字节 0xCC
    ds18b20_writebyte(0xBE);  // 发送指令字节 0xBE
    ds18b20_readbyte();  // 读取一个字节
    ds18b20_readbyte();  // 读取一个字节
    ds18b20_readbyte();  // 读取一个字节
    ds18b20_readbyte();  // 读取一个字节

    switch (args) {
        case SET_RESOLUTION_9:
            if (ds18b20_readbyte() == 0x1F) {  // 读取一个字节并与 0x1F 进行比较
                ret = 0;  // 设置返回值为成功
            }
            break;
        case SET_RESOLUTION_10:
            if (ds18b20_readbyte() == 0x3F) {  // 读取一个字节并与 0x3F 进行比较
                ret = 0;  // 设置返回值为成功
            }
            break;
        case SET_RESOLUTION_11:
            if (ds18b20_readbyte() == 0x5F) {  // 读取一个字节并与 0x5F 进行比较
                ret = 0;  // 设置返回值为成功
            }
            break;
        case SET_RESOLUTION_12:
            if (ds18b20_readbyte() == 0x7F) {  // 读取一个字节并与 0x7F 进行比较
                ret = 0;  // 设置返回值为成功
            }
            break;
        default:
            break;
    }

    return ret;  // 返回结果
}


/**
 * 读取分辨率。
 *
 * @return 分辨率值
 */
int read_resolution(void) {
    int ret;

    // 复位传感器
    ds18b20_reset();

    // 发送指令字节0xCC，跳过ROM操作，直接与单个设备通信
    ds18b20_writebyte(0xCC);

    // 发送指令字节0xBE，读取当前设备的配置寄存器
    ds18b20_writebyte(0xBE);

    // 读取4个字节的数据，但实际上只有最后一个字节是分辨率信息
    ds18b20_readbyte();
    ds18b20_readbyte();
    ds18b20_readbyte();
    ds18b20_readbyte();

    // 读取最后一个字节，即分辨率信息
    ret = ds18b20_readbyte();

    // 返回分辨率值
    return ret;
}


int ds18b20_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    return 0;
}

ssize_t ds18b20_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offs) {
    int ds18b20_temp;    
    ds18b20_temp = ds18b20_readtemp();// 从 DS18B20 读取温度值    
    // 将温度值复制到用户空间缓冲区
    if (copy_to_user(buf, &ds18b20_temp, sizeof(ds18b20_temp))) {
        return -1; // 复制失败，返回错误代码
    }
    
    return 0; // 成功读取并复制温度值
}

int ds18b20_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    return 0;
}

/**
 * DS18B20 温度传感器的 ioctl 函数
 * @param file 文件指针
 * @param cmd 命令
 * @param args 参数
 * @return 返回执行结果，成功返回 0，失败返回 -1
 */
long ds18b20_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long args) {
    int resolution;
    if (cmd == SET_RESOLUTION) {  // 判断命令是否为设置分辨率
        if (args >= SET_RESOLUTION_9 && args <= SET_RESOLUTION_12) {  // 判断参数是否在有效的分辨率范围内
            set_resolution(args);  // 调用设置分辨率的函数
            return 0;  // 返回成功
        }
    }
    else if (cmd == READ_RESOLUTION) {
        // 读取分辨率
        resolution = read_resolution();
        // 将分辨率的值复制给用户空间的args
        if (copy_to_user((int *)args, &resolution, sizeof(resolution))) {
            // 复制失败，返回-1表示失败
            return -1;
        }
    }
    // 如果不匹配 SET_RESOLUTION 或者 args 不在有效范围内，不执行任何操作
    return -1;  // 返回失败
}

struct file_operations ds18b20_fops = {
    .open = ds18b20_open,
    .read = ds18b20_read,
    .release = ds18b20_release,
    .unlocked_ioctl = ds18b20_ioctl,
    .owner = THIS_MODULE,
};

int ds18b20_probe(struct platform_device *dev)
{
    int ret;
    printk("This is probe \n");

    // 分配内存给ds18b20_data结构体
    ds18b20 = kzalloc(sizeof(*ds18b20), GFP_KERNEL);
    if (ds18b20 == NULL)
    {
        printk("kzalloc error\n");
        ret = -ENOMEM;
        goto error_0;
    }

    // 分配字符设备号
    ret = alloc_chrdev_region(&ds18b20->dev_num, 0, 1, "myds18b20");
    if (ret < 0)
    {
        printk("alloc_chrdev_region error\n");
        ret = -EAGAIN;
        goto error_1;
    }

    // 初始化字符设备
    cdev_init(&ds18b20->ds18b20_cdev, &ds18b20_fops);
    ds18b20->ds18b20_cdev.owner = THIS_MODULE;
    cdev_add(&ds18b20->ds18b20_cdev, ds18b20->dev_num, 1);

    // 创建设备类
    ds18b20->ds18b20_class = class_create(THIS_MODULE, "sensors");
    if (IS_ERR(ds18b20->ds18b20_class))
    {
        printk("class_create error\n");
        ret = PTR_ERR(ds18b20->ds18b20_class);
        goto error_2;
    }

    // 创建设备
    ds18b20->ds18b20_device = device_create(ds18b20->ds18b20_class, NULL, ds18b20->dev_num, NULL, "ds18b20");
    if (IS_ERR(ds18b20->ds18b20_device))
    {
        printk("device_create error\n");
        ret = PTR_ERR(ds18b20->ds18b20_device);
        goto error_3;
    }

    // 获取GPIO描述符
    ds18b20->ds18b20_gpio = gpiod_get_optional(&dev->dev, "ds18b20", 0);
    if (ds18b20->ds18b20_gpio == NULL)
    {
        ret = -EBUSY;
        goto error_4;
    }

    // 设置GPIO方向为输出
    gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);

    return 0;

    error_4:
    device_destroy(ds18b20->ds18b20_class, ds18b20->dev_num);

    error_3:
    class_destroy(ds18b20->ds18b20_class);

    error_2:
    cdev_del(&ds18b20->ds18b20_cdev);
    unregister_chrdev_region(ds18b20->dev_num, 1);

    error_1:
    kfree(ds18b20);

    error_0:
    return ret;
}

const struct of_device_id ds18b20_match_table[] = {
    {.compatible = "ds18b20"},
    {},
};

struct platform_driver ds18b20_driver = {
    .driver = {
        .owner = THIS_MODULE,
        .name = "ds18b20",
        .of_match_table = ds18b20_match_table,
    },
    .probe = ds18b20_probe,
};

static int __init ds18b20_init(void)
{
    int ret;

    // 注册平台驱动
    ret = platform_driver_register(&ds18b20_driver);
    if (ret < 0)
    {
        printk("platform_driver_register error\n");
        return -1;
    }

    return 0;
}

static void __exit ds18b20_exit(void)
{
    // 释放资源
    gpiod_put(ds18b20->ds18b20_gpio);
    device_destroy(ds18b20->ds18b20_class, ds18b20->dev_num);
    class_destroy(ds18b20->ds18b20_class);
    cdev_del(&ds18b20->ds18b20_cdev);
    unregister_chrdev_region(ds18b20->dev_num, 1);
    kfree(ds18b20);
    platform_driver_unregister(&ds18b20_driver);
}

module_init(ds18b20_init);
module_exit(ds18b20_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

165.2 应用程序编写

在上一小节中编写了ioctl通过ioctl设置DS18B20获取采集温度分辨率的程序，而ioctl需要跟用户空间的应用程序相配合才能进行使用，所以在本小节将编写测试用的应用程序，编写好的测试程序存放位置为：iTOP-RK3568开发板【底板V1.7版本】\03_【iTOP-RK3568开发板】指南教程\02_Linux驱动配套资料\04_Linux驱动例程\100_ds18b20_07\02_app

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdlib.h>

#define SET_RESOLUTION _IOW('A', '0', int)
#define READ_RESOLUTION _IOR('A', '1', int)

/**
 * 根据传感器读取的原始数据计算温度值
 * @param value 传感器读取的原始数据
 */
void ds18b20_get_temp(int value) {
    char sig;   // 温度正负号
    float temp; // 温度值

    // 判断温度正负号
    if ((value >> 11) & 0x01) {
        sig = '-';
        value = ~value + 1;
        value &= ~(0xf8 << 8);
    } else {
        sig = '+';
    }

    // 计算温度值
    temp = value * 0.0625;

    // 打印温度信息
    printf("温度为 %c%.4f\n", sig, temp);
}


/**
 * 根据传感器分辨率值打印分辨率信息
 * @param value 传感器分辨率值
 */
void ds18b20_get_resolution(int value) {
    switch (value) {
        case 0x1F:
            printf("分辨率为 9 位\n");
            break;
        case 0x3F:
            printf("分辨率为 10 位\n");
            break;
        case 0x5F:
            printf("分辨率为 11 位\n");
            break;
        case 0x7F:
            printf("分辨率为 12 位\n");
            break;
        default:
            break;
    }
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    int fd;    // 文件描述符
    int data;  // 读取的数据
    int args;  // 参数值
    int resolution;  // 返回的分辨率的值

    // 打开设备文件
    fd = open("/dev/ds18b20", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        printf("打开设备文件出错\n");
        return -1;
    }

    // 获取命令行参数
    args = atoi(argv[1]);
    printf("参数值为 %d\n", args);

    // 检查参数范围
    if (args < 9 || args > 12) {
        printf("错误！参数范围应为 9 - 12\n");
        return -1;
    }

    // 设置分辨率
    ioctl(fd, SET_RESOLUTION, args);

    // 读取分辨率
    ioctl(fd, READ_RESOLUTION, &resolution);
    ds18b20_get_resolution(resolution);
    while (1) {
        // 读取数据
        read(fd, &data, sizeof(data));

        // 处理并打印温度信息
        ds18b20_get_temp(data);
    }

    return 0;
}

165.3 运行测试

165.3.1 编译驱动程序

在上一小节中的de18b20.c代码同一目录下创建 Makefile 文件，Makefile 文件内容如下所示：

export ARCH=arm64#设置平台架构
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-#交叉编译器前缀
obj-m +=ds18b20.o    #此处要和你的驱动源文件同名
KDIR :=/home/topeet/Linux/linux_sdk/kernel    #这里是你的内核目录                                                                                                                            
PWD ?= $(shell pwd)
all:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules    #make操作
clean:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean    #make clean操作

对于Makefile的内容注释已在上图添加，保存退出之后，来到存放ds18b20.c和Makefile文件目录下，如下图所示：

然后使用命令“make”进行驱动的编译，编译完成如下图所示:

编译完生成ds18b20.ko目标文件，如下图所示：

至此驱动模块就编译成功了。

165.3.2 编译应用程序

首先进行应用程序的编译，因为测试APP是要在开发板上运行的，所以需要aarch64-linux-gnu-gcc来编译，输入以下命令，编译完成以后会生成一个app的可执行程序，如下图所示：

 aarch64-linux-gnu-gcc app.c -o app

然后将编译完成的可执行程序拷贝到开发板上。

165.3.3 运行测试

首先启动开发板，进入系统之后如下所示：

然后将上两个小节编译完成的ds18b20.ko驱动和可执行程序app文件拷贝到开发板上，拷贝完成如下所示：

然后使用以下命令进行驱动的加载，如下图所示：

 insmod ds18b20.ko

 

然后使用以下命令运行可执行程序app，设置分辨率为9位，然后打印采集到的温度，如下图所示：

 ./app 9

 

第一个打印表示我们的传入参数9，第二个打印为通过ioctl获取得到的ds18b20的温度分辨率，可以看到设置和和通过ioctl获取的分辨率相同，且后面得到的温度确实为9位分辨率，证明试验成功，至此，关于通过ioctl获取ds18b20温度采集分辨率的实验就完成了。