ARM40-A5應用——W1LED的使用說明

2018.11.7

  ARM40的一些產品上需要用到較多的LED指示燈，此時推薦使用W1LED來實現。
  ARM40主機監測GPIO、串列埠（RS232和RS485）、CAN等外設的輸入/輸出狀態，定期（例如每100ms）給W1LED指示燈板傳送資料，控制LED指示燈的亮/滅。
  W1LED指示燈板上有一顆MCU，接收ARM40主機發來的資料，根據接收到的指令，來控制燈板上的LED。
  W1LED指示燈板使用3根線（VCC、GND、DQ）即可，並且多個W1LED指示燈板可共享ARM40主機板上的DQ訊號，根據各自的ID號來執行發給自己的指令。DQ訊號在ARM40-A5上預設為PE20.
  W1LED佔用IO少，使用靈活方便，並且LED反應了主機的工作狀態，而不僅僅是反應了局部硬體電路的狀態。當然，也可以在電路板上增加硬體控制的指示裝置，與W1LED的方法並無衝突。
  

一、W1LED的硬體電路

  圖1為W1LED燈板的硬體電路，MCU可外接LED0~LED23共24個LED，這24個LED分別接到MCU的如下IO，且IO為高電平時點亮LED。

P10~P17;        //接LED0~LED7;
P20~P27;        //接LED8~LED15;
P30, P31, P55, P33, P34, P35, P36, P37;        //接LED16~LED23

  W1LED燈板的工作溫度-40℃~85℃。
  W1LED燈板VCC電壓範圍為2.4V~5.5V，VCC電壓應不低於DQ的高電平：

若DQ高電平為3.3V，VCC為3.3V~5V；
若DQ高電平為5V，則VCC為5V。

  使用時，應按照LED0到LED23的順序，先使用小數值的LED。例如，使用了4顆LED，則應占有LED0~LED3，而不應隨意排列組合。

二、ARM40上的配置

  ARM40主機監測GPIO、串列埠（RS232和RS485）、CAN等外設的輸入/輸出狀態，核心執行緒 kw1ledd 定期（例如每100ms）給W1LED指示燈板傳送資料，控制LED指示燈的亮/滅。
  核心執行緒 kw1ledd 的配置如下：
  （1） /etc/init.d/S01user3module 檔案

touch /etc/init.d/S01user3module
chmod 755 /etc/init.d/S01user3module
 

  其內容為：

#!/bin/sh
set -e
modprobe w1led.ko

  （2） /lib/modules/3.18.0/w1led.ko
  將核心模組 w1led.ko 拷貝到 /lib/modules/3.18.0/ 目錄。
  （3） /lib/modules/3.18.0/modules.dep
touch /lib/modules/3.18.0/modules.dep
  其內容為：
w1led.ko:
  （4） /etc/modprobe.conf
touch /etc/modprobe.conf
  其內容為：

options w1led ID1_pio=136,137,138,139,140,141,142,143,144
options w1led ID1_hla=0xfff000
options w1led ID2_pio=136,137,138,139,140,141,142,143,144
options w1led ID2_hla=0
options w1led ID3_pio=136,137,138,139,140,141,142,143,144
options w1led ID3_hla=0xffffff

  載入核心模組 modprobe w1led.ko 時，會解讀 /etc/modprobe.conf 檔案，參考《Kernel module (簡體中文)》。
  下文解釋其中的引數ID1_pio 和 ID1_hla；引數ID2_pio、ID3_pio 、ID2_hla、ID3_hla是類似的。

三、W1LED的資料格式

  ARM40-A5主機目前暫支援最多3個W1LED燈板，ID號分別是：

  W1LED_ID1（0x0100 0000），對應 ID1_pio 和 ID1_hla；
  W1LED_ID2（0x0200 0000），對應 ID2_pio 和 ID2_hla；
  W1LED_ID3（0x0300 0000），對應 ID3_pio 和 ID3_hla；

  W1LED指示燈板接收32bit的資料，格式如下：

  W1LED燈板收到32bit的資料，計算異或和校驗，若校驗和為0（正確），則對比 ID 號，若與其自身 ID 號相同，則分析b23-b0的資料。b23-b0中為1的位，則使能 LED23-LED0 中相應的LED點亮。
  W1LED資料格式示例見附（1），校驗和演算法見附（2）。

四、/etc/modprobe.conf 檔案

4.1、 ID1_pio

  檔案 /etc/modprobe.conf 中的 ID1_pio：
  （1）ID1_pio中的引數與ARM40-A5的pio對應；
  （2）ID1_pio中引數的位置與 W1LED 資料格式中的b0-b23對應。

options w1led ID1_pio=136,137,138,139,140,141,142,143,144    //最多24個,因LED0-LED23只有24個LED
options w1led ID1_hla=0xfff000

  先分析與ARM40-A5的pio對應，ARM40-A5共有160個pio，分別為PA0-PA31、PB0-PB31、PC0-PC31、PD0-PD31、PE0-PE31。對應的數值為：

PA0~PA31:  0~31;
PB0~PB31:  32~63;
PC0~PC31:  64~95;
PD0~PD31:  96~127;
PE0~PE31:  128~159;

  因此 ID1_pio=136,137,138,139,140,141,142,143,144 對應 PE8~PE16，為方便理解，我們示意性的寫為（w1led.ko不認可這種示意寫法）：
ID1_pio=PE8,PE9,PE10,PE11,PE12,PE13,PE14,PE15,PE16
  
  再分析與 W1LED 資料格式中b0-b23的對應。
ID1_pio=136,137,138,139,140,141,142,143,144 分別與b0~b8對應，我們示意性的寫為（w1led.ko不認可這種示意寫法）：
ID1_pio=b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8
  
  我們把這兩個對應關係結合起來理解：
  ARM40_PE8 決定 W1LED_ID1_LED0 的亮和滅；
  ARM40_PE9 決定 W1LED_ID1_LED1 的亮和滅；
  … …
  ARM40_PE16 決定 W1LED_ID1_LED8 的亮和滅；

  那麼，ARM40_PE8為高電平時， W1LED_ID1_LED0 亮； 還是為低電平時，W1LED_ID1_LED0 亮呢？
  這是由 ID1_hla 決定的。

4.2、ID1_hla

  我們看例子：
ID1_pio= b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8,b9,b10,b11,b12,b13,b14,b15,b16,b17,b18,b19,b20,b21,b22,b23 //示意性寫法
  若 ID1_hla=0xfff000 表示 b0-b11為低電平有效，b12-b23為高電平有效。
  若 ID1_hla=0xf0f0f0 表示 b0-b3, b8-b11, b16-b19為低電平有效，b4-b7, b12-b15, b20-b23為高電平有效。

4.3、 ID1_pio 和 ID1_hla 例項

  多數情況下，我們可能只用到一個W1LED燈板，此時 /etc/modprobe.conf 為：

options w1led ID1_pio=134,57,138    //只有3個LED,對應PE6,PB25,PE10
options w1led ID1_hla=6             //PE6低電平有效; PB25,PE10高電平有效

  我們用下圖表示這個關係：

  注：
  （1）圖中將ID1_hla=6 改為了低位在前，與ID1_pio低位在前保持一致，方便作圖。
  （2）圖中紫色小圓圈表示PE6的低電平將點亮LED0，紅色圓點表示高電平點亮LED。
  修改 ID1_pio= 中的值，即可指定ARM40-A5上哪個pio與LED0、LED1、LED2對應;
  修改 ID1_hla= 的值，即可指定ARM40-A5上的pio是高電平還是低電平點亮相應的LED。

4.4、gpio的測試

  見《ARM40-A5應用程式——GPIO輸出高低電平》，例如對PE10輸出高/低電平，觀察W1LED燈板上LED的狀態。
  配置 /etc/modprobe.conf ：

options w1led ID1_pio=138     //只有1個LED,對應PE10
options w1led ID1_hla=1       //PE10高電平有效

  在shell中操作PED10，輸出高/低電平，觀察W1LED燈板上LED0的狀態。

echo 138 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/pioE10/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/pioE10/value
echo 0 > /sys/class/gpio/pioE10/value
echo 138 > /sys/class/gpio/unexport

五、串列埠與W1LED

5.1、 串列埠的ID1_pio

  對串列埠來說，不像gpio要區分高/低電平有效，串列埠是收到資料即點亮W1LED板上的一個LED，發出資料點亮W1LED板上的另一個LED。串列埠會無視ID1_hla。
  IDx_pio中的引數與串列埠傳送/接收的對應關係如下：

舉個 /etc/modprobe.conf 的例子：

options w1led ID1_pio=134,-2,138     //只有3個LED,對應PE6,ttyS0_RXRDY,PE10
options w1led ID1_hla=6              //PE6低電平有效,PE10高電平有效; ttyS0會無視IDx_hla的配置

5.2、串列埠的測試

  串列埠接收/傳送資料，觀察W1LED燈板上LED的狀態。
  配置 /etc/modprobe.conf ：
options w1led ID1_pio=-13 //只有1個LED,對應ttyS5_TXRDY,ttyS5會無視IDx_hla的配置
  在shell中操作 ttyS5，觀察W1LED燈板上LED0的狀態。

cat /dev/ttyS5 &
echo 1234 > /dev/ttyS5

參考文章：

  Kernel module (簡體中文)   https://wiki.archlinux.org/index.php/Kernel_module_(簡體中文)
  linux模組程式設計（二）——執行不息的核心執行緒kthread
  https://blog.csdn.net/qb_2008/article/details/6835783
  Linux核心多執行緒（二）
  https://www.cnblogs.com/zhuyp1015/archive/2012/06/11/2545702.html
  用軟體實現1-Wire®通訊
  https://www.maximintegrated.com/cn/app-notes/index.mvp/id/126
  Linux 驅動之模組引數–Linux裝置驅動程式
  https://blog.csdn.net/gatieme/article/details/51009094
  ARM40-A5應用程式——GPIO輸出高低電平
  https://blog.csdn.net/vonchn/article/details/63684452
  薈聚計劃：共商 共建 共享 Grant
  

附：

（1）W1LED資料格式示例
  例：資料為 0xd1e7f9fc

例：資料為 0x91e7f9bc

（2）W1LED資料格式的校驗和
  異或和校驗演算法如下，校驗和為0，表示校驗正確。

unsigned int calc_4bitecc(unsigned int data)
{
        unsigned int xor;       
        xor = data ^ (data >> 16);      
        xor ^= (xor >> 8);
        xor ^= (xor >> 4);      
        return xor & 0xF;           //4bit異或和正確時,返回值是0
}