1-wire学习笔记

1-wire是美国Dallas公司推出的一种外围串行扩展总线技术，它只使用一根信号线，即传输时钟又传输数据，并且数据传输是双向的。
1-wire单总线适用于单个主机系统，能够控制一个或多个从机设备。

1 ROM码

1-wire只需要一根信号线，为了区分信号线上的不同从机设备，厂家在生产1-wire器件时，都会在器件的ROM中编制唯一的64位序列号，通过寻址就可以把不同的器件区分开。

ROM码从最低位开始前8位是家族码，代表器件的分类编号；接着的48位是一个唯一的序列号；最后8位是前56位的CRC校验码。

2 基本时序

单总线的基本操作分别是复位、读位、写位，定义了基本操作后，对器件的读写操作可以通过多次调用基本操作完成。

2.1 复位

复位时序：

1. 首先主机发出复位脉冲：拉低信号线，持续大概 $480-960\mu s$;
2. 然后主机释放信号线，信号线被上拉电路上拉为高电平;
3. 从机等待 $15-60\mu s$ 后，会主动发出存在脉冲：拉低信号线，持续大概 $60-240\mu s$。

2.2 读位

读位时序：

1. 主机首先拉低信号线，并且至少维持 $1\mu s$ 的时间；
2. 主机释放信号线，读取信号线状态，从释放到读取状态，不能超过 $15\mu s$；
3. 读取状态后，至少 $46\mu s$ 后才能进行下一次读位。

2.3 写位

写位时序：

1. 写”0”
   1. 主机直接将信号线拉低，持续时间大于 $60\mu s$ 小于 $120\mu s$ 即可；
2. 写”1”
   1. 主机首先拉低信号线，并且至少维持 $1\mu s$ 的时间；
   2. 主机释放信号线，等待至少 $60\mu s$ 以供从机采样。

3 ROM命令

1-wire针对不同类型的期间规定了详细的命令，命令有两种类型。一类是ROM命令，每种命令均为8位，用来搜索、甄别从器件，实现从器件寻址或简化总线操作；另一类是器件操作的功能命令。

3.1 ROM命令表

命令	功能	详细描述
[F0H]	搜索ROM指令	当系统初始化时，总线控制器通过此指令多次循环搜索ROM编码，以确认所有从机器件
[33H]	读取ROM指令	当总线上只有一个从器件时才会使用此指令，允许总线控制器直接读取从机的序列码
[55H]	匹配ROM指令	匹配ROM指令，使总线控制器在多点总线上定位一个特定的从器件
[CCH]	忽略ROM指令	忽略ROM指令，此指令允许总线控制器不必提供64位ROM码就使用功能指令
[ECH]	报警搜索指令	当总线上存在满足报警条件的从机时，该从机响应此指令

3.2 1-wire命令序列

所有单总线器件操作的流程为：

1. 初始化(对总线上的器件进行初始化)
2. ROM命令(指令寻找和匹配，指定待操作器件)
3. 功能指令(进行具体操作或传输数据)

3.3 搜索算法

3.3.1 硬件基础

当向信号线写入搜索指令[F0H]后，进入搜索模式。在搜索模式中，总线上的所有从机设备都会一起向主机按位发送自己的ROM码及其补码，数据在总线上按”与“逻辑组合，总线控制器在接受一位原码数据和一位补码数据后，可向总线写入一位数据，禁止对应该处ROM码为此数据的器件继续发送数据。按接受到的两位数据的不同，总线控制器可得到不同的信息：

数据	意义
00	总线上设备该位ROM码存在冲突
01	总线上设备该位ROM码均为0
10	总线上设备该位ROM码均为1
11	总线上无设备

3.3.2 算法

搜索算法采用的是二叉树型结构，搜索过程沿各分节点进行，直到找到器件的ROM码为止；后续的搜索操作沿着节点上的其它路径进行，按照同样的方式直到找到总线上的所有ROM码。

unsigned char romID[8];       // save romID
unsigned char lastDeviceFlag = 0;
unsigned char lastDiscrepancy = 0;


unsigned char reset() {
    unsigned char ack;
    ...
    return ack; // 0: no device; 1: exist device
}
unsigned char read_2_bit() {...} // read 2 bits data from 1-wire
void write_bit() {...} // write 1 bit data to 1-wire
void write_byte(unsigned char byteData) {...} // write 1 byte data to 1-wire

void search(unsigned char *addr) {
  unsigned char bitID = 1;
  unsigned char byteID = 0;
  unsigned char discrepancy;
  unsigned char shiftID = 1;
  unsigned char read2Bit;
  unsigned char writeBit;

  if (!lastDeviceFlag) {
    if (reset()) {
      writeByte(0xf0); // write the search_comman to start
      do {
        read2Bit = read_2_bit();
        if (read2Bit == 3)
          break;
        else if (read2Bit)
          writeBit = read2Bit & 1;
        else {
          if (bitID < lastDiscrepancy)
            writeBit = (romID[byteID] & shiftID) ? 1 : 0;
          else
            writeBit = (bitID == lastDiscrepancy);

          if (writeBit == 0) discrepancy = bitID;
        }

        if (writeBit)
          romID[byteID] |= shiftID;
        else
          romID[byteID] &= ~shiftID;

        write_bit(writeBit);

        bitID++;
        shiftID <<= 1;
        if (shiftID == 0) {
          byteID++;
          shiftID = 1;
        }
      } while (byteID < 8);

      if (bitID > 64) {
        lastDiscrepancy = discrepancy;
        if (lastDiscrepancy == 0) lastDeviceFlag = 1;
        unsigned char i;
        for (i=0; i<8; i++) addr[i] = romID[i];
      } else {
        lastDiscrepancy = 0;
        lastDeviceFlag = 0;
      }
    } else {
      lastDeviceFlag = 0;
      lastDiscrepancy = 0;
    }
  }
}