TPS6116x 1-wire总线的分析与驱动实现

1-wire总线的特点

1-wire协议是用一条数据线作为总线进行数据通信的协议。

1-wire总线有以下特点：

1. 可以组建网络，个数没有限制。

2. 使用GPIO的特性就可以，不需要专门的控制器。

3. 总线网络中只有一个主动设备，其它设备均为从设备。主设备发起通信，从设备应答。从设备不能发起通信。

4. 属于串行异步通信。

5. 通信时序严格，在操作系统中，必须在数据通信阶段阶段关闭调度(调度带来的延迟可以能有数毫秒，将破坏时序)。

6. 不同的1-wire设备，通信协议和时序很可能不一样。组建网络时，确保使用遵守相同协议和时序的设备。

TPS6116x的功能框图

1. 从上电谈起

    上电后，默认工作在PWM模式，参考电压为200mV. 如果要让设备工作在1-wire模式，则要按照时序要求设置CTRL。

    上电的时候，如果CTRL是高电平，对是否1-wire模式的侦测被立即触发。如果CTRL不符合时序要求，则退出侦测。

    任何时候，如果CTRL是低电平，且维持2.5ms以上，则设备关机。

2. 无论是PWM模式，还是1-wire模式，都是在设置参考电压(Reference Control).

    FB的目标值是参考电压(Error Amplier)。FB与参考电压的误差值被输入PWM Control，以修正PWM的有效宽度。

3. Rset电阻用来调整最大亮度。参考电压的最大值为200mV，这样，如果Rset的阻值为10欧姆，那么LED的最大电流是20mA。

4. PWM的频率是600KHz.

5. 设备Shut down的时候(CTRL一直为低)，没有PWM输出。Vin可以直接流向LED.所以Vin在设计上要小于LEDs的开启电压。

6. 设备从Shut down状态复位时(CTRL变高触发复位，设备开机)。开机时如果FB寄存器值(用来设置参考电压的寄存器)为0(范围0-31)，则FB寄存器被设定为31(200mV)。

    开机时如果FB寄存器不为0，则不会修改FB寄存器的值。Datasheet中指出，不要直接设定FB寄存器值为0，如果想关机，可以令设备Shutdown(CTRL置低2.5ms)。

7. Soft start-up控制电路控制电压一级一级往上升，以避免电流冲击。

TPS6116x的时序

在TPS6116x的Datasheet中，6.6节详细列出时序要求。

名字	含义	电平	最小值	最大值	单位
tvalACKN	ACK准备时间，从设备在此区间准备ACK. TPS6116x只有在数据最高位(RFA)为1时，从设备返回ACK。并且从设备是OpenDrain输出的。	高		2	us
tACKN	ACK的有效区间。数据线被从设备拉低。	低		512	us
toff	设备关机时间。相当于电脑的长按开机键进行强制关机。	低	2500		us
tes_det	EasyScale模式侦测的真正开始。260us超过PWM模式的最大低电平宽度(5kHz, 200us).	低	260	2500	us
tes_delay	TPS6116x从Shutdown状态退出(2.5ms后变高)时开始侦测EasyScale模式的进入。必须维持至少100us的高位。也可能一直高。	高	100		us
tes_win	EasyScale模式侦测的总体时间。TPS6116x从Shutdown状态退出(2.5ms后变高)时开始侦测EasyScale模式的进入。包括tes_delay和tes_det。		1000		us
tSTART	字节处理的预备时间。也可以理解为字节之间的间隔。	高	2		us
tEOS	字节的结束。相当于UART的STOP位。	低	2	360	us
tH_LB	逻辑0的高电平时间	高	2	180	us
tL_LB	逻辑0的低电平时间	低	2 × tH_LB	360	us
tL_HB	逻辑1的低电平时间	低	2	180	us
tH_HB	逻辑1的高电平时间	高	2 × tL_HB	360	us

1. 上电

    如果CTRL PIN引脚电平是高，进入tes_win，开始判断是进入EasyScale的1-wire模式，还是进入PWM模式。

    如果CTRL PIN引脚电平是低，2.5ms之后设备shutdown，进入低耗电模式。

2. 进入EasyScale的1-wire模式。

    1. 为了避免不确定的时序状态，先置CTRL PIN引脚电平为低3秒。设备进入shutdown状态。

static void tps6116_shutdown(unsigned int gpio) {
  gpio_set_value(gpio, 0);
  mdelay(3);                                // tps6116 shut down.
}

    2. 置CTRL PIN为高，进入tes_win。tes_win遵循下面的时序要求，以进入EasyScale的1-wire模式。

       

static void tps6116_reset(unsigned int gpio){
  gpio_set_value(gpio, 0);
  mdelay(3);                                // tps6116 shut down.
  gpio_set_value(gpio, 1);                  // reset, FB = 200mv. start EasyScale detection window.
  usleep(500);                              // tes_delay. min 100us
  preempt_disable();                        // avoid the possbile shutdown. let me do it over.
  gpio_set_value(gpio, 0);  
  usleep(300);                              // tes_det, min 260us
  gpio_set_value(gpio, 1);
  preempt_enable();
  usleep(500);                              // tes_win, min 1000us. 500 + 300 + 500 = 1300 > 1000
}

    3. 发送字符1。

 

static void tps6116_send_bit_1(unsigned int gpio){
  gpio_set_value(gpio, 0);
  udelay(20);                                // pull low for 20us
  gpio_set_value(gpio,1);
  udelay(80);                                // pull high for 80us
}

    4. 发送字符0。

static void tps6116_send_bit_0(unsigned int gpio){
  gpio_set_value(gpio, 0);
  udelay(80);                                // pull low for 80us
  gpio_set_value(gpio,1);
  udelay(20);                                // pull high for 20us
} 

   5. 发送字节。

static void tps6116_send_byte(unsigned int gpio, unsigned char value){
  int i;
  int bit; 

  udelay(50);                                  // start
  for (i = 7; i >= 0; i--){
      bit = value & (1 << i);                  // High bit first
      if (bit){
          tps6116_send_bit_1(gpio);
      }
      else{
          tps6116_send_bit_0(gpio);
      }
  }
  gpio_set_value(gpio, 0);                    // End of start
  udelay(50);
  gpio_set_value(gpio, 1);                    // idle
}

   6. 发送帧。 

       数据帧包含两个字节，第一个字节是地址0x72(固定的)。第二个地址是数据，bit[0-4]是FB寄存器值(0-31)，bit[5-6]是设备地址(0)，bit[7]是RFA，表示是否希望设备传回ACK。使用RFA，通信会更复杂，驱动还要改变GPIO方向，并且由于设备CTRL是OpenDrain的，主机端要加4.7K的上拉电阻。

// irq code running time is very short, assume it does not effect the timming here.
// if disable irq, the performance of the system will be effected.
static void tps6116_set_fb_value(unsigned int gpio, unsigned char value){
  value = value & 0x1F;                     // RFA: 0, A1=A0=0
  preempt_disable();                        // let me do it over. 
  tps6116_send_byte(gpio, 0x72);            // address: 0x72
  tps6116_send_byte(gpio, value);
  preempt_enable();
}

TPS6116x的Linux驱动的其它部分

1. 设置好平台驱动的数据结构。

static struct platform_driver tps6116_bl_driver = {
    .driver        = {
        .name    = "tps6116-bl",
        .pm        = &tps6116_bl_pm_ops,
        .of_match_table    = of_match_ptr(tps6116_bl_of_match),
    },
    .probe        = tps6116_bl_probe,
    .remove        = tps6116_bl_remove,
    .shutdown    = tps6116_bl_shutdown,
};

module_platform_driver(tps6116_bl_driver);

2. probe的工作

   1. 分配设备私有数据。

   2. 从dts中获取必要的信息: default-brightness, max_brightness, gpio。

   3. 初始化gpio。

   4. 注册背光驱动。

   5. 初始设置背光。

   6. 设置平台驱动数据。 这样，从平台设备可以得到背光设备结构，从背光设备结构可以得到设备数据。这对应那些回调函数是很有必要的。

    struct backlight_device *bl = platform_get_drvdata(pdev);
    struct tps6116_bl *tps6116_bl = bl_get_data(bl);

  最快的方法是找一个相似的背光驱动，比如pwm_bl.c，看它是怎么与驱动框架交互的。

后语

  看Data sheet或者看别人写的示例代码，会忽略很多细节。而在整理资料的过程当中，为了把内容细致、逻辑地呈现出来，就会反复阅读和理解手头的资料，很多细节就被挖掘出来。所以养成资料整理的习惯是很有必要的。