ARM40-A5应用——W1LED的使用说明

2018.11.7

ARM40的一些产品上需要用到较多的LED指示灯，此时推荐使用W1LED来实现。
ARM40主机监测GPIO、串口（RS232和RS485）、CAN等外设的输入/输出状态，定期（例如每100ms）给W1LED指示灯板发送数据，控制LED指示灯的亮/灭。
W1LED指示灯板上有一颗MCU，接收ARM40主机发来的数据，根据接收到的指令，来控制灯板上的LED。
W1LED指示灯板使用3根线（VCC、GND、DQ）即可，并且多个W1LED指示灯板可共享ARM40主板上的DQ信号，根据各自的ID号来执行发给自己的指令。DQ信号在ARM40-A5上默认为PE20.
W1LED占用IO少，使用灵活方便，并且LED反应了主机的工作状态，而不仅仅是反应了局部硬件电路的状态。当然，也可以在电路板上增加硬件控制的指示设备，与W1LED的方法并无冲突。

一、W1LED的硬件电路

ARM40-A5应用——W1LED的使用说明
图1为W1LED灯板的硬件电路，MCU可外接LED0~LED23共24个LED，这24个LED分别接到MCU的如下IO，且IO为高电平时点亮LED。

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

W1LED灯板的工作温度-40℃~85℃。
W1LED灯板VCC电压范围为2.4V~5.5V，VCC电压应不低于DQ的高电平：

若DQ高电平为3.3V，VCC为3.3V~5V；
若DQ高电平为5V，则VCC为5V。

使用时，应按照LED0到LED23的顺序，先使用小数值的LED。例如，使用了4颗LED，则应占有LED0~LED3，而不应随意排列组合。

二、ARM40上的配置

ARM40主机监测GPIO、串口（RS232和RS485）、CAN等外设的输入/输出状态，内核线程 kw1ledd 定期（例如每100ms）给W1LED指示灯板发送数据，控制LED指示灯的亮/灭。
内核线程 kw1ledd 的配置如下：
（1） /etc/init.d/S01user3module 文件

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

其内容为：

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

（2） /lib/modules/3.18.0/w1led.ko
将内核模块 w1led.ko 拷贝到 /lib/modules/3.18.0/ 目录。
（3） /lib/modules/3.18.0/modules.dep
touch /lib/modules/3.18.0/modules.dep
其内容为：
w1led.ko:
（4） /etc/modprobe.conf
touch /etc/modprobe.conf
其内容为：

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

加载内核模块 modprobe w1led.ko 时，会解读 /etc/modprobe.conf 文件，参考《Kernel module (简体中文)》。
下文解释其中的参数ID1_pio 和 ID1_hla；参数ID2_pio、ID3_pio 、ID2_hla、ID3_hla是类似的。

三、W1LED的数据格式

ARM40-A5主机目前暂支持最多3个W1LED灯板，ID号分别是：

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

W1LED指示灯板接收32bit的数据，格式如下：
ARM40-A5应用——W1LED的使用说明
W1LED灯板收到32bit的数据，计算异或和校验，若校验和为0（正确），则对比 ID 号，若与其自身 ID 号相同，则分析b23-b0的数据。b23-b0中为1的位，则使能 LED23-LED0 中相应的LED点亮。
W1LED数据格式示例见附（1），校验和算法见附（2）。

四、/etc/modprobe.conf 文件

4.1、 ID1_pio

文件 /etc/modprobe.conf 中的 ID1_pio：
（1）ID1_pio中的参数与ARM40-A5的pio对应；
（2）ID1_pio中参数的位置与 W1LED 数据格式中的b0-b23对应。

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

先分析与ARM40-A5的pio对应，ARM40-A5共有160个pio，分别为PA0-PA31、PB0-PB31、PC0-PC31、PD0-PD31、PE0-PE31。对应的数值为：

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 对应 PE8~PE16，为方便理解，我们示意性的写为（w1led.ko不认可这种示意写法）：
ID1_pio=PE8,PE9,PE10,PE11,PE12,PE13,PE14,PE15,PE16

再分析与 W1LED 数据格式中b0-b23的对应。
ID1_pio=136,137,138,139,140,141,142,143,144 分别与b0~b8对应，我们示意性的写为（w1led.ko不认可这种示意写法）：
ID1_pio=b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8

我们把这两个对应关系结合起来理解：
ARM40_PE8 决定 W1LED_ID1_LED0 的亮和灭；
ARM40_PE9 决定 W1LED_ID1_LED1 的亮和灭；
…
ARM40_PE16 决定 W1LED_ID1_LED8 的亮和灭；

那么，ARM40_PE8为高电平时， W1LED_ID1_LED0 亮；还是为低电平时，W1LED_ID1_LED0 亮呢？
这是由 ID1_hla 决定的。

4.2、ID1_hla

我们看例子：
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 //示意性写法
若 ID1_hla=0xfff000 表示 b0-b11为低电平有效，b12-b23为高电平有效。
若 ID1_hla=0xf0f0f0 表示 b0-b3, b8-b11, b16-b19为低电平有效，b4-b7, b12-b15, b20-b23为高电平有效。

4.3、 ID1_pio 和 ID1_hla 实例

多数情况下，我们可能只用到一个W1LED灯板，此时 /etc/modprobe.conf 为：

options w1led ID1_pio=134,57,138    //只有3个LED,对应PE6,PB25,PE10
options w1led ID1_hla=6             //PE6低电平有效; PB25,PE10高电平有效

我们用下图表示这个关系：
ARM40-A5应用——W1LED的使用说明
注：
（1）图中将ID1_hla=6 改为了低位在前，与ID1_pio低位在前保持一致，方便作图。
（2）图中紫色小圆圈表示PE6的低电平将点亮LED0，红色圆点表示高电平点亮LED。
修改 ID1_pio= 中的值，即可指定ARM40-A5上哪个pio与LED0、LED1、LED2对应;
修改 ID1_hla= 的值，即可指定ARM40-A5上的pio是高电平还是低电平点亮相应的LED。

五、串口与W1LED

5.1、 ID1_pio与ID1_hla 之于串口

对串口来说，

六、测试

首先根据"二、ARM40上的配置" 配置好各个文件。

6.1、gpio的测试

见《ARM40-A5应用程序——GPIO输出高低电平》，例如对PE10输出高/低电平，观察W1LED灯板上LED的状态。

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

6.2、串口的测试

串口接收/发送数据，观察W1LED灯板上LED的状态。

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

参考文章：

Kernel module (简体中文) https://wiki.archlinux.org/index.php/Kernel_module_(简体中文)
linux模块编程（二）——运行不息的内核线程kthread
https://blog.****.net/qb_2008/article/details/6835783
Linux内核多线程（二）
https://www.cnblogs.com/zhuyp1015/archive/2012/06/11/2545702.html
用软件实现1-Wire®通信
https://www.maximintegrated.com/cn/app-notes/index.mvp/id/126
Linux 驱动之模块参数–Linux设备驱动程序
https://blog.****.net/gatieme/article/details/51009094
ARM40-A5应用程序——GPIO输出高低电平
https://blog.****.net/vonchn/article/details/63684452
荟聚计划：共商共建共享 Grant

附：

（1）W1LED数据格式示例
例：数据为 0xd1e7f9fc
ARM40-A5应用——W1LED的使用说明
例：数据为 0x91e7f9bc

（2）W1LED数据格式的校验和
异或和校验算法如下，校验和为0，表示校验正确。

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

ARM40-A5应用——W1LED的使用说明

ARM40-A5应用——W1LED的使用说明

一、W1LED的硬件电路

二、ARM40上的配置

三、W1LED的数据格式

四、/etc/modprobe.conf 文件

4.1、 ID1_pio

4.2、ID1_hla

4.3、 ID1_pio 和 ID1_hla 实例

五、串口与W1LED

5.1、 ID1_pio与ID1_hla 之于串口

六、测试

6.1、gpio的测试

6.2、串口的测试

参考文章：

附：

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