one-wire DS2431

本文介绍STM32平台下DS2431单总线EEPROM的操作方法,包括初始化配置、读写ROM、读写内存等核心功能实现。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

#include "stm32f10x_gpio.h"

#define DS2431_GPIO     GPIOB
#define DS2431_GPIO_Pin GPIO_Pin_0

#define DS2431_Write_1()        GPIO_SetBits( DS2431_GPIO, DS2431_GPIO_Pin )        //写1
#define DS2431_Write_0()    GPIO_ResetBits( DS2431_GPIO, DS2431_GPIO_Pin )        //写0
#define DS2431_ReadBit()    GPIO_ReadInputDataBit( DS2431_GPIO, DS2431_GPIO_Pin )        //读DS2431上的值

/**************操作指令码定义******************************/
/*DS2431 ROM功能命令*/
#define Rom_Read_Cmd                0x33    //Read ROM
#define Rom_Match_Cmd               0x55    //Match ROM
#define Rom_Skip_Cmd                0xCC    //Skip ROM
#define Rom_Search_Cmd              0xF0    //Search ROM

/*DS2431 存储器功能命令*/
#define Memory_Read_Cmd             0xF0    //Read Memory
#define Scratchpad_Read_Cmd         0xAA    //Read Scratchpad
#define Scratchpad_Write_Cmd        0x0F    //Write Scratchpad
#define Scratchpad_Copy_Cmd         0x55    //Copy Scratchpad
/**********************************************************/
extern void Delay_Nus( u32 Nus );
extern void Delay_Nms( u16 Nms );

/******************************************
****************涉及DS2431部分*************
*******************************************/
/******************************************
函数名称:GPIO_DS2431_Out_Mode
功    能:设置DS2431引脚为开漏输出模式
参    数:无
返回值  :无
*******************************************/
static void GPIO_DS2431_Out_Mode( void )
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS2431_GPIO_Pin;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;        //开漏输出
    GPIO_Init( DS2431_GPIO, &GPIO_InitStructure );
}
/******************************************
函数名称:GPIO_DS2431_Input_Mode
功    能:设置DS2431引脚为浮空输入模式
参    数:无
返回值  :无
*******************************************/
static void GPIO_DS2431_Input_Mode( void )
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS2431_GPIO_Pin;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;   //浮空输入
    GPIO_Init( DS2431_GPIO, &GPIO_InitStructure );
}
/******************************************
1-Wire器件复位, 并检查应答;有应答返回0, 无应答返回1
*******************************************/
static unsigned char Reset( void )
{
    GPIO_DS2431_Out_Mode();
    DS2431_Write_1();
    DS2431_Write_0();
    Delay_Nus( 237 );                //复位低脉冲保持

    DS2431_Write_1();                //释放总线后70us读应答
    Delay_Nus( 35 );
    GPIO_DS2431_Input_Mode();
         if( 0 == DS2431_ReadBit() )
    {
        Delay_Nus( 200 );
        return ( 0 );
     }
    else
    {
       return ( 1 );
     }  
}
/******************************************
               写数据位1
*******************************************/
static void WriteBit_1( void )
{
    GPIO_DS2431_Out_Mode();
    DS2431_Write_1();
    DS2431_Write_0();        //拉低总线保持6us
    Delay_Nus( 2 );

    DS2431_Write_1();        //释放总线延时65us
    Delay_Nus( 30 );
}
/******************************************
                写数据位0
*******************************************/
static void WriteBit_0( void )
{
    GPIO_DS2431_Out_Mode();
    DS2431_Write_1();
    DS2431_Write_0();        //拉低总线保持65us
    Delay_Nus( 30 );

    DS2431_Write_1();        //释放总线延时6us
    Delay_Nus( 2 );
}
/******************************************
                读数据位
*******************************************/
static unsigned char Read_Bit( void )
{
    unsigned char value;

    GPIO_DS2431_Out_Mode();
    DS2431_Write_1();
    DS2431_Write_0();                //拉低总线保持6us
    Delay_Nus( 2 );
    DS2431_Write_1();                //释放总线延时9us
        Delay_Nus( 3 );
    GPIO_DS2431_Input_Mode();
    value = DS2431_ReadBit();   //读取总线状态延时55us 
    Delay_Nus( 24 );
    return value;   
}
/******************************************
                写字节
*******************************************/
static void Write_Byte( unsigned char value )
{
    unsigned char i;

    for( i = 0; i < 8; i++ )
    {
        if( value & 0x01 )
        {
            WriteBit_1();
        }
        else
        {
            WriteBit_0();
        }
        value = value >> 1;
    }
}
/******************************************
                读字节
*******************************************/
static unsigned char Read_Byte( void )
{
    unsigned char i, value;

    value = 0;
    for( i = 0; i < 8; i++ )
    {
        value >>= 1;
        if( Read_Bit() ) 
            value |= 0x80;        
    }
    return value;
}
/******************************************
功能:读8位家族码;48位序列号;8位CRC码;读取成功返回0
参数:*id--读取的数据存放地址
返回:0--操作成功;1--总线不可用;
*******************************************/
unsigned char DS2431_ReadRom( unsigned char *id )
{
        unsigned char i;

        if( Reset() != 0 )
                return ( 1 );

        Write_Byte( Rom_Read_Cmd );        //写命令

        for( i = 0; i < 8; i++ )
        {
                  *id++ =        Read_Byte();
        }
        return ( 0 );
}
/******************************************
功能:  读EPROM
参数:  tgaddr--目标地址;
        len--要读取的字节数;
        *buffer--存放地址
返回:0--操作成功;1--总线不可用;
*******************************************/

unsigned char DS2431_ReadMemory( unsigned char tgaddr, unsigned char len, 
                                                                  unsigned char * buffer )

{
    unsigned char i;

    if( Reset() != 0 )
        return ( 1 );

        Write_Byte( Rom_Skip_Cmd );                //写命令  
        Write_Byte( Memory_Read_Cmd );        //写命令
        Write_Byte( tgaddr );                             //写地址低字节
        Write_Byte( 0 );                                     //写地址高字节

    for( i = 0; i < len; i++ )
        buffer[ i ] = Read_Byte();
                 
        Reset();
        return ( 0 );        
}
/******************************************
描述:DS2431的EEPROM 共为8 X 18个字节, 可以看作18个8字节块.
功能:写EPROM
参数:nblock--块号取值( 0--17 )16块为特殊功能寄存器17块为保留;
      *buffer为要写入的8字节数据起始指针
返回:  0--操作成功;
        1--总线不可用;
        2--写暂存器失败;
            3--写主存储器错误;
*******************************************/

unsigned char DS2431_WriteBlock( unsigned char nblock, unsigned char *buffer )
{
    unsigned char sbuf[ 16 ];
    unsigned char i;
    if( nblock > 17 )
                return ( 3 );                                //地址超出范围 

        //构造要写入的命令和数据
        sbuf[ 0 ] =  Rom_Skip_Cmd;
        sbuf[ 1 ] =  Scratchpad_Write_Cmd;
        sbuf[ 2 ] =  nblock * 8;                //写地址低字节
        sbuf[ 3 ] =  0;                                        //写地址高字节
        for( i = 0; i < 8; i++ )                //8字节数据
                sbuf[ i + 4 ] =  buffer[ i ];

        //器件复位
        if( Reset() != 0 )
                return ( 1 ); 

        //写命令和数据
        for( i = 0; i < 12; i++ )                                
                Write_Byte( sbuf[ i ] );

        Read_Byte();
        Read_Byte();

//******************读暂存器比较写入的数据**************
        
        if( Reset() != 0 )
                return ( 1 );
        Write_Byte( Rom_Skip_Cmd );        //写命令  
        Write_Byte( Scratchpad_Read_Cmd );

        for( i = 1; i < 12; i++ )
                sbuf[ i ] = Read_Byte();

        if( sbuf[ 1 ] != ( nblock * 8 ) ) return ( 2 );
        else if ( sbuf[ 2 ] != 0 ) return ( 2 );
        else if ( sbuf[ 3 ] != 7 ) return ( 2 ); 

        for( i = 0; i < 8; i++ )
                if( sbuf[ i + 4 ] !=  buffer[ i ] ) return ( 2 );

//******************拷贝暂存器数据到主存储器**************

    //构造要写入的命令和数据
    sbuf[ 0 ] =  Rom_Skip_Cmd;
    sbuf[ 1 ] =  Scratchpad_Copy_Cmd;
    sbuf[ 2 ] =  ( nblock * 8 );                 //写地址低字节
    sbuf[ 3 ] =  0;                                                //写地址高字节
    sbuf[ 4 ] =  7; 

        //器件复位
        if( Reset() != 0 )
                return ( 1 );                  

        for( i = 0; i < 5; i++ )
        Write_Byte( sbuf[ i ] );                                
        Delay_Nms( 9 );

        if( Read_Byte() == 0xaa )
        {
                Reset();
                return ( 0 );
        }
        else
        {
                Reset();
                 return ( 3 );
        }
}
<think>我们正在讨论One-Wire CRC(循环冗余校验)的计算原理和工作机制。用户要求深入理解其工作原理和解释,因此我们需要从基础原理开始,逐步展开。 根据之前的回答,我们知道One-Wire设备使用的CRC-8多项式为$x^8 + x^5 + x^4 + 1$(对应的十六进制为0x8C)。现在,我们将详细解释其工作机制。 一、CRC的基本原理: CRC是一种根据数据生成固定长度校验码的算法,用于检测数据传输或存储中的错误。它基于多项式除法,其中数据被视为一个二进制多项式,然后除以一个固定的生成多项式(在One-Wire中为0x8C),得到的余数就是CRC值。 二、One-Wire CRC-8的具体参数: - 生成多项式:$g(x) = x^8 + x^5 + x^4 + 1$,二进制表示为`100110001`(注意:通常我们省略最高位的1,所以用8位表示时为`00110001`?但实际计算中我们使用0x8C,因为0x8C的二进制是`10001100`,这里需要澄清)。 实际上,多项式$x^8 + x^5 + x^4 + 1$对应的二进制位为:从最高位(x^8)到最低位(x^0)的系数。所以: - x^8: 1 - x^7: 0 - x^6: 0 - x^5: 1 - x^4: 1 - x^3: 0 - x^2: 0 - x^1: 0 - x^0: 1 因此,完整的9位二进制为:`100110001`。但在计算时,我们通常用8位表示(去掉最高位的1),即`00110001`(0x31)?然而,在One-Wire标准中,我们使用0x8C。这是为什么呢? 注意:在CRC计算中,生成多项式通常用去掉最高位的8位表示(因为最高位总是1),但这里有一个重要的细节:不同的表示方式(正向或反向)会导致不同的结果。One-Wire使用的多项式实际上是反转的。 根据标准文档(如DS18B20的数据手册),One-Wire CRC使用的多项式是:`0x8C`(二进制:10001100)。这个多项式实际上是反转后的表示。具体关系如下: - 标准多项式:$x^8 + x^5 + x^4 + 1$,如果按正常顺序,其二进制表示为:`100110001`(9位),去掉最高位后为`00110001`(0x31)。但是,One-Wire协议中采用LSB-first(低位在先)的方式,因此需要将多项式反转。 - 反转后的多项式:将`100110001`反转(从最低位到最高位)得到`100011001`(9位),去掉最高位后为`00011001`(0x19)?不对,实际上反转后的9位是`100011001`,然后去掉最高位,得到8位:`00011001`(0x19)?这似乎与0x8C不符。 实际上,在One-Wire中,多项式0x8C(二进制10001100)对应的是反转后的多项式表示。具体来说: - 反转后的多项式:$x^8 + x^4 + x^3 + 1$(因为0x8C的二进制是10001100,表示系数为:x^7(1)、x^6(0)、x^5(0)、x^4(0)、x^3(1)、x^2(1)、x^1(0)、x^0(0)?)不对,0x8C是8位,它代表的是生成多项式的系数(不包括x^8),但顺序是反转的。 这里有一个常见的混淆点:CRC计算有两种位处理顺序:MSB-first(高位在先)和LSB-first(低位在先)。One-Wire采用LSB-first(即从每个字节的最低位开始处理)。因此,生成多项式也需要反转。 原始多项式:$x^8 + x^5 + x^4 + 1$(即系数为:1*(x^8) + 0*(x^7) + 0*(x^6) + 1*(x^5) + 1*(x^4) + 0*(x^3) + 0*(x^2) + 0*(x^1) + 1*(x^0)) 在LSB-first计算中,我们使用反转的多项式:即从最低位到最高位重新排列,得到:$x^8 + x^0 + x^1 + x^4 + x^5$(反转后系数为:1*(x^0) + 0*(x^1) + 0*(x^2) + 1*(x^3) + 1*(x^4) + 0*(x^5) + 0*(x^6) + 0*(x^7) + 1*(x^8))?不对,反转多项式应该是将原始多项式的系数顺序反转。 反转原始多项式的系数(不包括最高位x^8,因为它总是1)得到:原始系数(去掉最高位)为:00110001(对应x^7到x^0),反转后为:10001100(即0x8C)。所以,在计算时,我们使用0x8C作为异或值。 因此,在One-Wire CRC中,我们使用0x8C(二进制:10001100)作为多项式在LSB-first模式下的表示。 三、计算过程(逐位计算法): 1. 初始化CRC寄存器为0x00。 2. 对于输入数据的每一个字节: a. 将该字节与CRC寄存器进行异或(得到临时值)。 b. 对临时值的每一位(从低位到高位,即LSB-first)进行处理,共8位: i. 将CRC寄存器右移1位(移出最低位)。 ii. 检查临时值的最低位(即原CRC的最低位与数据字节的最低位异或的结果): - 如果该位为1,则将CRC寄存器与多项式0x8C进行异或。 iii. 将临时值右移1位(以便处理下一位)。 注意:在代码实现中,我们通常这样操作(与上述描述略有不同,但等效): for each byte in data: crc = crc ^ byte # 将当前字节与CRC寄存器异或 for each bit in the byte (8 times): if (crc & 0x01): # 检查最低位是否为1 crc = (crc >> 1) ^ 0x8C else: crc = crc >> 1 但是,这里有一个细节:在循环中,我们处理的是当前crc的最低位,然后右移。这样,每个字节的8位都按照从低到高的顺序处理。 四、数学原理: 我们可以将数据视为一个多项式$M(x)$,例如,数据字节0x33(二进制00110011)对应的多项式为:$x^5 + x^4 + x + 1$(注意:在LSB-first中,最低位是x^0,所以00110011(从低到高)实际上是11001100(从高到低)?不对,这里需要明确。 在LSB-first中,我们首先发送最低位,所以数据0x33的二进制(从低到高)为:1,1,0,0,1,1,0,0(即第一个发送的是1,最后发送的是0)。因此,对应的多项式为:$d_0*x^0 + d_1*x^1 + ... + d_7*x^7$,其中d0=1, d1=1, d2=0, d3=0, d4=1, d5=1, d6=0, d7=0,即$M(x)=1+x+x^4+x^5$。 CRC计算相当于计算多项式$M(x) \cdot x^8$除以生成多项式$g(x)$($x^8+x^5+x^4+1$)的余数,但实际计算过程是逐步进行的(移位寄存器)。 五、举例说明(计算0x33的CRC): 数据:0x33(二进制00110011,但处理顺序是从低到高:11001100?不对,实际上我们按位处理,从最低位开始,所以第一个处理的是最低位(0x33的最低位是1,然后下一个是1,然后是0,0,1,1,0,0(最高位))。 步骤: 初始化:crc=0x00 处理第一个字节0x33: crc = crc ^ 0x33 = 0x00 ^ 0x33 = 0x33(二进制00110011) 然后处理8位(从最低位开始): 第1位(最低位):1 crc的最低位是1 -> 需要异或多项式 crc右移1位:00110011 -> 00011001(右移后为0x19) 然后异或0x8C:0x19 ^ 0x8C = 10001100 ^ 00011001 = 10010101(0x95) 第2位:当前crc=0x95(二进制10010101),最低位是1 右移:01001010(0x4A) 异或0x8C:0x4A ^ 0x8C = 01001010 ^ 10001100 = 11000110(0xC6) 第3位:0xC6(11000110)最低位是0 右移:01100011(0x63) 不异或 第4位:0x63(01100011)最低位是1 右移:00110001(0x31) 异或0x8C:0x31^0x8C=00110001^10001100=10111101(0xBD) 第5位:0xBD(10111101)最低位是1 右移:01011110(0x5E) 异或0x8C:0x5E^0x8C=01011110^10001100=11010010(0xD2) 第6位:0xD2(11010010)最低位是0 右移:01101001(0x69) 不异或 第7位:0x69(01101001)最低位是1 右移:00110100(0x34) 异或0x8C:0x34^0x8C=00110100^10001100=10111000(0xB8) 第8位:0xB8(10111000)最低位是0 右移:01011100(0x5C) 不异或 最终CRC=0x5C。 六、查表法的原理: 查表法通过预计算所有可能的256个字节(0x00-0xFF)的CRC值,并将结果存储在表中。计算数据流的CRC时,将当前的CRC值(初始为0)与下一个字节异或,然后用结果作为索引查表,得到一个新的CRC值,作为下一次查表的当前CRC值。 查表法之所以有效,是因为CRC计算具有线性性质。对于每个输入字节,我们可以将计算分解为: crc = (crc ^ byte) * 256 的CRC(模2运算) 但由于我们每次处理一个字节,所以可以预计算一个字节的CRC。 七、工作机制: 在One-Wire设备中,CRC用于验证数据的完整性。例如,DS18B20的64位ROM代码包含56位序列号和8位CRC。主机读取64位后,计算前56位的CRC,并与设备提供的CRC字节比较。如果一致,则数据正确。 同样,在读取温度寄存器时,会读取9个字节(包括CRC字节),主机计算前8个字节的CRC,与第9个字节比较。 八、错误检测能力: CRC-8可以检测: - 所有单比特错误。 - 所有双比特错误(只要错误之间的距离不超过多项式阶数)。 - 奇数个比特错误(如果多项式有奇数个非零项,这里多项式有4个非零项,所以可以检测奇数个错误)。 - 突发错误(长度不超过8位)。 总结:One-Wire CRC-8是一种基于生成多项式$x^8+x^5+x^4+1$(对应0x8C)的循环冗余校验,采用LSB-first处理顺序,初始值为0,通过移位和条件异或实现,用于确保数据传输的可靠性。 现在,我们按照用户要求,用清晰的结构回答。</think>### One-Wire CRC 计算原理及工作机制详解 #### 一、CRC 基本原理 CRC(循环冗余校验)是一种基于多项式除法的错误检测机制。其核心思想是将数据视为二进制多项式,通过除以固定**生成多项式**(Generator Polynomial)得到余数作为校验值。在 One-Wire 协议中,使用 **CRC-8** 算法,其多项式为: $$ g(x) = x^8 + x^5 + x^4 + 1 $$ 对应的二进制表示为 `100110001`(十六进制 `0x8C`)[^1]。 #### 二、关键参数 | 参数 | 值 | 说明 | |--------------|----------|-------------------------------| | 多项式 | `0x8C` | $x^8 + x^5 + x^4 + 1$ | | 初始值 | `0x00` | CRC寄存器初始化值 | | 输入处理顺序 | LSB-first| 从字节最低位开始处理 | | 输出反转 | 无 | 结果直接使用 | #### 三、计算机制(逐位计算法) 以单字节 `0x33`(二进制 `00110011`)为例,演示计算过程: 1. **初始化**:`crc = 0x00` 2. **数据注入**:`crc = crc ^ data_byte = 0x00 ^ 0x33 = 0x33` 3. **逐位处理**(从LSB开始): ```plaintext 步骤 当前crc 最低位 操作 ---------------------------------------------- 1 00110011 1 右移 → 00011001, 异或0x8C → 10001100 ^ 00011001 = 10010101 (0x95) 2 10010101 1 右移 → 01001010, 异或0x8C → 01001010 ^ 10001100 = 11000110 (0xC6) 3 11000110 0 右移 → 01100011 (0x63) 4 01100011 1 右移 → 00110001, 异或0x8C → 00110001 ^ 10001100 = 10111101 (0xBD) 5 10111101 1 右移 → 01011110, 异或0x8C → 01011110 ^ 10001100 = 11010010 (0xD2) 6 11010010 0 右移 → 01101001 (0x69) 7 01101001 1 右移 → 00110100, 异或0x8C → 00110100 ^ 10001100 = 10111000 (0xB8) 8 10111000 0 右移 → 01011100 (0x5C) ``` 4. **最终CRC值**:`0x5C` #### 四、数学原理 1. **数据多项式表示**: 数据字节 `0x33` = $00110011_2$ → $M(x) = x^5 + x^4 + x + 1$ 2. **多项式除法**: $$ \frac{M(x) \cdot x^8}{g(x)} = Q(x) + \frac{R(x)}{g(x)} $$ 其中 $R(x)$ 即为CRC值(余数)。 3. **硬件实现**: ```mermaid graph LR A[数据输入] --> B[移位寄存器] B --> C{最低位=1?} C ----> D[异或0x8C] C ----> E[右移] D --> E E --> B ``` #### 五、工作机制 1. **发送端**: - 计算数据包的CRC值 - 将CRC附加到数据末尾(如DS18B20的9字节温度值中,第9字节为CRC) 2. **接收端**: - 用相同算法计算接收数据的CRC - 验证计算的CRC与接收的CRC是否一致 - 不一致则触发错误处理(如重传) #### 六、错误检测能力 | 错误类型 | 检测能力 | |------------------|----------| | 单比特错误 | 100% | | 双比特错误 | 100% | | 奇数位错误 | 100% | | 突发错误(≤8位) | 100% | #### 七、应用场景 1. **ROM代码验证**:DS18B20的64位ROM码含8位CRC 2. **温度数据校验**:9字节温度数据包的最后1字节为CRC 3. **配置寄存器校验**:确保写入参数正确传输[^2] ---
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