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基于STM32、HAL库的DS2401P安全验证及加密芯片驱动程序设计

news 来源：原创 2025/5/25 11:22:34

一、简介：

DS2401P是Maxim Integrated（现为Analog Devices）生产的一款1-Wire®硅序列号芯片，具有以下特点：

64位唯一ROM编码（包括8位家族码、48位序列号和8位CRC校验码）
单总线接口，仅需一根数据线（加上地线）
工作电压范围：2.8V至5.25V
每个器件有唯一的64位ROM编码，适合用于设备识别
典型读取时间小于5ms
工作温度范围：-40°C至+85°C

二、硬件接口：

DS2401P          STM32L4xx|                |
1 |--DATA---------->| GPIO (配置为开漏输出)
2 |--GND------------| GND

注意事项：

需要在DATA线上拉一个4.7kΩ电阻到VCC
建议在靠近MCU端添加一个100Ω电阻作为保护
如果总线较长，可能需要更强的上拉电阻

三、头文件：

#ifndef __DS2401P_H
#define __DS2401P_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

#include "stm32l4xx_hal.h"

#define DS2401P_FAMILY_CODE 0x01

typedef struct {
GPIO_TypeDef* GPIOx;
uint16_t GPIO_Pin;
uint8_t ROM[8];
} DS2401P_HandleTypeDef;

HAL_StatusTypeDef DS2401P_Init(DS2401P_HandleTypeDef *hds, GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
HAL_StatusTypeDef DS2401P_ReadROM(DS2401P_HandleTypeDef *hds);
uint8_t DS2401P_CRC8(const uint8_t *addr, uint8_t len);
HAL_StatusTypeDef DS2401P_ValidateROM(DS2401P_HandleTypeDef *hds);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif /* __DS2401P_H */

四、源文件：

#include "ds2401p.h"
#include "main.h"

// 单总线时序延迟函数
#define DS2401P_DELAY_US(us) HAL_Delay_us(us)

// 微秒级延迟函数（需要根据系统时钟配置）
__weak void HAL_Delay_us(uint16_t us)
{
uint32_t ticks = us * (SystemCoreClock / 1000000) / 5;
uint32_t start = DWT->CYCCNT;
while ((DWT->CYCCNT - start) < ticks);
}

// 初始化单总线GPIO
static void DS2401P_GPIO_Init(DS2401P_HandleTypeDef *hds)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

// 配置为开漏输出，无上拉
GPIO_InitStruct.Pin = hds->GPIO_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(hds->GPIOx, &GPIO_InitStruct);

// 初始状态为高电平
HAL_GPIO_WritePin(hds->GPIOx, hds->GPIO_Pin, GPIO_PIN_SET);
}

// 发送复位脉冲并检测存在脉冲
static HAL_StatusTypeDef DS2401P_Reset(DS2401P_HandleTypeDef *hds)
{
uint8_t presence = 0;

// 拉低总线至少480us
HAL_GPIO_WritePin(hds->GPIOx, hds->GPIO_Pin, GPIO_PIN_RESET);
DS2401P_DELAY_US(480);

// 释放总线（上拉电阻将拉高）
HAL_GPIO_WritePin(hds->GPIOx, hds->GPIO_Pin, GPIO_PIN_SET);
DS2401P_DELAY_US(70);

// 检测存在脉冲（设备应在60-240us内拉低总线）
presence = HAL_GPIO_ReadPin(hds->GPIOx, hds->GPIO_Pin);
DS2401P_DELAY_US(410);

return (presence == GPIO_PIN_RESET) ? HAL_OK : HAL_ERROR;
}

// 写一个位到单总线
static void DS2401P_WriteBit(DS2401P_HandleTypeDef *hds, uint8_t bit)
{
if (bit) {
// 写"1"
HAL_GPIO_WritePin(hds->GPIOx, hds->GPIO_Pin, GPIO_PIN_RESET);
DS2401P_DELAY_US(6);
HAL_GPIO_WritePin(hds->GPIOx, hds->GPIO_Pin, GPIO_PIN_SET);
DS2401P_DELAY_US(64);
} else {
// 写"0"
HAL_GPIO_WritePin(hds->GPIOx, hds->GPIO_Pin, GPIO_PIN_RESET);
DS2401P_DELAY_US(60);
HAL_GPIO_WritePin(hds->GPIOx, hds->GPIO_Pin, GPIO_PIN_SET);
DS2401P_DELAY_US(10);
}
}

// 从单总线读取一个位
static uint8_t DS2401P_ReadBit(DS2401P_HandleTypeDef *hds)
{
uint8_t bit = 0;

HAL_GPIO_WritePin(hds->GPIOx, hds->GPIO_Pin, GPIO_PIN_RESET);
DS2401P_DELAY_US(6);
HAL_GPIO_WritePin(hds->GPIOx, hds->GPIO_Pin, GPIO_PIN_SET);
DS2401P_DELAY_US(9);

bit = HAL_GPIO_ReadPin(hds->GPIOx, hds->GPIO_Pin);
DS2401P_DELAY_US(55);

return (bit == GPIO_PIN_SET) ? 1 : 0;
}

// 写一个字节到单总线
static void DS2401P_WriteByte(DS2401P_HandleTypeDef *hds, uint8_t byte)
{
for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
DS2401P_WriteBit(hds, byte & 0x01);
byte >>= 1;
}
}

// 从单总线读取一个字节
static uint8_t DS2401P_ReadByte(DS2401P_HandleTypeDef *hds)
{
uint8_t byte = 0;

for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
byte >>= 1;
if (DS2401P_ReadBit(hds)) {
byte |= 0x80;
}
}

return byte;
}

// 初始化DS2401P
HAL_StatusTypeDef DS2401P_Init(DS2401P_HandleTypeDef *hds, GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
hds->GPIOx = GPIOx;
hds->GPIO_Pin = GPIO_Pin;
memset(hds->ROM, 0, sizeof(hds->ROM));

DS2401P_GPIO_Init(hds);

return HAL_OK;
}

// 读取DS2401P的ROM
HAL_StatusTypeDef DS2401P_ReadROM(DS2401P_HandleTypeDef *hds)
{
if (DS2401P_Reset(hds) != HAL_OK) {
return HAL_ERROR;
}

// 发送读取ROM命令 (0x33)
DS2401P_WriteByte(hds, 0x33);

// 读取64位ROM
for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
hds->ROM[i] = DS2401P_ReadByte(hds);
}

return DS2401P_ValidateROM(hds);
}

// CRC8校验计算
uint8_t DS2401P_CRC8(const uint8_t *addr, uint8_t len)
{
uint8_t crc = 0;
uint8_t i, j;

for (i = 0; i < len; i++) {
uint8_t inbyte = addr[i];
for (j = 0; j < 8; j++) {
uint8_t mix = (crc ^ inbyte) & 0x01;
crc >>= 1;
if (mix) crc ^= 0x8C;
inbyte >>= 1;
}
}

return crc;
}

// 验证ROM数据是否有效
HAL_StatusTypeDef DS2401P_ValidateROM(DS2401P_HandleTypeDef *hds)
{
// 检查家族码
if (hds->ROM[0] != DS2401P_FAMILY_CODE) {
return HAL_ERROR;
}

// 检查CRC
if (DS2401P_CRC8(hds->ROM, 7) != hds->ROM[7]) {
return HAL_ERROR;
}

return HAL_OK;
}

五、应用：

#include "main.h"
#include "ds2401p.h"

DS2401P_HandleTypeDef hds2401;

int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();

// 初始化DS2401P，使用GPIOB, PIN5
if (DS2401P_Init(&hds2401, GPIOB, GPIO_PIN_5) != HAL_OK) {
Error_Handler();
}

// 读取ROM
if (DS2401P_ReadROM(&hds2401) == HAL_OK) {
// 打印ROM信息
printf("DS2401P Found. ROM Code: ");
for (int i = 0; i < 8; i++) {
printf("%02X ", hds2401.ROM[i]);
}
printf("\r\n");

// 检查CRC
if (DS2401P_ValidateROM(&hds2401) == HAL_OK) {
printf("ROM CRC Check OK\r\n");
} else {
printf("ROM CRC Check Failed\r\n");
}
} else {
printf("DS2401P Not Found or Communication Error\r\n");
}

while (1) {
// 主循环
}
}

void Error_Handler(void)
{
while (1) {
// 错误处理
}
}

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