「1-Wireインターフェイス（読み書き編）」

1-Wireバスは一線式の出力なので、I/Oポートを1ビット使用します。今回はスレーブからの入力を読み出すのにポート割り込みを使用しました。この端子がIRQ（入力割り込み要求）の受け付けられる端子でない場合は、IRQ端子にも分岐してバスを接続します。

タイマーとは、あるクロックをカウントしてタイミングを生成するモジュールです。入力クロックの分周比を設定することで、時間分解能を変更できます。1-Wireのインターフェイスに利用する場合は、0.1μs〜0.5μs程度に設定すると使いやすいでしょう。バスのリードライトにはタイマーを2つ使用し、コンペアマッチ割り込み(※3)機能を使用します。

タイマーの再設定、バスの開放、タイマーカウンタ値の保存に割り込み処理を利用しています。1-Wireデバイスのタイミング制御にはμsオーダーのタイミング制御が必要になるため、割り込みを使わずに処理するのは難しいかもしれません。割り込み処理が開始するまでにはある程度の時間が必要なので、今回のようにハードウェアを直接制御する場合には、割り込み発生から処理開始までの時間を確認しておく必要があります。

図1. デバイス接続

信号線はすべてのデバイスで並列に接続され、抵抗を介して電源に接続されます。各デバイスはLまたはHi-Zをとることができます。ひとつでもLのデバイスが存在するとバスはLに、すべてのデバイスがHi-ZのときにバスはHになります。

図2. バスリセット

マスタデバイスは最初にバスを480μs以上‘L’レベルにします。これをバスリセットと呼びます。スレーブがひとつ以上接続されている場合は、リセット解除後プレゼントパルスがスレーブデバイスより出力されます。マスタデバイスは指定のタイミング（図2では67.5μs）でバスのレベルをサンプリングし、スレーブデバイスの存在を確認することができます。

図3. 1ビットライト

1ビットのデータを扱う時間的な単位を1スロットと呼びます。1スロットは61μs以上に規定されています。マスタはバスを‘L’にすることで1スロットが開始します。図３の波形はタイマーを2つ使うと簡単に実現可能です。タイマー1はスロット長の管理に使用します。タイマー2には‘1’を書く場合には1〜15μs、‘0’を書く場合には60〜120μsを設定し、タイムアップでバスを開放することで、スレーブに1ビットのデータが書き込まれます。

図4. 1ビットリード

スレーブからデータを読み出す場合にはあらかじめコマンドを書きこむ必要があります。たとえば、バスリセット後に0x33（READ ROMコマンド）を書き込むとその次のスロットからROMコード読出しを開始することができます。
1ビットリードするときもライトと同様にスロットはマスタがバスを’L’にドライブすることで開始します。リードの場合は毎回T1＝1〜15μsのタイミングでマスタはバスを開放します。スレーブはマスタがバスを解放後、’L’を出力する場合にはバスをGNDにドライブします。’H’を出力する場合には、マスタのバス解放のタイミングでバスは’H’レベルに移行します。

図4では、スレーブのH/L出力を読み取りためにD1端子をIRQ端子に接続して、バスの立ち上がりで割り込みをかけてタイマーカウンタの読み取り値からH/Lを判定する方法を記載しました。
マスタがバスを開放するタイミングでタイマー2を設定し、規定された読み取りタイミングでバスをサンプリングすることでH/Lを判定する方法も可能ですが、読出し時のマスタは毎回スロットの開始に同じタイミングでバスを’L’にドライブする必要があるので、同じ設定のまま使用したほうがプログラムはシンプルになります。そのため、スレーブのH/Lの判定には、タイマーカウンタの値を使った別の方法を紹介しました。