Linux学习第57天：Linux PWM驱动实验

Linux版本号4.1.15 芯片I.MX6ULL 大叔学Linux 品人间百味 思文短情长

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本章的思维导图如下：

一、PWM驱动简析

1、设备树下的PWM控制节点

8 路 PWM 都属于 I.MX6ULL 的 AIPS-1 域，分为了两部分， PWM1~PWM4 在一起， PWM5~PWM8 在一起。

本章实验我们使用GPIO1_IO04 这个引脚来完成 PWM 实验，而 GPIO1_IO04 就是 PWM3 的输出引脚。

1 pwm3: pwm@02088000 {
2 compatible = "fsl,imx6ul-pwm", "fsl,imx27-pwm";/* compatible 属性值有两个"fsl,imx6ul-pwm"和"fsl,imx27-pwm"，所以在整个 Linux
源码里面搜索这两个字符窜即可找到 I.MX6ULL 的 PWM 驱动文件，这个文件就是
drivers/pwm/pwm-imx.c。*/
3 reg = <0x02088000 0x4000>;
4 interrupts = <GIC_SPI 85 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
5 clocks = <&clks IMX6UL_CLK_PWM3>,
6 <&clks IMX6UL_CLK_PWM3>;
7 clock-names = "ipg", "per";
8 #pwm-cells = <2>;
9 };

2、PWM子系统

框架

PWM子系统的核心是 pwm_chip 结构体，定义在文件 include/linux/pwm.h 中，定义如下：

1 struct pwm_chip {
2 struct device *dev;
3 struct list_head list;
4 const struct pwm_ops *ops;/*第 4 行， pwm_ops 结构体就是 PWM 外设的各种操作函数集合，编写 PWM 外设驱动的时
候需要开发人员实现。 */
5 int base;
6 unsigned int npwm;
7 struct pwm_device *pwms;
8 struct pwm_device * (*of_xlate)(struct pwm_chip *pc,
9 const struct of_phandle_args *args);
10 unsigned int of_pwm_n_cells;
11 bool can_sleep;
12 };

pwm_ops 结构体也定义在 pwm.h 头文件中，定义如下：

/*
pwm_ops 中的这些函数不一定全部实现，但是像 config、 enable 和 disable 这些肯定是需要
实现的，否则的话打开/关闭 PWM，设置 PWM 的占空比这些就没操作了。
*/

1 struct pwm_ops {
2 int (*request)(struct pwm_chip *chip, //请求 PWM
3 struct pwm_device *pwm);
4 void (*free)(struct pwm_chip *chip, //释放 PWM
5 struct pwm_device *pwm);
6 int (*config)(struct pwm_chip *chip, //配置 PWM 周期和占空比
7 struct pwm_device *pwm,
8 int duty_ns, int period_ns);
9 int (*set_polarity)(struct pwm_chip *chip, //设置 PWM 极性
10 struct pwm_device *pwm,
11 enum pwm_polarity polarity);
12 int (*enable)(struct pwm_chip *chip, //使能 PWM
13 struct pwm_device *pwm);
14 void (*disable)(struct pwm_chip *chip, //关闭 PWM
15 struct pwm_device *pwm);
16 struct module *owner;
17 };

PWM 子系统驱动的核心就是初始化 pwm_chip 结构体各成员变量，然后向内核注册初始化完成以后的 pwm_chip。

int pwmchip_add(struct pwm_chip *chip)

/*
chip：要向内核注册的 pwm_chip。
返回值： 0 成功；负数 失败。
*/

卸载 PWM 驱动的时候需要将前面注册的 pwm_chip 从内核移除掉，这里要用到pwmchip_remove 函数，函数原型如下：

int pwmchip_remove(struct pwm_chip *chip)
/*
chip：要移除的 pwm_chip。
返回值： 0 成功；负数 失败。
*/

3、PWM驱动源码分析

1 static const struct of_device_id imx_pwm_dt_ids[] = {
2 { .compatible = "fsl,imx1-pwm", .data = &imx_pwm_data_v1, },
3 { .compatible = "fsl,imx27-pwm", .data = &imx_pwm_data_v2, },
/*
第 3 行，当设备树 PWM 节点的 compatible 属性值为"fsl,imx27-pwm"的话就会匹配此驱
动
后面的.data 为 imx_pwm_data_v2，这是一个 imx_pwm_data 类型的结构体变量，内容
如下：
1 static struct imx_pwm_data imx_pwm_data_v2 = {
2 .config = imx_pwm_config_v2,
3 .set_enable = imx_pwm_set_enable_v2,
4 };

imx_pwm_config_v2 函数就是最终操作 I.MX6ULL 的 PWM 外设寄存器，进行实际配置的
函数。 imx_pwm_set_enable_v2 就是具体使能 PWM 的函数。
*/
4 { /* sentinel */ }
5 };
6 7
......
8 9
static struct platform_driver imx_pwm_driver = {
10 .driver = {
11 .name = "imx-pwm",
12 .of_match_table = imx_pwm_dt_ids,
13 },
14 .probe = imx_pwm_probe,/*第 14 行，当设备树节点和驱动匹配以后 imx_pwm_probe 函数就会执行。*/
15 .remove = imx_pwm_remove,
16 };
17
18 module_platform_driver(imx_pwm_driver);

imx_pwm_probe 函数如下(有缩减)：

1 static int imx_pwm_probe(struct platform_device *pdev)
2 {
3 const struct of_device_id *of_id =
4 of_match_device(imx_pwm_dt_ids, &pdev->dev);
5 const struct imx_pwm_data *data;
6 struct imx_chip *imx;
7 struct resource *r;
8 int ret = 0;
9
10 if (!of_id)
11 return -ENODEV;
12
13 imx = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*imx), GFP_KERNEL);
/*
第 13 行， imx 是一个 imx_chip 类型的结构体指针变量，这里为其申请内存。 imx_chip 结
构体有个重要的成员变量 chip， chip 是 pwm_chip 类型的。所以这一行就引出了 PWM 子系统
核心部件 pwm_chip，稍后的重点就是初始化 chip。
*/
14 if (imx == NULL)
15 return -ENOMEM;
......
/*
第 31~35 行，初始化 imx 的 chip 成员变量，也就是初始化 pwm_chip！
*/
31 imx->chip.ops = &imx_pwm_ops;
32 imx->chip.dev = &pdev->dev;
33 imx->chip.base = -1;
34 imx->chip.npwm = 1;
35 imx->chip.can_sleep = true;
36
/*
 37 和 38 行，从设备树中获取 PWM 节点中关于 PWM 控
制器的地址信息，然后再进行内存映射，这样我们就得到了 PWM 控制器的基地址。
*/
37 r = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
38 imx->mmio_base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, r);
39 if (IS_ERR(imx->mmio_base))
40 return PTR_ERR(imx->mmio_base);
41
42 data = of_id->data;

/*第 43 和 44 行，这两行设置 imx 的 config 和 set_enable 这两个成员变量为 data->config 和
data->set_enable，

imx_pwm_enable、 imx_pwm_disable 和 imx_pwm_config 这三个函数最终调用就是
imx_pwm_config_v2 和 imx_pwm_set_enable_
*/
43 imx->config = data->config;
44 imx->set_enable = data->set_enable;
45
46 ret = pwmchip_add(&imx->chip);
47 if (ret < 0)
48 return ret;
49
50 platform_set_drvdata(pdev, imx);
51 return 0;
52 }

设置 pwm_chip的 ops 操作集为 imx_pwm_ops， imx_pwm_ops 定义如下：

1 static struct pwm_ops imx_pwm_ops = {
2 .enable = imx_pwm_enable,
3 .disable = imx_pwm_disable,
4 .config = imx_pwm_config,
5 .owner = THIS_MODULE,
6 };

|-----------------------------------|
| imx_pwm_set_enable_v2：打开或关闭对应的PWM |

1 static void imx_pwm_set_enable_v2(struct pwm_chip *chip, bool enable)
2 {
3 struct imx_chip *imx = to_imx_chip(chip);
4 u32 val;
5 
6 val = readl(imx->mmio_base + MX3_PWMCR);/*第 6 行，读取 PWMCR 寄存器的值。*/
7 
8 if (enable)
9 val |= MX3_PWMCR_EN;/*第 9 行，如果 enable 为真，表示使能 PWM，将 PWMCR 寄存器的 bit0 置 1 即可，宏
MX3_PWMCR_EN 为(1<<0)。*/
10 else
11 val &= ~MX3_PWMCR_EN;/*第 11 行，如果 enable 不为真，表示关闭 PWM，将 PWMCR 寄存器的 bit0 清 0 即可。*/
12
13 writel(val, imx->mmio_base + MX3_PWMCR);/*第 13 行，将新的 val 值写入到 PWMCR 寄存器中。*/
14 }

imx_pwm_config_v2 函数用于设置 PWM 的频率和占空比，相关操作如下：

1 static int imx_pwm_config_v2(struct pwm_chip *chip,
2 struct pwm_device *pwm, int duty_ns, int period_ns)
3 {
4 struct imx_chip *imx = to_imx_chip(chip);
5 struct device *dev = chip->dev;
6 unsigned long long c;
7 unsigned long period_cycles, duty_cycles, prescale;
8 unsigned int period_ms;
9 bool enable = test_bit(PWMF_ENABLED, &pwm->flags);
10 int wait_count = 0, fifoav;
11 u32 cr, sr;
12
......
42

/*
第43~62行，根据参数duty_ns和period_ns来计算出应该写入到寄存器里面的值 duty_cycles
和 period_cycles。
*/
43 c = clk_get_rate(imx->clk_per);
44 c = c * period_ns;
45 do_div(c, 1000000000);
46 period_cycles = c;
47
48 prescale = period_cycles / 0x10000 + 1;
49
50 period_cycles /= prescale;
51 c = (unsigned long long)period_cycles * duty_ns;
52 do_div(c, period_ns);
53 duty_cycles = c;
54
55 /*
56 * according to imx pwm RM, the real period value should be
57 * PERIOD value in PWMPR plus 2.
58 */
59 if (period_cycles > 2)
60 period_cycles -= 2;
61 else
62 period_cycles = 0;
63
64 writel(duty_cycles, imx->mmio_base + MX3_PWMSAR);/*第 64 行，将计算得到的 duty_cycles 写入到 PWMSAR 寄存器中，设置 PWM 的占空比*/
65 writel(period_cycles, imx->mmio_base + MX3_PWMPR);/*第 65 行，将计算得到的 period_cycles 写入到 PWMPR 寄存器中，设置 PWM 的频率。*/
66
67 cr = MX3_PWMCR_PRESCALER(prescale) |
68 MX3_PWMCR_DOZEEN | MX3_PWMCR_WAITEN |
69 MX3_PWMCR_DBGEN | MX3_PWMCR_CLKSRC_IPG_HIGH;
70
71 if (enable)
72 cr |= MX3_PWMCR_EN;
73
74 writel(cr, imx->mmio_base + MX3_PWMCR);
75
76 return 0;
77 }

二、PWM驱动编写

1、修改设备树

1)添加 GPIO1_IO04 引脚信息

在 iomuxc 节点下添加 GPIO1_IO04 的引脚信息，如下所示：

1 pinctrl_pwm3: pwm3grp {
2 fsl,pins = <
3 MX6UL_PAD_GPIO1_IO04__PWM3_OUT 0x110b0
4 >;
5 };

2)向 pwm3 节点追加信息

在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中向 pwm3 节点追加一些内容，在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中加入如下所示内容：

1 &pwm3 {
2 pinctrl-names = "default";
3 pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm3>;/*第 3 行， pinctrl-0 属性指定 PWM3 所使用的输出引脚对应的 pinctrl 节点，*/
4 clocks = <&clks IMX6UL_CLK_PWM3>,/*第 4 和 5 行，设置时钟，第 4 行设置 ipg 时钟，第 5 行设置 per 时钟。*/
5 <&clks IMX6UL_CLK_PWM3>;
6 status = "okay";
7 };

3)屏蔽掉其他复用的 IO

2、使能PWM驱动

-> Device Drivers

-> Pulse-Width Modulation (PWM) Support

-> <*> i.MX PWM support

三、PWM驱动测试

使用新的设备树启动系统，然后将开发板 JP2 排针上的 GPIO_4(GPIO1_IO04)引脚连接到示波器上，通过示波器来查看 PWM 波形图。

直接在用户层来配置 PWM，进入目录/sys/class/pwm 中:

1、调出 pwmchip2 的 pwm0 子目录

echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip2/export

执行完成会在 pwmchip2 目录下生成一个名为"pwm0"的子目录

2、使能 PWM3

echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip2/pwm0/enable

3、设置 PWM3 的频率

echo 50000 > /sys/class/pwm/pwmchip2/pwm0/period

4、设置 PWM3 的占空比

不能直接设置占空比，而是设置的一个周期的 ON 时间，也就是高电平时间：

echo 10000 > /sys/class/pwm/pwmchip2/pwm0/duty_cycle

5、PWM背光设置

必要的属性如下：

compatible： 内容必须为"pwm-backlight"，通过这个可以匹配到内核自带的 PWM 背光驱动，驱动文件为 drivers/video/backlight/pwm_bl.c，这里就不去分析驱动源码了。

pwms： 此属性指定背光使用哪一路PWM，以及 PWM 相关的属性。

brightness-levels： 背光等级数组，范围 0~255，对应占空比为 0%~100%。数组内的值必须从 0 开始，也就是 0%占空比，最后一个值必须是 255，也就是 100%占空比。数组中间值的个数以及值大小可以自行定义。

default-brightness-level： 默认的背光等级，也就是 brightness-levels 属性中第几个值，注意这里是数索引编号，不是具体的数值！

power-supply： 支持的电压，此属性可以不需要。

以正点原子 ALPHA 开发板为例，看一下 PWM 背光节点是如何设置的，打开 imx6ullalientek-emmc.dts，找到如下所示节点内容：

1 backlight {
2 compatible = "pwm-backlight";/*compatible 属性必须为"pwm-backlight"*/
3 pwms = <&pwm1 0 5000000>;
/*
pwms 属性指定背光所使用的 pwm 通道，第一个参数指定使用 pwm1，由于
I.MX6ULL 的 PWM 只有一个通道，因此这里为 0。最后一个参数是 PWM 周期，单位为 ns，这
里 PWM 周期为 5000000ns，频率为 200Hz。
*/
4 brightness-levels = <0 4 8 16 32 64 128 255>;/*第 4 行，背光等级数组，一共 8 个等级，索引编号从 0 到 7。*/
5 default-brightness-level = <7>;/*第 5 行，背光默认处于第 7 等级，也就是 255，为 100%占空比。*/
6 status = "okay";
7 };

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本笔记为参考正点原子开发板配套教程整理而得，仅用于学习交流使用，未经允许不得用于商业用途。