正点原子imx6ull-mini-Linux驱动之Linux PWM 驱动实验

在裸机篇我们已经学习过了如何使用 I.MX6ULL 的 PWM 外设来实现 LCD 的背光调节，其实在 Linux 的 LCD 驱动实验我们也提到过 I.MX6ULL 的 PWM 背光调节，但是并没有专门的去讲解 PWM 部分，本章我们就来学习一下 Linux 下的 PWM 驱动开发

1：PWM 驱动简析

关于 PWM 原理以及 I.MX6ULL 的 PWM 外设已经在裸机篇进行了详细的讲解，这里就不再赘述了，我们重点来看一下 NXP 原厂提供的 Linux 内核自带的 PWM 驱动。

1.1：设备树下的 PWM 控制器节点

I.MX6ULL 有 8 路 PWM 输出，因此对应 8 个 PWM 控制器，所有在设备树下就有 8 个 PWM 控制器节点。这 8 路 PWM 都属于 I.MX6ULL 的 AIPS-1 域，但是在设备树 imx6ull.dtsi 中分为了两部分，PWM1~PWM4 在一起，PWM5~PWM8 在一起，这 8 路 PWM 并没有全部放到一起，这一点一定要注意，不要以为 imx6ull.dtsi 没有写完整。这 8 路 PWM 的设备树节点内容都是一样的，除了 reg 属性不同(毕竟不同的控制器，其地址范围不同)。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，所以这里我们就以 PWM3 为例进行讲解，imx6ull.dtsi 文件中的 pwm3 节点信息如下：

cpp 复制代码

1 pwm3: pwm@02088000 {
2 compatible = "fsl,imx6ul-pwm", "fsl,imx27-pwm";
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 };

第 2 行，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。关于 I.MX6ULL 的 PWM 节点更为详细的信息请参考对应的绑定文档： Documentation/devicetree/bindings/pwm/ imx-pwm.txt，这里就不去分析了。

1.2：PWM 子系统

Linux 内核提供了个 PWM 子系统框架，编写 PWM 驱动的时候一定要符合这个框架。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：

cpp 复制代码

1 struct pwm_chip {
2 struct device *dev;
3 struct list_head list;
4 const struct pwm_ops *ops;
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 };

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。pwm_ops 结构体也定义在 pwm.h 头文件中，定义如下：

cpp 复制代码

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_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。 PWM 子系统驱动的核心初始化 pwm_chip 结构体，然后向内核注册初始化完成以后的 pwm_chip。这里就要用到 pwmchip_add 函数，此函数定义在 drivers/pwm/core.c 文件中，函数原型如下：

cpp 复制代码

int pwmchip_add(struct pwm_chip *chip)

函数参数和返回值含义如下：

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：

cpp 复制代码

int pwmchip_remove(struct pwm_chip *chip)

函数参数和返回值含义如下：

chip：要移除的 pwm_chip。

返回值：0 成功；负数失败。

1.3：PWM 驱动源码分析

我们简单分析一下 Linux 内核自带的 I.MX6ULL PWM 驱动，驱动文件前面都说了，是 pwm-imx.c 这个文件。打开这个文件，可以看到，这是一个标准的平台设备驱动文件，如下所示：

cpp 复制代码

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, },
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,
15 .remove = imx_pwm_remove,
16 };
17
18 module_platform_driver(imx_pwm_driver);

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，注意后面的.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：

cpp 复制代码

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。

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。 imx_pwm_probe 函数如下(有缩减)：

cpp 复制代码

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);
14 if (imx == NULL)
15 return -ENOMEM;
......
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 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;
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 }

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。

第 31~35 行，初始化 imx 的 chip 成员变量，也就是初始化 pwm_chip！

第 31 行设置 pwm_chip 的 ops 操作集为 imx_pwm_ops，imx_pwm_ops 定义如下：

cpp 复制代码

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_enable、imx_pwm_disable 和 imx_pwm_config 这三个函数就是使能、关闭和配置 PWM 的函数。

继续回到示例代码 73.1.3.3 中的 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，然后在进行内存映射，这样我们就得到了 PWM 控制器的基地址。

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，也就是示例代码 73.1.3.2 中的 imx_pwm_config_v2 和 imx_pwm_set_enable_v2这两个函数。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_v2。

整个 pwm-imx.c 文件里面，最终和 I.MX6ULL 的 PWM 寄存器打交道的就是 imx_pwm_config_v2 和 imx_pwm_set_enable_v2 这两个函数，我们先来看一下 imx_pwm_set_enable_v2 函数，此函数用于打开或关闭对应的 PWM，函数内容如下：

cpp 复制代码

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);
7 
8 if (enable)
9 val |= MX3_PWMCR_EN;
10 else
11 val &= ~MX3_PWMCR_EN;
12
13 writel(val, imx->mmio_base + MX3_PWMCR);
14 }

第 6 行，读取 PWMCR 寄存器的值。

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)。

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。

第 13 行，将新的 val 值写入到 PWMCR 寄存器中。 imx_pwm_config_v2 函数用于设置 PWM 的频率和占空比，相关操作如下：

cpp 复制代码

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
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);
65 writel(period_cycles, imx->mmio_base + MX3_PWMPR);
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 }

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。

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。至此，I.MX6ULL 的 PWM 驱动我们就分析完了。

2：PWM 驱动编写

2.1：修改设备树

PWM 驱动就不需要我们再编写了，NXP 已经写好了，前面我们也已经详细的分析过这个驱动源码了。我们在实际使用的时候只需要修改设备树即可，ALPHA 开发板上的 JP2 排针引出了 GPIO1_IO04 这个引脚，如图 73.2.1.1 所示：

GPIO1_IO04 可以作为 PWM3 的输出引脚，所以我们需要在设备树里面添加 GPIO1_IO04 的引脚信息以及 PWM3 控制器对应的节点信息。

2.1.1：添加 GPIO1_IO04 引脚信息

打开 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件，在 iomuxc 节点下添加 GPIO1_IO04 的引脚信息，如下所示：

cpp 复制代码

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

2.1.2：向 pwm3 节点追加信息

前面已经讲过了，imx6ull.dtsi 文件中已经有了"pwm3"节点，但是还不能直接使用，需要在 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：

cpp 复制代码

1 &pwm3 {
2 pinctrl-names = "default";
3 pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm3>;
4 clocks = <&clks IMX6UL_CLK_PWM3>,
5 <&clks IMX6UL_CLK_PWM3>;
6 status = "okay";
7 };

第 3 行，pinctrl-0 属性指定 PWM3 所使用的输出引脚对应的 pinctrl 节点，这里设置为示例代码 73.2.1 中的 pinctrl_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。有些 pwm 节点默认时钟源是 IMX6UL_CLK_DUMMY，这里我们需要将其改为对应的时钟，比如这里设置为 IMX6UL_CLK_PWM3。

PWM1~PWM8 分别对应 IMX6UL_CLK_PWM1~ IMX6UL_CLK_PWM8。

2.1.3:屏蔽掉其他复用的 IO

检查一下设备树中有没有其他外设用到 GPIO1_IO04，如果有的话需要屏蔽掉！注意，不能只屏蔽掉 GPIO1_IO04 的 pinctrl 配置信息，也要搜索一下"gpio1 4"，看看有没有哪里用到，用到的话也要屏蔽掉。设备树修改完成以后重新编译设备树，然后使用新的设备树启动系统。

2.2:使能 PWM 驱动

NXP 官方的 Linux 内核已经默认使能了 PWM 驱动，所以不需要我们修改，但是为了学习，我们还是需要知道怎么使能。打开 Linux 内核配置界面，按照如下路径找到配置项：

cpp 复制代码

-> Device Drivers 
    -> Pulse-Width Modulation (PWM) Support 
        -> <*> i.MX PWM support

配置如图 73.2.2.1 所示：

3: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。我们可以直接在用户层来配置 PWM，进入目录 /sys/class/pwm 中，如图 73.3.1 所示：

图 73.3.1 中 pwmchip0~pwmchip7 对应 I.MX6ULL 的 PWM1~PWM8，所以我们需要用到 pwmchip2。

3.1:调出 pwmchip2 的 pwm0 子目录

首先需要调出 pwmchip2 下的 pwm0 目录，否则后续就没法操作了，输入如下命令：

bash 复制代码

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，如图 73.3.2 所示：

3.2:使能 PWM3

输入如下命令使能 PWM3：

bash 复制代码

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

3.3:设置 PWM3 的频率

注意，这里设置的是周期值，单位为 ns，比如 20KHz 频率的周期就是 50000ns，输入如下命令：

bash 复制代码

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

3.4:设置 PWM3 的占空比

这里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，比如 20KHz 频率下 20%占空比的 ON 时间就是 10000，输入如下命令：

bash 复制代码

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

设置完成使用示波器查看波形是否正确，正确的话如图 73.3.3 所示：

从图 73.3.3 可以看出，此时 PWM 频率为 20KHz，占空比为 20%，与我们设置的一致。如果要修改频率或者占空比的话一定要注意这两者时间值，比如 20KHz 频率的周期值为 50000ns，那么你在调整占空比的时候 ON 时间就不能设置大于 50000，否则就会提示你参数无效。

4:PWM 背光设置

有时候我们需要在某个外设上添加 PWM 功能，比如，LCD 的背光控制就是 PWM 来完成的，本小节我们就以 PWM 背光控制为例，学习一下如何在其他外设上添加 PWM 功能。首先肯定是设备树描述，直接看 linux 内核里面关于 backlight(背光)的绑定文档，路径为 Documentation/devicetree/bindings/video/backlight/pwm-backlight.txt，此文档描述了如何创建 backlight 节点来使用 linux 内核自带的 pwm 背光驱动。

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 imx6ull-alientek-emmc.dts，找到如下所示节点内容：

cpp 复制代码

1 backlight {
2 compatible = "pwm-backlight";
3 pwms = <&pwm1 0 5000000>;
4 brightness-levels = <0 4 8 16 32 64 128 255>;
5 default-brightness-level = <7>;
6 status = "okay";
7 };

第 2 行，compatible 属性必须为"pwm-backlight"。

第 3 行，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。

第 4 行，背光等级数组，一共 8 个等级，索引编号从 0 到 7。第 5 行，背光默认处于第 7 等级，也就是 255，为 100%占空比。关于 pwm 做背光控制就讲解到这里，pwm 做其他外设某个功能的时候要具体问题具体分析。