OpenHarmony(鸿蒙南向)——平台驱动开发【PWM】

往期知识点记录:

概述

功能简介

PWM(Pulse Width Modulation)即脉冲宽度调制,是一种对模拟信号电平进行数字编码并将其转换为脉冲的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。通常情况下,在使用马达控制、背光亮度调节时会用到PWM模块。

基本概念

脉冲是"电脉冲"的简称,指电路中电流或电压短暂起伏的现象,其特点是突变和不连续性。脉冲的种类很多,常见的脉冲波形有:三角脉冲、尖脉冲、矩形脉冲、方形脉冲、梯形脉冲及阶梯脉冲等。脉冲的主要参数包括重复周期T(T=1/F,F为重复频率)、脉冲幅度U、脉冲前沿上升时间ts、后沿下降时间t、脉冲宽度tk等。

运作机制

在HDF框架中,PWM接口适配模式采用独立服务模式(如图1所示)。在这种模式下,每一个设备对象会独立发布一个设备服务来处理外部访问,设备管理器收到API的访问请求之后,通过提取该请求的参数,达到调用实际设备对象的相应内部方法的目的。独立服务模式可以直接借助HDF设备管理器的服务管理能力,但需要为每个设备单独配置设备节点,增加内存占用。

独立服务模式下,核心层不会统一发布一个服务供上层使用,因此这种模式下驱动要为每个控制器发布一个服务,具体表现为:

  • 驱动适配者需要实现HdfDriverEntry的Bind钩子函数以绑定服务。

  • device_info.hcs文件中deviceNode的policy字段为1或2,不能为0。

PWM模块各分层作用:

  • 接口层提供打开PWM设备、设置PWM设备周期、设置PWM设备占空时间、设置PWM设备极性、设置PWM设备参数、获取PWM设备参数、使能PWM设备、禁止PWM设备、关闭PWM设备的接口。

  • 核心层主要提供PWM控制器的添加、移除以及管理的能力,通过钩子函数与适配层交互。

  • 适配层主要是将钩子函数的功能实例化,实现具体的功能。

图 1 PWM独立服务模式结构图

开发指导

场景介绍

PWM用于脉冲宽度调制,当驱动开发者需要将PWM设备适配到OpenHarmony时,需要进行PWM驱动适配。下文将介绍如何进行PWM驱动适配。

接口说明

为了保证上层在调用PWM接口时能够正确的操作PWM控制器,核心层在//drivers/hdf_core/framework/support/platform/include/pwm/pwm_core.h中定义了以下钩子函数,驱动适配者需要在适配层实现这些函数的具体功能,并与钩子函数挂接,从而完成适配层与核心层的交互。

PwmMethod定义:

struct PwmMethod {
    int32_t (*setConfig)(struct PwmDev *pwm, struct PwmConfig *config);
    int32_t (*open)(struct PwmDev *pwm);
    int32_t (*close)(struct PwmDev *pwm);
};
c

表 1 PwmMethod结构体成员的钩子函数功能说明

成员函数 入参 返回值 功能
setConfig pwm:结构体指针,核心层PWM控制器
config:结构体指针,传入设置得设备属性 HDF_STATUS相关状态 配置属性
open pwm:结构体指针,核心层PWM控制器 HDF_STATUS相关状态 打开PWM设备
close pwm:结构体指针,核心层PWM控制器 HDF_STATUS相关状态 关闭PWM设备

开发步骤

PWM模块适配包含以下四个步骤:

  • 驱实例化驱动入口
  • 配置属性文件
  • 实例化PWM控制器对象
  • 驱动调试

开发实例

下方将基于Hi3516DV300开发板以//device/soc/hisilicon/common/platform/pwm/pwm_hi35xx.c驱动为示例,展示需要驱动适配者提供哪些内容来完整实现设备功能。

  1. 驱实例化驱动入口

驱动入口必须为HdfDriverEntry(在hdf_device_desc.h中定义)类型的全局变量,且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。HDF框架会将所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象首地址汇总,形成一个类似数组的段地址空间,方便上层调用。

一般在加载驱动时HDF会先调用Bind函数,再调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时,HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。

PWM驱动入口开发参考:

    struct HdfDriverEntry g_hdfPwm = {
        .moduleVersion = 1,
        .moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM",    // 【必要且与HCS文件中里面的moduleName匹配】
        .Bind = HdfPwmBind,                  // 挂接PWM模块Bind实例化
        .Init = HdfPwmInit,                  // 挂接PWM模块Init实例化
        .Release = HdfPwmRelease,            // 挂接PWM模块Release实例化
    };
    HDF_INIT(g_hdfPwm);                      // 调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中
    c
  1. 配置属性文件

完成驱动入口注册之后,需要在device_info.hcs文件中添加deviceNode信息,deviceNode信息与驱动入口注册相关。本例以两个PWM控制器为例,如有多个器件信息,则需要在device_info.hcs文件增加对应的deviceNode信息,以及在pwm_config.hcs文件中增加对应的器件属性。器件属性值与核心层PwmDev成员的默认值或限制范围有密切关系,比如PWM设备号,需要在pwm_config.hcs文件中增加对应的器件属性。

独立服务模式的特点是device_info.hcs文件中设备节点代表着一个设备对象,如果存在多个设备对象,则按需添加,注意服务名与驱动私有数据匹配的关键字名称必须唯一。其中各项参数如表2所示:

表 2 device_info.hcs节点参数说明

成员名
policy 驱动服务发布的策略,PWM控制器具体配置为2,表示驱动对内核态和用户态都发布服务
priority 驱动启动优先级(0-200),值越大优先级越低。PWM控制器具体配置为80
permission 驱动创建设备节点权限,PWM控制器具体配置为0664
moduleName 驱动名称,PWM控制器固定为HDF_PLATFORM_PWM
serviceName 驱动对外发布服务的名称,PWM控制器服务名设置为HDF_PLATFORM_PWM_X,X代表PWM控制器编号
deviceMatchAttr 驱动私有数据匹配的关键字,PWM控制器设置为hisilicon_hi35xx_pwm_X,X代表PWM控制器编号
  • device_info.hcs 配置参考:
    在//vendor/hisilicon/hispark_taurus/hdf_config/device_info/device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。

          root {
              device_info { 
                  platform :: host {
                      hostName = "platform_host";
                      priority = 50;
                      device_pwm :: device {                                 // 为每一个PWM控制器配置一个HDF设备节点
                          device0 :: deviceNode {
                              policy = 2;                                    // policy字段是驱动服务发布的策略,如果需要面向用户态,则为2
                              priority = 80;                                 // 驱动启动优先级
                              permission = 0644;                             // 驱动创建设备节点权限
                              moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";               // 【必要】用于指定驱动名称,需要与期望的驱动Entry中的moduleName一致
                              serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_0";            // 【必要且唯一】驱动对外发布服务的名称
                              deviceMatchAttr = "hisilicon_hi35xx_pwm_0";    // 【必要】用于配置控制器私有数据,要与pwm_config.hcs中对应控制器保持一致,具体的控制器信息在pwm_config.hcs中
                          }
                          device1 :: deviceNode {
                              policy = 2;
                              priority = 80;
                              permission = 0644;
                              moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";
                              serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_1";
                              deviceMatchAttr = "hisilicon_hi35xx_pwm_1";
                          }
                      ......                                                 // 如果存在多个PWM设备时【必须】添加节点,否则不用
                      }
                  }
              }
          }
          c
    
  • pwm_config.hcs 配置参考
    在//device/soc/hisilicon/hi3516dv300/sdk_liteos/hdf_config/pwm/pwm_config.hcs文件配置器件属性,其中配置参数如下:

          root {
              platform {
                  pwm_config {
                      template pwm_device {                       // 【必要】配置模板,如果下面节点使用时继承该模板,则节点中未声明的字段会使用该模板中的默认值
                          serviceName = "";
                          match_attr = "";
                          num = 0;                                // 【必要】设备号
                          base = 0x12070000;                      // 【必要】地址映射需要
                      }
                      device_0x12070000 :: pwm_device {           // 存在多个设备时,请逐一添加相关HDF节点和设备节点信息。
                          match_attr = "hisilicon_hi35xx_pwm_0";  // 【必要】需要和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致
                      }
                      device_0x12070020 :: pwm_device {
                          match_attr = "hisilicon_hi35xx_pwm_1";
                          num = 1;
                          base = 0x12070020;                      // 【必要】地址映射需要
                      }
                      ......                                      // 如果存在多个PWM设备时【必须】添加节点,否则不用
                  }
              }
          }
          c
    

需要注意的是,新增pwm_config.hcs配置文件后,必须在产品对应的hdf.hcs文件中将其包含如下语句所示,否则配置文件无法生效。

        #include "../../../../device/soc/hisilicon/hi3516dv300/sdk_liteos/hdf_config/pwm/pwm_config.hcs" // 配置文件相对路径
        c
  1. 实例化PWM控制器对象

完成驱动入口注册之后,下一步就是以核心层PwmDev对象的初始化为核心,包括驱动适配者自定义结构体(传递参数和数据),实例化PwmDev成员PwmMethod(让用户可以通过接口来调用驱动底层函数),实现HdfDriverEntry成员函数(Bind、Init、Release)。

  • 驱动适配者自定义结构体参考。

从驱动的角度看,驱动适配者自定义结构体是参数和数据的载体,而且pwm_config.hcs文件中的数值会被HDF读入并通过DeviceResourceIface来初始化结构体成员,一些重要数值也会传递给核心层对象,例如PWM设备号。

        struct HiPwm {
            struct PwmDev dev;                // 【必要】 核是核心层控制对象
            volatile unsigned char *base;     // 【必要】地址映射需要,寄存器基地址
            struct HiPwmRegs *reg;            // 设备属性结构体,可自定义。
            bool supportPolarity;             // 是否支持极性
        };

        struct PwmDev {                       // PwmDev是核心层控制器结构体,其中的成员在Init函数中会被赋值。
            struct IDeviceIoService service;  // 驱动服务
            struct HdfDeviceObject *device;   // 驱动设备对象
            struct PwmConfig cfg;             // 设备属性结构体,相关定义见下。
            struct PwmMethod *method;         // 钩子函数
            bool busy;                        // 是否繁忙
            uint32_t num;                     // 设备号
            OsalSpinlock lock;                // 自旋锁
            void *priv;                       // 私有数据
        };

        struct PwmConfig {                    // PWM设备属性
            uint32_t duty;                    // 占空时间 nanoseconds
            uint32_t period;                  // pwm 周期 nanoseconds
            uint32_t number;                  // pwm 连续个数
            uint8_t polarity;                 // Polarity
                                              // ------------------- | --------------
                                              // PWM_NORMAL_POLARITY | Normal polarity
                                              // PWM_INVERTED_POLARITY | Inverted polarity
                                              //
            uint8_t status;                   // 运行状态
                                              // ------------------ | -----------------
                                              // PWM_DISABLE_STATUS | Disabled
                                              // PWM_ENABLE_STATUS  | Enabled
        };
        c
        ```

        <textarea id="copy1723127647873" style="color: inherit; font: inherit; position: absolute; top: -9999px; left: -9999px; z-index: -9999;"></textarea>
    *   PwmDev成员钩子函数结构体PwmMethod的实例化,其他成员在Init函数中初始化。

        ```
        struct PwmMethod g_pwmOps = {         // pwm_hi35xx.c中的示例:钩子函数实例化
            .setConfig = HiPwmSetConfig,      // 配置属性
        };
        c
  • Init函数开发参考

入参:

HdfDeviceObject:HDF框架给每一个驱动创建的设备对象,用来保存设备相关的私有数据和服务接口。

返回值:

HDF_STATUS相关状态(表3为部分展示,如需使用其他状态,可参考//drivers/hdf_core/interfaces/inner_api/utils/hdf_base.h中HDF_STATUS定义)。

表 3 HDF_STATUS相关状态说明

状态(值) 问题描述
HDF_ERR_INVALID_OBJECT 控制器对象非法
HDF_ERR_MALLOC_FAIL 内存分配失败
HDF_ERR_INVALID_PARAM 参数非法
HDF_ERR_IO I/O 错误
HDF_SUCCESS 初始化成功
HDF_FAILURE 初始化失败

函数说明:

初始化自定义结构体对象,初始化PwmDev成员,调用核心层PwmDeviceAdd函数,完成PWM控制器的添加。

        // 此处Bind函数为空函数,可与Init函数结合,也可根据驱动适配者需要实现相关操作。
        static int32_t HdfPwmBind(struct HdfDeviceObject *obj)
        {
            (void)obj;
            return HDF_SUCCESS;
        }

        static int32_t HdfPwmInit(struct HdfDeviceObject *obj)
        {
            int ret;
            struct HiPwm *hp = NULL;
            ......
            hp = (struct HiPwm *)OsalMemCalloc(sizeof(*hp));
            ......
            ret = HiPwmProbe(hp, obj);                                 // 【必要】实现见下
            ......
            return ret;

        static int32_t HiPwmProbe(struct HiPwm *hp, struct HdfDeviceObject *obj)
        {
            uint32_t tmp;
            struct DeviceResourceIface *iface = NULL;

            iface = DeviceResourceGetIfaceInstance(HDF_CONFIG_SOURCE); // 初始化自定义结构体HiPwm
            ......

            hp->reg = (struct HiPwmRegs *)hp->base;                    // 初始化自定义结构体HiPwm
            hp->supportPolarity = false;                               // 初始化自定义结构体HiPwm
            hp->dev.method = &g_pwmOps;                                // PwmMethod的实例化对象的挂载
            hp->dev.cfg.duty = PWM_DEFAULT_DUTY_CYCLE;                 // 初始化PwmDev
            hp->dev.cfg.period = PWM_DEFAULT_PERIOD;                   // 初始化PwmDev
            hp->dev.cfg.polarity = PWM_DEFAULT_POLARITY;               // 初始化PwmDev
            hp->dev.cfg.status = PWM_DISABLE_STATUS;                   // 初始化PwmDev
            hp->dev.cfg.number = 0;                                    // 初始化PwmDev
            hp->dev.busy = false;                                      // 初始化PwmDev
            if (PwmDeviceAdd(obj, &(hp->dev)) != HDF_SUCCESS) {        // 【重要】调用核心层函数,初始化hp->dev的设备和服务。
                OsalIoUnmap((void *)hp->base);
                return HDF_FAILURE;
            }
            return HDF_SUCCESS;
        }
        c
  • Release函数开发参考

入参:

HdfDeviceObject:HDF框架给每一个驱动创建的设备对象,用来保存设备相关的私有数据和服务接口。

返回值:

无。

函数说明:

释放内存和删除控制器,该函数需要在驱动入口结构体中赋值给Release接口,当HDF框架调用Init函数初始化驱动失败时,可以调用Release释放驱动资源。

        static void HdfPwmRelease(struct HdfDeviceObject *obj)
        {
            struct HiPwm *hp = NULL;
            ......
            hp = (struct HiPwm *)obj->service;        // 这里有HdfDeviceObject到HiPwm的强制转化
            ......                                       
            PwmDeviceRemove(obj, &(hp->dev));         // 【必要】调用核心层函数,释放PwmDev的设备和服务,这里有HiPwm到PwmDev的强制转化。
            HiPwmRemove(hp);                          // 释放HiPwm
        }
        c
  1. 驱动调试

【可选】针对新增驱动程序,建议验证驱动基本功能,例如PWM控制状态等。

最后

经常有很多小伙伴抱怨说:不知道学习鸿蒙开发哪些技术?不知道需要重点掌握哪些鸿蒙应用开发知识点?

为了能够帮助到大家能够有规划的学习,这里特别整理了一套纯血版鸿蒙(HarmonyOS Next)全栈开发技术的学习路线,包含了鸿蒙开发必掌握的核心知识要点,内容有(ArkTS、ArkUI开发组件、Stage模型、多端部署、分布式应用开发、WebGL、元服务、OpenHarmony多媒体技术、Napi组件、OpenHarmony内核、OpenHarmony驱动开发、系统定制移植等等)鸿蒙(HarmonyOS NEXT)技术知识点。

《鸿蒙 (Harmony OS)开发学习手册》(共计892页):https://gitcode.com/HarmonyOS_MN/733GH/overview

如何快速入门?

1.基本概念

2.构建第一个ArkTS应用

3.......

鸿蒙开发面试真题(含参考答案):

《OpenHarmony源码解析》:

  • 搭建开发环境
  • Windows 开发环境的搭建
  • Ubuntu 开发环境搭建
  • Linux 与 Windows 之间的文件共享
  • ......
  • 系统架构分析
  • 构建子系统
  • 启动流程
  • 子系统
  • 分布式任务调度子系统
  • 分布式通信子系统
  • 驱动子系统
  • ......

OpenHarmony 设备开发学习手册 :https://gitcode.com/HarmonyOS_MN/733GH/overview


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