Linux下PWM子系统

1 pwm子系统框架

用户态：基于sysfs操作pwm

内核态分为：

pwm core：pwm_chip的添加删除，pwm_class类pwm_chip/pwm_device的sysfs创建。

pwm driver：pwm_chip对象实例，注册添加到pwm core。
	pwm_chip可以包含一个或多个pwm_device，每个pwm_device通过设置不同pwm_state来达到目的。

1.1 源码结构

drivers/pwm/
	core.c //pwm子系统核心。
	sysfs.c//pwm子系统的pwm_class注册，pwm_chip属性，pwm_device属性等定义。
	pwm-imx.c//imx的pwm_chip驱动。

我已经编译进vmlinux了，可以看到built-in.o。Makefile如下：

Kconfig如下，我的内核.config配置选中了PWM和PWM_IMX，因此编译进了内核镜像。

1.2 数据结构

1.2.1 pwm_chip

是对一个pwm控制器的抽象。

struct pwm_chip {
    struct device *dev;
    const struct pwm_ops *ops;
    int base;
    unsigned int npwm;//pwm控制器的pwm数量。
    struct pwm_device * (*of_xlate)(struct pwm_chip *pc,
                    const struct of_phandle_args *args);
    unsigned int of_pwm_n_cells;
    /* only used internally by the PWM framework */
    struct list_head list;
    struct pwm_device *pwms;
}; //include/linux/pwm.h

1.2.2 pwm_ops

pwm控制器的操作接口。

struct pwm_ops {
	int (*request)(struct pwm_chip *chip, //请求 PWM
	struct pwm_device *pwm);
	void (*free)(struct pwm_chip *chip, //释放 PWM
	struct pwm_device *pwm);
	int (*config)(struct pwm_chip *chip, //配置 PWM 周期和占空比
	struct pwm_device *pwm,
	int duty_ns, int period_ns);
	int (*set_polarity)(struct pwm_chip *chip, //设置 PWM 极性
	struct pwm_device *pwm,
	enum pwm_polarity polarity);
	int (*enable)(struct pwm_chip *chip, //使能 PWM
	struct pwm_device *pwm);
	void (*disable)(struct pwm_chip *chip, //关闭 PWM
	struct pwm_device *pwm);
	struct module *owner;
};

1.2.3 pwm_state

pwm_state就是控制占空比控制转速，亮度参数。

struct pwm_state {
    unsigned int period; //pwm的周期，单位ns。
    unsigned int duty_cycle; //占空比duty_cycle，单位ns。
    enum pwm_polarity polarity;//PWM_POLARITY_NORMAL表示高电平持续duty_cycle，
    //然后是低电平持续剩余时间。PWM_POLARITY_INVERSED表示低电平持续duty_cycle，然后是高电平持续剩余时间。
    bool enabled; //是否使能
};

1.3 API

api声明见linux\include\linux\pwm.h，实现linux\drivers\pwm\core.c

1.3.1 pwmchip_add

向pwm子系统注册一个pwm_chip。

int pwmchip_add(struct pwm_chip *chip);

pwmchip_add
	pwmchip_add_with_polarity
		->pwm_ops_check   //检查pwm_ops是否支持apply等。
		->alloc_pwms     //为pwm_chip的pwm_device分配allocated_pwms。
		->//初始化每个pwm_device，并加入pwm_tree。
		->pwmchip_sysfs_export
			->pwmchip_sysfs_export //创建pwm_class类设备pwmchpX，位于/sys/class/pwm/pwmchipX。

1.3.2 pwmchip_remove

int pwmchip_remove(struct pwm_chip *chip);

删除一个pwm_chip。

1.3.3 pwm_request

请求 PWM。

struct pwm_device *pwm_request(int pwm, const char *label)

可以看到就是调用具体pwm示例的request函数。

1.3.4 pwm_free

释放 PWM。

void pwm_free(struct pwm_device *pwm)

1.3.5 pwm_config

配置 PWM 周期和占空比,操作具体pwm实例。

int pwm_config(struct pwm_device *pwm, int duty_ns, int period_ns)

1.3.6 pwm_set_polarity

设置 PWM 极性。

int pwm_set_polarity(struct pwm_device *pwm, enum pwm_polarity polarity)

1.3.6 pwm_enable

1.3.7 pwm_disable

从1.3.3到1.3.7本质都是调用pwm_ops。

2 pwm驱动实例

I.MX6ULL 有 8 路 PWM 控制器。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。以pwm3为例：

2.1 dts描述

打开imx6ull.dtsi：可以看到pwm3的描述：

pwm3: pwm@02088000 {
	compatible = "fsl,imx6ul-pwm", "fsl,imx27-pwm";
	reg = <0x02088000 0x4000>;
	interrupts = <GIC_SPI 85 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
	clocks = <&clks IMX6UL_CLK_PWM3>,
	<&clks IMX6UL_CLK_PWM3>;
	clock-names = "ipg", "per";
	#pwm-cells = <2>;
};

关 于I.MX6ULL的PWM dts节点描述参考对应的绑定文档 ： Documentation/devicetree/bindings/pwm/ imx-pwm.txt

GPIO1_IO04 这里作为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:

打开 imx6ull-alientek-emmc.dts, 添加iomux配置信息：

pinctrl_pwm3: pwm3grp {
	fsl,pins = <MX6UL_PAD_GPIO1_IO04__PWM3_OUT 0x110b0>;
};

&pwm3 {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm3>;
	status = "okay";
};

2.2 使能PWM驱动

从.config中已经使能了，但是为了学习， 我们还是需要知道怎么使能。

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

2.3 PWM 背光设置

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。

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

backlight {
    compatible = "pwm-backlight";
    pwms = <&pwm1 0 5000000>;// PWM 周期为 5000000ns，频率为 200Hz
    brightness-levels = <0 4 8 16 32 64 128 255>;
    default-brightness-level = <7>;
    status = "okay";
};

2.4 驱动源码分析

2.4.1 probe过程

2.4.1.1 imx_chip

定义了imx_chip，包装了pwm_chip结构。

probe时，先分配内存，从dts获取per, ipg等时钟信息，设置pwm的ops为imx_pwm_ops。最后pwmchip_add注册进pwm子系统。注意这里有一个of_id->data,对应如下：可以看到有v1,v2两2版本，到时候会被ops中的函数调用。

同理，驱动卸载最后调用pwmchip_remove注销pwm。

2.4.2 imx_pwm_ops

2.4.2.1 imx_pwm_config

配置 PWM 周期和占空比。根据dts描述(”imx27-pwm“)我们使用的是v2。

PWMv2会有4 word的采样fifo, 为了避免采样FIFO溢出，当pwm关闭时，对所有采样FIFO进行软件复位。当pwm使能后处于工作中，要等待完整的 PWM 周期以保证pwm空闲。

然后设置PWM 周期period_cycles，和占空比duty_cycles。

最后调用writel写入寄存器。

2.4.2.2 imx_pwm_enable

控制MX3_PWMCR寄存器，使能关闭开关。

2.4.2.3 imx_pwm_disable

3 基于pwm sysfs测试

alpha开发板 JP2 排针上的 GPIO_4(GPIO1_IO04)引脚连接到 示波器上。等下看pwm信号效果。

可以看到一共8 路 PWM 控制器：

我们使用的pwm3,对应出 pwmchip2, 导出chip2通道的0设备文件:

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:

echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip2/pwm0/enable #使能pwm3
echo 50000 > /sys/class/pwm/pwmchip2/pwm0/period #设置周期值，单位为 ns，比如 20KHz 频率的周期就是 50000ns
echo 10000 > /sys/class/pwm/pwmchip2/pwm0/duty_cycle #20%占空比

总结：

导出chip1通道的0设备文件：echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip1/export
配置chip1通道0的周期： echo 10000000 > /sys/class/pwm/pwmchip1 /pwm0/period
配置chip1通道0的占空比:echo 4000000 >/sys/class/pwm/pwmchip1/pwm0/duty_cycle
配置片chip通道0使能： echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip1/pwm0/enable
配置片chip通道0禁能： echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip1/pwm0/enable
取消导出片chip通道0设备文件： echo 0 >/sys/class/pwm/pwmchip1/unexport