PWM介紹

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PWM是脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation）的縮寫(xiě)。它是一種用于控制電子設(shè)備的技術(shù)，通過(guò)改變電信號(hào)的脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制。

PWM基本概念

PWM信號(hào)由一個(gè)固定頻率的周期性脈沖序列組成，每個(gè)脈沖的寬度（持續(xù)時(shí)間）可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)脈沖寬度的比例可以改變平均電壓或電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制。

當(dāng)談?wù)揚(yáng)WM時(shí)，以下三個(gè)關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)經(jīng)常被提及：

頻率（Frequency）：PWM信號(hào)的頻率是指每秒鐘內(nèi)脈沖的數(shù)量。

周期（Period）：PWM信號(hào)的周期是指一個(gè)完整脈沖序列所花費(fèi)的時(shí)間。它是頻率的倒數(shù)，以秒為單位表示。周期可以通過(guò)將頻率的倒數(shù)計(jì)算得到，例如，一個(gè)10kHz的PWM信號(hào)的周期為0.1毫秒（100微秒）。

占空比（Duty Cycle）：占空比是指PWM信號(hào)中脈沖寬度與周期之間的比例關(guān)系。它表示了脈沖在一個(gè)周期中所占據(jù)的時(shí)間比例，通常以百分比表示。占空比為0%意味著脈沖不存在（完全低電平），而占空比為100%表示脈沖持續(xù)時(shí)間占據(jù)了整個(gè)周期（完全高電平）。在實(shí)際應(yīng)用中，占空比可以在0%到100%之間任意調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)所需的控制效果。

PWM驅(qū)動(dòng)

pwm驅(qū)動(dòng)是一個(gè)通用的驅(qū)動(dòng)，SOC廠家都會(huì)在SDK里面默認(rèn)打開(kāi)

驅(qū)動(dòng)文件

驅(qū)動(dòng)文件所在位置：

drivers/pwm/pwm-rockchip.c

默認(rèn)SDK已經(jīng)加載好了PWM的驅(qū)動(dòng)，下文我們主要注意PWM怎么使用

DTS 節(jié)點(diǎn)配置

DTS 配置參考文檔

Documentation/devicetree/bindings/pwm/pwm.txt

以下為一個(gè)例子的示例

Node name { 
	compatible = "Driver matching character"; 
	pwms = < &pwmX 0 25000 0 >; 
}; 
&pwmX { 
	status = "okay"; 
	pinctrl-names = "active"; 
	pinctrl-0 = < &pwmX_pin_pull_down >; 
};

pwms的幾個(gè)參數(shù)說(shuō)明如下：

參數(shù) 1，表示 index (per-chip index of the PWM to request)，一般是 0，因?yàn)槲覀?Rockchip PWM 每個(gè)chip 只有一個(gè)。

參數(shù) 2，表示 PWM 輸出波形的時(shí)間周期，單位是 ns；例如下面配置的 25000 就是表示想要得到的

PWM 輸出周期是 40K 赫茲。

參數(shù) 3，表示極性，為可選參數(shù)；下面例子中的配置為負(fù)極性。

PWM使用

PWM 提供了用戶層的接口，在 /sys/class/pwm/ 節(jié)點(diǎn)下面，PWM 驅(qū)動(dòng)加載成功后，會(huì)在/sys/class/pwm/ 目錄下產(chǎn)生 pwmchip0 目錄；向 export 文件寫(xiě)入 0，就是打開(kāi) pwm 定時(shí)器 0，會(huì)產(chǎn)生一個(gè) pwm0 目錄，相反的往 unexport 寫(xiě)入 0 就會(huì)關(guān)閉 pwm 定時(shí)器了，同時(shí) pwm0 目錄會(huì)

被刪除,該目錄下有以下幾個(gè)文件：

enable：寫(xiě)入 1 使能 pwm，寫(xiě)入 0 關(guān)閉 pwm；

polarity：有 normal 或 inversed兩個(gè)參數(shù)選擇，表示輸出引腳電平翻轉(zhuǎn)；

duty_cycle：在 normal 模式下，表示一個(gè)周期內(nèi)高電平持續(xù)的時(shí)間（單位：納秒），在

reversed 模式下，表示一個(gè)周期中低電平持續(xù)的時(shí)間（單位：納秒)；

period：表示 pwm 波的周期(單位：納秒)；

以下是 pwmchip0 的例子，設(shè)置 pwm0 輸出頻率 100K，占空比 50%, 極性為正極性：

cd /sys/class/pwm/pwmchip0/
echo 0 > export
cd pwm0
echo 10000 > period
echo 5000 > duty_cycle
echo normal > polarity
echo 1 > enable

PWM應(yīng)用實(shí)例

通常電子設(shè)備中應(yīng)用pwm是比較常見(jiàn)的，比如風(fēng)扇電機(jī)控制，電視背光控制， LED 照明調(diào)光、電動(dòng)工具馬達(dá)控制、汽車(chē)加熱器等領(lǐng)域。

這里簡(jiǎn)單介紹一下pwm控制LED燈實(shí)現(xiàn)呼吸燈效果。

呼吸燈需要燈的驅(qū)動(dòng)與PWM的驅(qū)動(dòng)結(jié)合，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)之間傳遞數(shù)據(jù)，我們可以在驅(qū)動(dòng)中調(diào)用其他的驅(qū)動(dòng)。

led是我需要的設(shè)備，這個(gè)設(shè)備用到了pwm，而pwm是用默認(rèn)的驅(qū)動(dòng)。

硬件上我們?cè)陂_(kāi)發(fā)板找到具有pwm功能的引腳

ArmSoM-W3_40pin

pwm8

設(shè)備樹(shù)的修改如下：

/{
	breathing_light {
		compatible = "lhd,breathing_light_test";
		backlight {
			pwms = < &pwm8 0 25000 0 >;
			pwm-names = "breathing_light"; 
		};
	};
};
&pwm8 {
	status = "okay";
};

寫(xiě)一個(gè)驅(qū)動(dòng)。內(nèi)部在使用PWM子系統(tǒng)。形成了包含驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。

示例代碼

驅(qū)動(dòng)程序

#include < linux/init.h >
#include < linux/module.h >
#include < linux/fs.h >
#include < linux/cdev.h >
#include < linux/uaccess.h >
#include < linux/types.h >
#include < linux/kernel.h >
#include < linux/delay.h >
#include < linux/ide.h >
#include < linux/errno.h >
#include < linux/gpio.h >
//#include < asm/mach/map.h >
#include < linux/of.h >
#include < linux/of_address.h >
#include < linux/of_gpio.h >
#include < asm/io.h >
#include < linux/device.h >
#include < linux/platform_device.h >
#include < linux/pwm.h >

#define RED_LED_DTS_COMPATIBLE       "lhd,breathing_light_test"       /* 設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)匹配屬性 */

#define LED_PWM_CMD_SET_DUTY         0x01
#define LED_PWM_CMD_SET_PERIOD       0x02
#define LED_PWM_CMD_SET_BOTH         0x03
#define LED_PWM_CMD_ENABLE           0x04
#define LED_PWM_CMD_DISABLE          0x05

struct led_pwm_param {
    int duty_ns;
    int period_ns;
};

struct red_led_dev {
    dev_t dev_no;                    
    struct cdev chrdev;            
    struct class *led_class;
    struct device_node *dev_node;
    struct pwm_device *red_led_pwm;
};

static struct led_pwm_param led_pwm;
static struct red_led_dev led_dev;

static int red_led_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
    int ret = 0;
    
	//pwm_set_periodnnn(led_dev.red_led_pwm, PWM_POLARITY_INVERSED);//設(shè)置PWM信號(hào)的極性
	pwm_enable(led_dev.red_led_pwm);//啟用指定PWM設(shè)備，使其開(kāi)始輸出PWM信號(hào)。

    printk("red_led_pwm open
");
    return ret;
}

static ssize_t red_led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
    int err;

    if (size != sizeof(led_pwm)) return -EINVAL;

	err = copy_from_user(&led_pwm, buf, size);
    if (err > 0) return -EFAULT;

	pwm_config(led_dev.red_led_pwm, led_pwm.duty_ns, led_pwm.period_ns);//配置PWM設(shè)備的基本參數(shù)，如頻率、占空比等。
    printk("red_led_pwm write
");
	return 1;
}

static long drv_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    int ret = 0;
    void __user *my_user_space = (void __user *)arg;
    
    switch (cmd)
    {
        case LED_PWM_CMD_SET_DUTY:
            ret = copy_from_user(&led_pwm.duty_ns, my_user_space, sizeof(led_pwm.duty_ns));
            if (ret > 0) return -EFAULT;
            pwm_config(led_dev.red_led_pwm, led_pwm.duty_ns, led_pwm.period_ns);
            break;
        case LED_PWM_CMD_SET_PERIOD:
            ret = copy_from_user(&led_pwm.period_ns, my_user_space, sizeof(led_pwm.period_ns));
            if (ret > 0) return -EFAULT;
            pwm_config(led_dev.red_led_pwm, led_pwm.duty_ns, led_pwm.period_ns);
            break;
        case LED_PWM_CMD_SET_BOTH: 
            ret = copy_from_user(&led_pwm, my_user_space, sizeof(led_pwm));
            if (ret > 0) return -EFAULT;
            pwm_config(led_dev.red_led_pwm, led_pwm.duty_ns, led_pwm.period_ns);
            break;
        case LED_PWM_CMD_ENABLE:
            pwm_enable(led_dev.red_led_pwm);
            break;
        case LED_PWM_CMD_DISABLE:
            pwm_disable(led_dev.red_led_pwm);
            break;
    }
    return 0;
}

static int red_led_drv_release(struct inode *node, struct file *filp)
{
    int ret = 0;

    pwm_config(led_dev.red_led_pwm, 0, 5000);//配置PWM設(shè)備的基本參數(shù)，如頻率、占空比等。
    printk("led pwm dev close
");
//    pwm_disable(led_dev.red_led_pwm);
    return ret;
}

static struct file_operations red_led_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.open    = red_led_drv_open,
	.write   = red_led_drv_write,
    .unlocked_ioctl = drv_ioctl,
    .release  = red_led_drv_release,
};

/*設(shè)備樹(shù)的匹配列表 */
static struct of_device_id dts_match_table[] = {
    {.compatible = RED_LED_DTS_COMPATIBLE, },  
    {},                  
};


static int led_red_driver_probe(struct platform_device *pdev)
{
    int err;
    int ret;
    struct device *tdev;
    struct device_node *child;

    tdev = &pdev- >dev;
    child = of_get_next_child(tdev- >of_node, NULL);      /* 獲取設(shè)備樹(shù)子節(jié)點(diǎn) */
	if (!child) {
        return -EINVAL;
    }

    led_dev.red_led_pwm = devm_of_pwm_get(tdev, child, NULL);     /* 從子節(jié)點(diǎn)中獲取PWM設(shè)備，設(shè)備樹(shù)獲取這個(gè)設(shè)備就可以了 */
    if (IS_ERR(led_dev.red_led_pwm)) {
        printk(KERN_ERR"can't get breathing_light!!
");
        return -EFAULT;
    }

    ret = alloc_chrdev_region(&led_dev.dev_no, 0, 1, "breathing_light");//動(dòng)態(tài)分配字符設(shè)備的主設(shè)備號(hào)
	if (ret < 0) {
		pr_err("Error: failed to register mbochs_dev, err: %d
", ret);
		return ret;
	}

	cdev_init(&led_dev.chrdev, &red_led_drv);//初始化字符設(shè)備結(jié)構(gòu)體cdev

	cdev_add(&led_dev.chrdev, led_dev.dev_no, 1);//將已經(jīng)初始化的字符設(shè)備結(jié)構(gòu)體cdev添加到系統(tǒng)中

    led_dev.led_class = class_create(THIS_MODULE, "breathing_light");//創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備類(lèi)（device class）并注冊(cè)到內(nèi)核中
	err = PTR_ERR(led_dev.led_class);
	if (IS_ERR(led_dev.led_class)) {
        goto failed1;
	}

    tdev = device_create(led_dev.led_class , NULL, led_dev.dev_no, NULL, "breathing_light"); //創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備實(shí)例并注冊(cè)到設(shè)備類(lèi)中
    if (IS_ERR(tdev)) {
        ret = -EINVAL;
		goto failed2;
	}

   	printk(KERN_INFO"%s %s line %d
", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    
    return 0;
failed2:
    device_destroy(led_dev.led_class, led_dev.dev_no);
    class_destroy(led_dev.led_class);
failed1:
    cdev_del(&led_dev.chrdev);
	unregister_chrdev_region(led_dev.dev_no, 1);
    return ret;
}

int led_red_driver_remove(struct platform_device *dev)
{
    // pwm_disable(led_dev.red_led_pwm);
    // pwm_free(led_dev.red_led_pwm);
    printk(KERN_INFO"driver remove %s %s line %d
", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
    device_destroy(led_dev.led_class, led_dev.dev_no);
	class_destroy(led_dev.led_class);
	unregister_chrdev_region(led_dev.dev_no, 1);
    cdev_del(&led_dev.chrdev);
     
    return 0;
}

static struct platform_driver red_led_platform_driver = {
      .probe = led_red_driver_probe,
      .remove = led_red_driver_remove,
      .driver = {
        .name = "lhd,breathing_light_test",
        .owner = THIS_MODULE,
        .of_match_table = dts_match_table,         //通過(guò)設(shè)備樹(shù)匹配
      },
};

module_platform_driver(red_led_platform_driver);

MODULE_AUTHOR("LHD");
MODULE_LICENSE("GPL");

將上述驅(qū)動(dòng)編譯為ko文件然后push進(jìn)3588開(kāi)發(fā)板里面

應(yīng)用層程序

#include "stdio.h"
#include < sys/types.h >
#include < sys/stat.h >
#include < fcntl.h >
#include < unistd.h >
#include < stdio.h >
#include < string.h >
#include < sys/ioctl.h >
#include < poll.h >
#include < stdint.h >

#define DEV_NAME   "/dev/breathing_light"

#define LED_PWM_CMD_SET_DUTY         0x01
#define LED_PWM_CMD_SET_PERIOD       0x02
#define LED_PWM_CMD_SET_BOTH         0x03
#define LED_PWM_CMD_ENABLE           0x04
#define LED_PWM_CMD_DISABLE          0x05

struct led_pwm_param {
    int duty_ns;
    int period_ns;
};

void sleep_ms(unsigned int ms)
{
    struct timeval delay;
	delay.tv_sec = 0;
	delay.tv_usec = ms * 1000; 
	select(0, NULL, NULL, NULL, &delay);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    int ret;
  
	/* 2. 打開(kāi)文件 */
	fd = open(DEV_NAME, O_RDWR | O_NONBLOCK);   // | O_NONBLOCK

	if (fd < 0)
	{
		printf("can not open file %s, %d
", DEV_NAME, fd);
		return -1;
	}
     
    	int buf = 3;
	struct led_pwm_param led_pwm;
	
	led_pwm.duty_ns = 500;
	led_pwm.period_ns = 5000;
    	write(fd, &led_pwm, sizeof(led_pwm));
   	 sleep_ms(3000);

	while(1)
	{
		if(led_pwm.duty_ns<=500)
		{
			while(led_pwm.duty_ns< led_pwm.period_ns)
			{
				ioctl(fd, LED_PWM_CMD_SET_DUTY, &led_pwm.duty_ns);
				sleep_ms(50);
				led_pwm.duty_ns += 300;
			}
		}
		else
		{
			while(led_pwm.duty_ns > 500)
			{
				ioctl(fd, LED_PWM_CMD_SET_DUTY, &led_pwm.duty_ns);
				sleep_ms(50);
				led_pwm.duty_ns -= 300;
			}
		}
		
	}
	close(fd);
    
    return 0;
}

使用3588自帶的編譯器將用戶程序編譯進(jìn)開(kāi)發(fā)板

prebuilts/gcc/linux-x86/aarch64/gcc-arm-10.3-2021.07-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin/aarch64-none-linux-gnu-gcc apptest_breathing_light_.c -o testpwm

adb push path/testpwm /userdata

chmod 777 testpwm

./testpwm

最后可以看到燈明滅交替的效果

審核編輯：湯梓紅

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