Linux PWM 驱动的实现
0. PWM 概念
PWM 指的是脉冲宽度调制技术。 PWM 频率，指 1 秒的时间里 PWM 运行的次数。 PWM 周期，指一次完整的 PWM 输出所使用的时间。 占空比，指一个周期里输出高的时间所占的比例。
Linux 里已经有了完整的 PWM 驱动接口、用户操作接口。对于一个 PWM 控制器，它的驱动需要在 Linux 定义好的接口下，实现操作。
1. 定义驱动入口
在驱动入口处，定义了驱动能匹配的名字，然后注册驱动，把名字和 probe() 函数关联起来。
/* 定义了驱动能匹配的名字 */
static const struct of_device_id pwm_xxx_of_match[] = {
{ .compatible = "xxx,pwm0" },
{},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, pwm_xxx_of_match);
/* 注册驱动，关联名字和 probe() 函数 */
static struct platform_driver pwm_xxx_driver = {
.probe = pwm_xxx_probe,
.remove = pwm_xxx_remove,
.driver = {
.name = "pwm-xxx",
.of_match_table = pwm_xxx_of_match,
},
};
module_platform_driver(pwm_xxx_driver);
2. probe() 函数
- 在 dts 里定义 PWM 驱动时，会配置 compatible, reg, clocks 等等参数，这些参数需要由驱动来解析后使用到实现代码里；
- 安装 pwm_ops 回调函数，这些函数是用来驱动控制器；
- 向系统注册控制器驱动；
static int pwm_xxx_probe(struct platform_device *pdev)
{
...
chip->ops = &pwm_xxx_ops;
ret = pwmchip_add(chip);
return 0;
}
3. pwm_ops 接口
pwm_ops 定义了 PWM 控制器的操作，定义在文件 include/linux/pwm.h 里：
/**
* struct pwm_ops - PWM controller operations
* @request: optional hook for requesting a PWM
* @free: optional hook for freeing a PWM
* @capture: capture and report PWM signal
* @apply: atomically apply a new PWM config
* @get_state: get the current PWM state. This function is only
* called once per PWM device when the PWM chip is
* registered.
*/
struct pwm_ops {
int (*request)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm);
void (*free)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm);
int (*capture)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm,
struct pwm_capture *result, unsigned long timeout);
int (*apply)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm,
const struct pwm_state *state);
void (*get_state)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm,
struct pwm_state *state);
...
};
其中，最需要关心的是实现 apply() 函数，和 pwm_state 结构。
/*
* struct pwm_state - state of a PWM channel
* @period: PWM period (in nanoseconds)
* @duty_cycle: PWM duty cycle (in nanoseconds)
* @polarity: PWM polarity
* @enabled: PWM enabled status
* @usage_power: If set, the PWM driver is only required to maintain the power
* output but has more freedom regarding signal form.
* If supported, the signal can be optimized, for example to
* improve EMI by phase shifting individual channels.
*/
struct pwm_state {
u64 period;
u64 duty_cycle;
enum pwm_polarity polarity;
bool enabled;
bool usage_power;
};
static int pwm_xxx_apply(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm,
const struct pwm_state *state)
{
...
}
apply() 函数，就是把 pwm_state 里的内容，设置到控制器里去。大概是这样的实现过程：
- 解析 pwm_state 里的参数：
- 判断 pwm_state->enabled，如果 False，关闭 PWM 控制器；
- 否则，开启 PWM：
- 判断 pwm_state->period 和 pwm_state->duty_cycle，这两个单位都是纳秒，再结合初始化时的 clock 输入，可以计算控制器寄存器的值；
- 判断 pwm_state->polarity，如果是 NORMAL，duty-cycle 是高有效，如果是 INVERSED，duty-cycle 是低有效。控制器寄存器的值要相应调整；
- 把计算好的值写入控制器寄存器，实现 PWM 状态的更新。
4. devicetree 的配置
在 devicetree 里通过名字来匹配 pwm 驱动（各个字段按实际情况填写）：
pwm0: pwm@12345678 {
compatible = "xxx,pwm0";
reg = <0x12345678 0x12>;
clocks = <...>;
status = "okay";
};
5. sysfs 用户操作接口
用户操作接口在 /sys/class/pwm/ 目录下，有 export、unexport 等文件，可以把 PWM 导出或者取消。
已经 export 过的，可以看到有以下一些文件：
- period: 周期，纳秒，可读可写；
- duty_cycle: 也是纳秒，可读可写；
- polarity: 用来设置极性，可以写入 normal 或者 inversed；
- enable: 使能控制，可读可写，0 或者 1。
比如：
echo 45600000 > period
echo 12300000 > duty_cycle
echo 1 > enable
参考资料
- linux/drivers/pwm/*.c
- Documentation/driver-api/pwm.rst