linux下的pwm子系统

概念:PWM的概念就不多说了pwm子系统如下:设备树:rk3568设备树pwm控制器里面已经配置了时钟所以只需要使能节点就好了/* 使能 PWM12 节点 配置使用指定的引脚 状态设置为正常工作 */ pwm12 { status okay; pinctrl-0 pwm12m1_pins; };imx6ull里面没配置时钟所以需要加上时钟pwm3 { status okay; pinctrl-names default; pinctrl-0 pinctrl_pwm3; clocks clks IMX6UL_CLK_PWM3, clks IMX6UL_CLK_PWM3; };在根节点下面描述硬件信息就是pwm信息/* pwms 引用哪个PWM 通道号(固定0) 周期(纳秒); pwm3 → 使用PWM3 0 → 通道IMX6U永远写0 20000000→ 周期20ms50Hz 1表示正极性高电平有效 */ sg90 { compatible hc_sg90; pwms pwm3 0 20000000 1; };调试PWM的指令:cat /sys/kernel/debug/pwm/* PWM调试信息 /sys/kernel/debug/pwm 详细解释可直接复制 1. 第一行platform/fe700000.pwm, 1 PWM device 解释 - 系统识别到一个 PWM 控制器 - platform/fe700000.pwm 是 RK3568 的 PWM 控制器硬件地址 - 1 PWM device 表示这个控制器包含 1 路 PWM 设备即 PWM0 2. 第二行pwm-0 [ (null) ]: period: 0 ns duty: 0 ns polarity: inverse 解释 - pwm-0第 0 路 PWM 通道 - (null)当前没有被任何驱动占用空闲状态 - period: 0 nsPWM 周期为 0未配置 - duty: 0 ns高电平脉冲宽度为 0未配置 - polarity: inverse极性为反转极性 - 结论PWM0 目前未被使用、未配置 3. 第三行platform/fe6e0010.pwm, 1 PWM device 4. 第四行pwm-0 [ (backlight) ]: requested enabled period: 25000 ns duty: 19625 ns polarity: normal 解释 - pwm-0背光使用的 PWM 通道 - (backlight)被背光驱动占用 - requested enabled已申请并开启 PWM - period: 25000 nsPWM 周期 25000 纳秒 - duty: 19625 ns高电平脉冲宽度 19625 纳秒 - polarity: normal正常正极性 - 结论屏幕背光 PWM 正在正常工作 */PWM的API1. devm_of_pwm_get从设备树中获取pwm设备结构体/* 功能从设备树中获取pwm设备结构体。 参数 *dev 指向当前设备的结构体指针 *np 指向设备树节点的指针 *con_id 通过设备树pwm-names查找单个pwm设为NULL 返回值成功返回pwm设备指针失败返回错误指针 */ struct pwm_device *devm_of_pwm_get(struct device *dev, struct device_node *np, const char *con_id);2. pwm_config用于配置pwm信号的占空比和周期/* 功能用于配置pwm信号的占空比和周期。 参数 *pwm 指向pwm设备结构体的指针 duty_ns 表示占空比单位是纳秒 period_ns 表示周期单位是纳秒 返回值成功返回0失败返回负数 */ int pwm_config(struct pwm_device *pwm, int duty_ns, int period_ns);3. pwm_set_polarity设置 pwm 信号的极性正极性或负极性。/* 2. pwm_set_polarity 功能设置 pwm 信号的极性正极性或负极性。 参数 *pwm 指向pwm设备结构体的指针 polarity 极性参数 PWM_POLARITY_NORMAL 正极性 PWM_POLARITY_INVERSED 反极性 返回值成功返回0失败返回负数 */ int pwm_set_polarity(struct pwm_device *pwm, enum pwm_polarity polarity);4. pwm_enable使能pwm输出/* 功能使能pwm输出。 参数 *pwm 指向 pwm 设备结构体的指针 返回值成功返回0失败返回负数 */ int pwm_enable(struct pwm_device *pwm);5. pwm_disable关闭 pwm输出。/* 功能关闭 pwm输出。 参数 *pwm 指向 pwm 设备结构体的指针 返回值无返回值 */ void pwm_disable(struct pwm_device *pwm);部分代码如下:probe函数里面还是申请设备号初始化设备cdev并且绑定然后创建类和device就不写了#include linux/fs.h #include linux/kdev_t.h #include linux/cdev.h #include linux/device.h #include linux/platform_device.h #include linux/of.h #include linux/uaccess.h #include linux/pwm.h /* 全局变量定义 */ dev_t dev_num; // 设备号 struct cdev cdev_test; // 字符设备结构体 struct class *class_test; // 设备类修改class是关键字不能使用 struct device *device_test; // 设备节点 struct pwm_device *sg90_pwm_device; // PWM设备句柄 /* 打开设备回调函数 */ static int cdev_test_open(struct inode *inode, struct file *file) { printk(This is cdev test open\n); // 配置PWM初始脉冲0.5ms周期20msSG90标准参数 pwm_config(sg90_pwm_device, 500000, 20000000); // 设置PWM极性正常极性 pwm_set_polarity(sg90_pwm_device, PWM_POLARITY_NORMAL); // 使能PWM输出舵机归中位 pwm_enable(sg90_pwm_device); return 0; } /* 写入设备回调函数用户写入0~180控制舵机角度 */ static ssize_t cdev_test_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *off) { int ret; unsigned char data[1]; printk(This is cdev test write\n); // 从用户空间拷贝数据到内核空间 ret copy_from_user(data, buf, size); if (ret) { printk(copy_from_user failed\n); return -EFAULT; } /* * 角度转换公式 * 0° → 0.5ms 脉冲 500000 ns * 180°→ 2.5ms 脉冲 2500000 ns * 每度增量2000000 ns / 180 1000000/9 ns */ pwm_config(sg90_pwm_device, 500000 data[0] * 1000000 / 9, 20000000); return size; } /* 释放设备回调函数 */ static int cdev_test_release(struct inode *inode, struct file *file) { printk(This is cdev test release\n); // 恢复初始PWM配置 pwm_config(sg90_pwm_device, 500000, 20000000); // 关闭PWM输出 pwm_disable(sg90_pwm_device); return 0; } /* 平台驱动探测函数设备树匹配成功后执行 */ static int sg90_probe(struct platform_device *pdev) { int ret; // 从设备树获取PWM设备 sg90_pwm_device devm_pwm_get(pdev-dev, NULL); if (IS_ERR(sg90_pwm_device)) { printk(Failed to get pwm device\n); return PTR_ERR(sg90_pwm_device); } // 动态申请设备号 // 初始化并添加字符设备 // 创建设备类 // 创建/dev/sg90设备节点应用层直接操作 return 0; } module_init(module_cdev_init); module_exit(module_cdev_exit); MODULE_LICENSE(GPL); MODULE_AUTHOR(topeet);用户代码如下:直接操作设备节点就可以了#include fcntl.h #include unistd.h #include stdlib.h #include stdio.h int main(int argc, char *argv[]) { int fd; // 文件描述符 unsigned char buf[1]; // 写入角度数据0~180 // 检查参数必须传入角度 if (argc 2) { printf(用法: %s 角度0-180\n, argv[0]); return -1; } // 以只写方式打开舵机设备 fd open(/dev/sg90, O_WRONLY); // 将命令行参数转为角度值 buf[0] (unsigned char)atoi(argv[1]); // 写入设备控制舵机 if (write(fd, buf, 1) ! 1) { perror(写入失败); close(fd); return -1; } printf(舵机已转到 %d 度\n, buf[0]); // 保持3秒 sleep(3); // 关闭设备 close(fd); return 0; }模拟pwmlinux的高精度定时器(ns)普通定时器是ms级别结构体如下:// Linux 内核标准 hrtimer 结构体简化关键字段 struct hrtimer { /* 软到期时间期望的到期时间实际可能稍晚 */ ktime_t _softexpires; /* 到期回调函数返回值HRTIMER_RESTART/HRTIMER_NORESTART */ enum hrtimer_restart (*function)(struct hrtimer *); ... };高精度定时器API:1初始化定时器hrtimer_init()函数/* * timer: 要初始化的高精度定时器指针 * clockid: 定时器使用的时钟ID决定时间基准 * mode: 定时器工作模式绝对时间/相对时间/绑定CPU等 * * 功能初始化 hrtimer 结构体的所有字段将定时器置为未激活状态 * 绑定指定的时钟基准和工作模式为后续启动定时器做准备。 * * 时钟ID说明 * CLOCK_MONOTONIC - 单调递增时钟不受系统时间修改影响最常用 * CLOCK_REALTIME - 系统实时时钟可被修改可能出现时间回退 * CLOCK_BOOTTIME - 包含系统挂起时间的单调时钟 * CLOCK_TAI - 国际原子时时钟 * * 模式说明 * HRTIMER_MODE_ABS - 绝对时间模式设置的是系统绝对时间 * HRTIMER_MODE_REL - 相对时间模式设置从当前起多久后触发 * HRTIMER_MODE_PINNED - 定时器绑定在当前CPU不迁移 * HRTIMER_MODE_SOFT - 软中断上下文触发回调降低延迟影响 */ void hrtimer_init(struct hrtimer *timer, clockid_t clockid, enum hrtimer_mode mode);2函数用于设置定时时间ktime_set(0函数/* * ktime_set() - 将秒和纳秒组合设置ktime_t类型的定时时间 * secs: 要设置的秒数 * nsecs: 要设置的纳秒数 * * 功能把用户传入的秒数 纳秒数合并转换成内核高精度定时器使用的 ktime_t 类型时间值。 * ktime_t 是内核统一的高精度时间类型用于 hrtimer 定时器的时间设置。 * * 返回值转换后的 ktime_t 类型时间值可直接用于 hrtimer_set、hrtimer_start 等函数。 */ ktime_t ktime_set(const long secs, const unsigned long nsecs);3启动定时器hrtimer_start()函数/* * hrtimer_start() - 启动一个高精度定时器 * timer: 指向要启动的 hrtimer 结构体指针 * time: 定时器的到期时间ktime_t 类型 * mode: 时间模式HRTIMER_MODE_REL相对时间或 HRTIMER_MODE_ABS绝对时间 * * 功能设置定时器的到期时间并将定时器提交到内核时钟队列开始计时。 * 时间到达后会自动执行之前设置的回调函数。 * * 返回值成功返回 0失败返回负的错误码 */ int hrtimer_start(struct hrtimer *timer, ktime_t time, const enum hrtimer_mode mode);4.hrtimer_forward()函数用于将定时器的到期时间向前推进一个指定的时间间隔。该函数 通常在定时器回调函数中使用以实现周期性定时器/* * hrtimer_forward() - 将定时器的到期时间向前推进一个固定间隔 * timer: 指向要操作的 hrtimer 结构体指针 * now: 当前时间ktime_t 类型 * interval: 要推进的时间间隔周期性定时的周期 * * 功能在定时器回调函数内部使用用于更新定时器的下一次到期时间 * 实现定时器的**周期性自动循环触发**。 * 该函数会计算并设置新的到期时间 当前到期时间 间隔时间 * 确保定时器精准、连续地周期性运行。 * * 返回值返回更新后的新到期时间ktime_t 类型 */ ktime_t hrtimer_forward(struct hrtimer *timer, ktime_t now, ktime_t interval);5:用于设置定时器的到期时间hrtimer_set()函数/* * hrtimer_set() - 设置高精度定时器的到期时间 * timer: 指向要设置的 hrtimer 定时器结构体指针 * time: 定时器到期时间ktime_t 类型支持绝对/相对时间 * mode: 定时器模式用于指定时间类型 * - HRTIMER_MODE_REL相对时间从当前时间起多久后触发 * - HRTIMER_MODE_ABS绝对时间到达系统指定绝对时间点触发 * * 功能根据传入的时间和模式配置 hrtimer 的到期时间 * 将时间值转换为内核内部标准格式更新定时器的到期时间字段 * 为定时器启动hrtimer_start做好时间配置准备。 */ void hrtimer_set(struct hrtimer *timer, ktime_t time, const enum hrtimer_mode mode);使用方法如下:/* 定义高精度定时器结构体变量 */ struct hrtimer my_timer; /* * 1. 设置定时时间1毫秒 * ktime_set(秒数, 纳秒数) * 0秒 1000000纳秒 1毫秒 */ ktime_t ktime ktime_set(0, 1000000); /* * 2. 设置定时器参数 * my_timer 定时器结构体指针 * ktime 到期时间1ms * HRTIMER_MODE_REL相对时间模式从当前时间开始计时 */ hrtimer_set(my_timer, ktime, HRTIMER_MODE_REL); hrtimer_start(my_timer, ktime, HRTIMER_MODE_REL); //启动定时器回调函数/* * 定时器回调函数 * 每次定时器到期时自动调用 */ enum hrtimer_restart my_timer_callback(struct hrtimer *timer) { // 获取当前时间回调专用更精准 ktime_t now hrtimer_cb_get_time(timer); // 设置周期1毫秒 ktime_t interval ktime_set(0, 1000000); // 推进定时器实现周期循环 hrtimer_forward(timer, now, interval); // 返回重启让定时器继续循环 return HRTIMER_RESTART; }下面给出模拟PWM的关键代码#include linux/module.h #include linux/init.h #include linux/moduleparam.h #include linux/fs.h #include linux/kdev_t.h #include linux/cdev.h #include linux/device.h #include linux/platform_device.h #include linux/of.h #include linux/uaccess.h #include linux/pwm.h #include linux/gpio/consumer.h #include linux/hrtimer.h #include linux/slab.h // 定义 PWM LED 数据结构体 struct pwm_led_data { int sum_count; // PWM 周期总脉冲数 int high_count; // PWM 高电平持续脉冲数 struct gpio_desc *gpiod;// GPIO 描述符 struct hrtimer pwm_timer;// 高精度定时器 ktime_t time; // 定时器时间间隔 }; // 声明 PWM LED 结构体指针 struct pwm_led_data *data; // PWM 定时器回调函数 enum hrtimer_restart pwm_timer_func(struct hrtimer *timer) { static int timer_count 0; // 达到周期总数重置并输出高电平 if (timer_count mydata-sum_count) { gpiod_set_value(mydata-gpiod, 1); timer_count 0; } // 达到高电平计数输出低电平 if (timer_count mydata-high_count) { gpiod_set_value(mydata-gpiod, 0); } timer_count; // 如果高电平为0直接重置 if (mydata-high_count 0) { timer_count 0; } // 推进定时器实现周期触发 hrtimer_forward(timer, hrtimer_cb_get_time(timer), mydata-time); return HRTIMER_RESTART; } // 字符设备 write static ssize_t cdev_test_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *off) { int ret; int kbuf[2]; printk(cdev_test_write开始写入数据\n); ret copy_from_user(kbuf, buf, size); if (ret ! 0) { printk(copy_from_user 失败\n); return -EFAULT; } // 更新 PWM 参数 data-sum_count kbuf[0]; data-high_count kbuf[1]; printk(更新 PWM 参数sum_count%dhigh_count%d\n, data-sum_count, data-high_count); return size; } // probe 函数 static int led_probe(struct platform_device *pdev) { int ret; // 分配内存 data kmalloc(sizeof(struct pwm_led_data), GFP_KERNEL); // 初始化参数 data-sum_count 20; data-high_count 10; // 获取 GPIO data-gpiod gpiod_get(pdev-dev, led, GPIOD_OUT_HIGH); gpiod_set_value(data-gpiod, 1); // 初始化定时器 1ms data-time ktime_set(0, 1000000); hrtimer_init(data-pwm_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL); data-pwm_timer.function pwm_timer_func; hrtimer_start(data-pwm_timer, data-time, HRTIMER_MODE_REL); return 0; }本质就是定时器计数反转电平比如1ms定时器中断一次周期20ms就计数20然后重头开始高电平时间计数10到达高电平反转电平就行了