Linux之PWM驱动

土小帽

1. 概述
本文将深入介绍Linux的PWM（Pulse-Width Modulation）驱动框架，包括其实现原理、驱动添加方法以及调试方法，以帮助开发者更好地了解和使用这一功能。

本文所示示例Linux内核版本为6.2.8。

2. 原理
PWM技术作为一种常用的调制技术，可以通过调整周期性波形的高电平时间宽度来改变有效信号的占空比，从而实现对设备的供电控制。常见的PWM应用领域包括屏幕背光亮度调节、电机转速控制和风扇转速控制等。Linux内核支持PWM驱动框架，通过抽象PWM控制器和PWM信号的结构体数据类型，提供PWM驱动框架核心代码和sysfs接口代码。开发者可以使用该驱动框架轻松添加自己的特定PWM控制器驱动程序，并使用sysfs接口进行功能调试。

image-20231029215021381
image-20231029215021381
驱动开发者可以根据需要设计专用的PWM控制器结构体，以struct pwm_chip结构体作为一个成员变量，下面是一个示例，在./drivers/pwm/pwm-ab8500.c驱动中定义。

图片
图片
（2）struct pwm_ops结构体，包括PWM控制器的操作函数。其中应该由驱动开发者实现的2个基础函数为apply函数和get_state函数；apply函数用于配置PWM控制器，包括配置PWM信号的使能状态、周期、占空比、极性等；get_state函数用于在注册PWM控制器时获取指定PWM通道信号的初始状态，包括使能状态、周期、占空比、极性等。

image-20231029215027019
image-20231029215027019
（3）struct pwm_device结构体，表示PWM控制器输出的PWM信号。

image-20231029215045848
image-20231029215045848
3.3驱动框架核心函数

（1）pwmchip_add函数。用于注册一个新的PWM控制器设备。在./drivers/pwm/core.c中定义。

image-20231029215048532
image-20231029215048532
（2）pwmchip_remove函数。用于移除一个PWM控制器设备。在./drivers/pwm/core.c中定义。

image-20231029215051172
image-20231029215051172
3.4驱动典型实现方法

（1）概要

PWM驱动源文件位于./drivers/pwm路径下，需要驱动开发者添加相应的源文件即可，源文件设计可参考其他厂家的驱动代码。参考原有代码的命名风格，可以将新添加的驱动源文件命名为pwm-xx.c，将probe和remove函数分别命名为xx_pwm_probe和xx_pwm_remove，将PWM控制器结构体定义为struct xx_pwm_chip。./drivers/pwm路径下文件如下。

image-20231029215054206
image-20231029215054206
（2）apply函数和get_state函数定义

根据PWM控制器手册，由驱动开发者定义apply函数和get_state函数。

（3）xx_pwm_probe函数定义

xx_pwm_probe函数的实现方法为：首先对PWM控制器结构体struct xx_pwm_chip变量进行初始化，然后调用PWM驱动框架核心函数pwmchip_add注册一个新的PWM控制器设备。

（4）xx_pwm_remove函数定义

xx_pwm_remove函数的实现方法为：调用PWM驱动框架核心函数pwmchip_remove移除一个PWM控制器设备。

4.驱动添加方法

4.1添加驱动源文件

按3.4节所述方法，编写驱动源文件pwm-xx.c，添加到./drivers/pwm路径下。

4.2添加编译支持

（1）修改./drivers/pwm路径下的Kconfig文件，添加所添加的PWM驱动配置选项。

（2）修改./drivers/pwm路径下的Makefile文件，添加pwm-xx.c的编译选项。

（3）在memuconfig界面，使能所添加的PWM驱动。配置界面如下所示。

image-20231029215057440
image-20231029215057440
4.3添加PWM控制器设备树节点

在设备树添加PWM控制器设备树节点。该节点的基本属性包括兼容性、寄存器和#pwm-cells数量，按需添加中断、时钟、复位等属性。

PWM控制器设备树设计方法可参考./Documentation/devicetree/bindings/pwm。

下面是PWM控制器设备树节点的示例。参考文档如下：

./Documentation/devicetree/bindings/pwm/nvidia,tegra20-pwm.yaml。

image-20231029215101116
image-20231029215101116
5.调试方法

使用sysfs接口对PWM驱动进行功能调试，主要调试命令示例如下。

（1）查看PWM控制器节点

ls /sys/class/pwm/pwmchip0

（2）打开指定PWM通道信号

echo n > /sys/class/pwm/pwmchip0/export

//n为通道编号

（3）设置PWM信号周期

echo pvalue > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/period

//pvalue为周期值

（4）设置PWM信号占空比

echo dvalue > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/duty_cycle

//dvalue为有效电平宽度值

（5）使能某个PWM通道信号

echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/enable

（6）禁止某个PWM通道信号

echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/enable