[linux 驱动]PWM子系统详解

1 描述

2 结构体

2.1 pwm_chip

2.2 pwm_ops

2.3 pwm_device

2.4 pwm_class

3 相关函数

3.1 注册与注销 PWM 控制器

3.1.1 pwmchip_add

3.1.2 pwmchip_remove

3.2 申请与释放 PWM 设备

3.2.1 pwm_request

3.2.2 devm_pwm_get

3.2.3 pwm_free

3.3 控制 PWM

3.3.1 pwm_config

3.3.2 pwm_enable

3.3.3 pwm_get_state

3.3.4 pwm_apply_state

3.4 PWM 文件系统操作

3.4.1 pwmchip_sysfs_export

3.4.2 pwmchip_sysfs_unexport

4 PWM 驱动

4.1 pwm-rockchip 驱动

4.1.1 源码

4.1.2 核心代码

4.2 pwm-backlight 驱动

4.2.1 源码

4.2.2 设备树

4.2.3 核心代码

4.2.4 操作

4.3 pwm_beeper 驱动

4.3.1 原理图

4.3.2 源码

4.3.3 设备树

4.3.4 核心代码

1 描述

pwm 子系统框架如下图所示

/sys/class/pwm/文件系统下可以操作 PWM

inaro@linaro-alip:~$ ls /sys/class/pwm/
pwmchip0  pwmchip1  pwmchip2  pwmchip3
linaro@linaro-alip:~$ ls /sys/class/pwm/pwmchip0/
device  export  npwm  power  subsystem  uevent  unexport
linaro@linaro-alip:~$ ls /sys/class/pwm/pwmchip0/device
driver  driver_override  modalias  of_node  power  pwm  subsystem  supplier:platform:pinctrl  uevent
linaro@linaro-alip:~$

pwm 相关驱动位于drivers/pwm/

zwzn2064@zwzn2064-CVN-Z690D5-GAMING-PRO:~/sdb1/android11/kernel$ ls drivers/pwm/
built-in.a       pwm-atmel-hlcdc.c  pwm-cros-ec.c  pwm-lpc18xx-sct.c    pwm-mxs.c           pwm-rockchip.o  pwm-tiecap.c
core.c           pwm-atmel-tcb.c    pwm-ep93xx.c   pwm-lpc32xx.c        pwm-omap-dmtimer.c  pwm-samsung.c   pwm-tiehrpwm.c
core.o           pwm-bcm2835.c      pwm-fsl-ftm.c  pwm-lpss.c           pwm-pca9685.c       pwm-spear.c     pwm-tipwmss.c
Kconfig          pwm-bcm-iproc.c    pwm-gpio.c     pwm-lpss.h           pwm-puv3.c          pwm-sti.c       pwm-twl.c
Makefile         pwm-bcm-kona.c     pwm-hibvt.c    pwm-lpss-pci.c       pwm-pxa.c           pwm-stm32.c     pwm-twl-led.c
modules.builtin  pwm-berlin.c       pwm-img.c      pwm-lpss-platform.c  pwm-rcar.c          pwm-stm32-lp.c  pwm-vt8500.c
modules.order    pwm-brcmstb.c      pwm-imx.c      pwm-mediatek.c       pwm-renesas-tpu.c   pwm-stmpe.c     pwm-zx.c
pwm-ab8500.c     pwm-clps711x.c     pwm-jz4740.c   pwm-meson.c          pwm-rockchip.c      pwm-sun4i.c     sysfs.c
pwm-atmel.c      pwm-crc.c          pwm-lp3943.c   pwm-mtk-disp.c       pwm-rockchip-i2s.c  pwm-tegra.c     sysfs.o
zwzn2064@zwzn2064-CVN-Z690D5-GAMING-PRO:~/sdb1/android11/kernel$

2 结构体

2.1 pwm_chip

struct pwm_chip 是 Linux 内核中用于表示一个 PWM 控制器的结构体。这个结构体定义了与 PWM 控制器相关的各种信息和操作接口，允许内核对 PWM 硬件进行管理和控制。

290 struct pwm_chip {
291         struct device *dev;
292         const struct pwm_ops *ops;
293         int base;
294         unsigned int npwm;
295 
296         struct pwm_device * (*of_xlate)(struct pwm_chip *pc,
297                                         const struct of_phandle_args *args);
298         unsigned int of_pwm_n_cells;
299 
300         /* only used internally by the PWM framework */
301         struct list_head list;
302         struct pwm_device *pwms;
303 };

struct device *dev:

这是一个指向 device 结构体的指针，表示与该 PWM 控制器相关联的设备。这使得 PWM 控制器能够通过设备模型与内核中的其他部分进行交互。

const struct pwm_ops *ops:

这是一个指向 pwm_ops 结构体的指针，定义了该 PWM 控制器支持的操作函数。这些操作函数可能包括启动/停止 PWM、设置频率、设置占空比等功能。

int base:

这是 PWM 控制器的基地址，通常用于确定该控制器下不同 PWM 通道的索引或地址。在多通道 PWM 控制器中，这个值帮助确定每个通道的起始位置。

unsigned int npwm:

表示该 PWM 控制器支持的 PWM 通道数量。每个通道可以独立控制，允许同时驱动多个 PWM 输出。

struct pwm_device * (*of_xlate)(struct pwm_chip *pc, const struct of_phandle_args *args):

这是一个函数指针，指向一个将设备树中描述的句柄转换为对应的 pwm_device 结构体的函数。该函数通常在设备树驱动程序中使用，以从设备树中解析 PWM 设备信息。

unsigned int of_pwm_n_cells:

表示在设备树中与 PWM 相关的参数的单元数量。这个值帮助内核理解从设备树节点中解析 PWM 参数时需要多少个单元。

struct list_head list:

这是一个链表节点，用于在 PWM 控制器列表中链接。这使得多个 pwm_chip 结构体可以组织成一个链表，方便内核进行遍历和管理。

struct pwm_device *pwms:

这是指向该控制器的 PWM 通道的数组或链表。它存储了与该 PWM 控制器相关的所有 pwm_device 实例，允许内核访问和管理这些通道。

2.2 pwm_ops

pwm_ops 结构体提供了一个抽象接口，使得不同的PWM硬件实现可以通过一致的方法进行操作。驱动程序可以通过实现这些函数来控制特定的PWM设备，从而实现更高效和模块化的设计。

259 struct pwm_ops {
260         int (*request)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm);
261         void (*free)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm);
262         int (*capture)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm,
263                        struct pwm_capture *result, unsigned long timeout);
264         int (*apply)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm,
265                      const struct pwm_state *state);
266         void (*get_state)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm,
267                           struct pwm_state *state);
268         struct module *owner;
269 
270         /* Only used by legacy drivers */
271         int (*config)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm,
272                       int duty_ns, int period_ns);
273         int (*set_polarity)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm,
274                             enum pwm_polarity polarity);
275         int (*enable)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm);
276         void (*disable)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm);
277 };

int (*request)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm);

这个函数指针用于请求访问特定的PWM设备。它通常在驱动程序初始化时被调用，以确保PWM设备可以被正确配置和使用。返回值通常指示请求是否成功。

void (*free)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm);

这个函数指针用于释放对PWM设备的访问。它在设备不再使用时被调用，以清理相关资源。

int (*capture)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm, struct pwm_capture *result, unsigned long timeout);

该函数指针用于捕获PWM信号的状态或特征。它通常用于测量PWM信号的实际占空比和频率等参数，结果存储在 result 中。timeout 参数用于设置操作的最大持续时间。

int (*apply)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm, const struct pwm_state *state);

该函数指针用于应用给定的PWM状态（例如占空比、频率等）到指定的PWM设备。这是配置设备的关键操作。

void (*get_state)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm, struct pwm_state *state);

该函数指针用于获取当前PWM设备的状态，并将其填充到 state 结构中。这个操作可以用来检查当前的设置和状态。

struct module *owner;

这个字段指向拥有该操作集的模块。它通常用于内核模块的管理，确保相关的模块在使用这些操作时是有效的。

int (*config)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm, int duty_ns, int period_ns);

该函数指针仅在旧版驱动中使用，用于配置PWM的占空比和周期。duty_ns 和 period_ns 参数分别表示占空比和周期的时间（以纳秒为单位）。

int (*set_polarity)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm, enum pwm_polarity polarity);

该函数指针用于设置PWM信号的极性（正极性或负极性）。极性设置可以影响PWM信号的行为。

int (*enable)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm);

该函数指针用于启用PWM设备，使其开始产生PWM信号。启用操作通常涉及设置硬件寄存器或启动计时器。

void (*disable)(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm);

该函数指针用于禁用PWM设备，停止PWM信号的产生。这可以用于节省功耗或在不需要PWM信号时安全地关闭设备。

2.3 pwm_device

 76 struct pwm_device {77         const char *label;78         unsigned long flags;79         unsigned int hwpwm;80         unsigned int pwm;81         struct pwm_chip *chip;82         void *chip_data;83 84         struct pwm_args args;85         struct pwm_state state;86 };

const char *label：

这个字段用于保存设备的标签名称，方便在日志或调试中标识该PWM设备。标签通常是字符串形式，便于人类阅读。

unsigned long flags：

该字段是一个标志位，可以用来存储设备的状态或特性，比如是否正在使用、是否可用等。这些标志位通常定义在相应的头文件中。

unsigned int hwpwm：

这是一个硬件级的PWM通道编号，表示该设备在硬件PWM控制器中的位置。不同的PWM控制器可能支持多个通道。

unsigned int pwm：

这是一个唯一标识符，用于在系统中区分不同的PWM设备。这个值通常在设备注册时被分配。

struct pwm_chip *chip：

指向与该PWM设备关联的PWM控制器芯片的指针。PWM控制器负责管理多个PWM设备的操作，比如配置和控制。

void *chip_data：

这个字段可以用来存储与特定芯片相关的额外数据。其具体类型和内容通常由驱动程序定义，以适应不同的芯片。

struct pwm_args args：

这是一个参数结构体，包含了配置PWM设备所需的具体参数，比如频率、占空比、周期等。这些参数在驱动程序中通常会被设置或修改。

struct pwm_state state：

这个结构体表示PWM设备的当前状态，包含设备的工作状态和配置信息（如开启或关闭、当前占空比等）。这个字段用于维护PWM设备的实际运行状态。

 41 struct pwm_args {42         u64 period;43         enum pwm_polarity polarity;44 };

81 struct pwm_state {82         u64 period;83         u64 duty_cycle;84         enum pwm_polarity polarity;85         enum pwm_output_type output_type;86         struct pwm_output_pattern *output_pattern;87 #ifdef CONFIG_PWM_ROCKCHIP_ONESHOT88         u64 oneshot_count;89 #endif /* CONFIG_PWM_ROCKCHIP_ONESHOT */90         bool enabled;91 };

2.4 pwm_class

pwm_class 在整个 PWM 子系统中起着关键作用。任何 PWM 设备实例都可以被注册到 pwm_class 下，用户空间应用可以通过 /sys/class/pwm 访问这些设备，实现对 PWM 功能的控制。

635 static struct class pwm_class = {
636         .name = "pwm",
637         .owner = THIS_MODULE,
638         .dev_groups = pwm_chip_groups,
639         .pm = &pwm_class_pm_ops,
640 };

3 相关函数

3.1 注册与注销 PWM 控制器

3.1.1 pwmchip_add

函数原型	int pwmchip_add(struct pwm_chip *chip)
参数	struct pwm_chip *chip	指向 pwm_chip 结构体的指针，该结构体描述了要添加的 PWM 控制器。这个结构体包含关于 PWM 硬件的信息和操作函数（如设置 PWM 输出的频率和占空比等）。
返回值
功能	将 PWM 控制器添加到 Linux 内核的 PWM 子系统中，允许对 PWM 硬件的管理和控制

321 int pwmchip_add(struct pwm_chip *chip)322 {      323         return pwmchip_add_with_polarity(chip, PWM_POLARITY_NORMAL);324 }

251 int pwmchip_add_with_polarity(struct pwm_chip *chip,252                               enum pwm_polarity polarity)253 {254         struct pwm_device *pwm;255         unsigned int i;256         int ret;257 258         if (!chip || !chip->dev || !chip->ops || !chip->npwm)259                 return -EINVAL;260 261         if (!pwm_ops_check(chip->ops))262                 return -EINVAL;263 264         mutex_lock(&pwm_lock);265 266         ret = alloc_pwms(chip->base, chip->npwm);267         if (ret < 0)268                 goto out;269 270         chip->pwms = kcalloc(chip->npwm, sizeof(*pwm), GFP_KERNEL);271         if (!chip->pwms) {272                 ret = -ENOMEM;273                 goto out;274         }275 276         chip->base = ret;277 278         for (i = 0; i < chip->npwm; i++) {279                 pwm = &chip->pwms[i];280 281                 pwm->chip = chip;282                 pwm->pwm = chip->base + i;283                 pwm->hwpwm = i;284                 pwm->state.polarity = polarity;285 286                 if (chip->ops->get_state)287                         chip->ops->get_state(chip, pwm, &pwm->state);288 289                 radix_tree_insert(&pwm_tree, pwm->pwm, pwm);290         }291 292         bitmap_set(allocated_pwms, chip->base, chip->npwm);293 294         INIT_LIST_HEAD(&chip->list);295         list_add(&chip->list, &pwm_chips);296 297         ret = 0;298 299         if (IS_ENABLED(CONFIG_OF))300                 of_pwmchip_add(chip);301 302 out:303         mutex_unlock(&pwm_lock);304 305         if (!ret)306                 pwmchip_sysfs_export(chip);307 308         return ret;309 }

此函数会调用 pwmchip_sysfs_export 函数，pwmchip_sysfs_export 函数会在/sys/class/pwm/文件系统下增加pwmchip*

3.1.2 pwmchip_remove

函数原型	int pwmchip_remove(struct pwm_chip *chip)
参数	struct pwm_chip *chip	指向 pwm_chip 结构体的指针，该结构体描述了要添加的 PWM 控制器。这个结构体包含关于 PWM 硬件的信息和操作函数（如设置 PWM 输出的频率和占空比等）。
返回值	int	成功：0 失败：负数
功能	将 PWM 控制器从 Linux 内核的 PWM 子系统中移除

336 int pwmchip_remove(struct pwm_chip *chip)337 {338         unsigned int i;339         int ret = 0;340 341         pwmchip_sysfs_unexport(chip);342 343         mutex_lock(&pwm_lock);344 345         for (i = 0; i < chip->npwm; i++) {346                 struct pwm_device *pwm = &chip->pwms[i];347 348                 if (test_bit(PWMF_REQUESTED, &pwm->flags)) {349                         ret = -EBUSY;350                         goto out;351                 }352         }353 354         list_del_init(&chip->list);355 356         if (IS_ENABLED(CONFIG_OF))357                 of_pwmchip_remove(chip);358 359         free_pwms(chip);360 361 out:362         mutex_unlock(&pwm_lock);363         return ret;364 }

此函数会调用 pwmchip_sysfs_unexport 函数，pwmchip_sysfs_unexport 函数会在/sys/class/pwm/文件系统下删除 pwmchip*