《I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南》第二十五章 PWM应用编程

正点原子

1）实验平台：正点原子i.MX6ULL Linux阿尔法开发板
2)  章节摘自【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南
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第二十五章 PWM应用编程

       本章我们将学习如何对开发板上的PWM设备进行应用编程。
       本章将会讨论如下主题内容。
       应用层PWM编程介绍；
       PWM测试。

1.1应用层如何操控PWM
      与LED设备一样，PWM同样也是通过sysfs方式进行操控，进入到/sys/class/pwm目录下，如下所示：

图 25.1.1 /sys/class/pwm目录下的内容

      这里列举出了8个以pwmchipX（X表示数字0~7）命名的文件夹，这八个文件夹其实就对应了I.MX6U的8个PWM控制器，I.MX6U总共有8个PWM控制器，大家可以通过查询I.MX6U参考手册得知。
      我们随便以其中一个为例，进入到pwmchip0目录下：

图 25.1.2 pwmchip0目录下的内容

      在这个目录下我们重点关注的是export、npwm以及unexport这三个属性文件，下面一一进行介绍：
      npwm：这是一个只读属性，读取该文件可以得知该PWM控制器下共有几路PWM输出，如下所示：

图 25.1.3 读取npwm属性文件

       I.MX6U每个PWM控制器只有1路PWM输出，所以总共有8路PWM，分别对应I.MX6U的PWM1~PWM8这8路输出（pwmchip0对应PWM1，pwmchip1对应PWM2，以此类推，开发板出厂系统中，PWM1已经被用作LCD背光控制了，应用层不能直接对它进行控制了；而其它PWM均不能使用，原因在于I/O资源不够，为了满足板子上其它外设对I/O引脚的需求，取舍情况下只能如此！）。
       export：与GPIO控制一样，在使用PWM之前，也需要将其导出，通过export属性进行导出，以下所示：

1. echo 0 > export

复制代码

图 25.1.4 导出PWM

       0表示一个编号，注意，每个PWM控制器（pwmchipX）下，使用export属性文件导出PWM时，编号都是从0开始；因为I.MX6U每个控制器都只有一路PWM，所以都只能使用编号0，如下所示：

1. echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip0/export                #导出PWM1
   
2. echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip1/export                #导出PWM2
   
3. echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip2/export                #导出PWM3
   
4. echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip3/export                #导出PWM4
   
5. echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip4/export                #导出PWM5
   
6. echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip5/export                #导出PWM6

复制代码

       导出成功后会在pwmchipX（X表示数字0~7）目录下生成一个名为pwm0的目录，如图 25.1.4所示，稍后介绍。
       unexport：将导出的PWM删除。当使用完PWM之后，我们需要将导出的PWM删除，譬如：

1. echo 0 > unexport

复制代码

       写入到unexport文件中的编号与写入到export文件中的编号是相对应的；需要注意的是，export文件和unexport文件都是只写的、没有读权限。
       如何控制PWM
       通过export导出之后，便会生成pwm0这个目录，我们进入到该目录下看看：

图 25.1.5 pwm0目录下的内容

       该目录下也有一些属性文件，我们重点关注duty_cycle、enable、period以及polarity这四个属性文件，接下来一一进行介绍。
       enable：可读可写，写入"0"表示禁止PWM；写入"1"表示使能PWM。读取该文件获取PWM当前是禁止还是使能状态。

1. echo 0 > enable                        #禁止PWM输出
   
2. echo 1 > enable                        #使能PWM输出

复制代码

        通常配置好PWM之后，再使能PWM。
        polarity：用于设置极性，可读可写，可写入的值如下：
"normal"：普通；
"inversed"：反转；

1. echo normal > polarity                        #默认极性
   
2. echo inversed > polarity                        #极性反转

复制代码

       很多SoC的PWM外设其硬件上并不支持极性配置，所以对应的驱动程序中并未实现这个接口，应用层自然也就无法通过polarity属性文件对PWM极性进行配置，ALPHA/Mini I.MX6U开发板出厂系统便是如此！
       period：用于配置PWM周期，可读可写；写入一个字符串数字值，以ns（纳秒）为单位，譬如配置PWM周期为10us（微秒）：

1. echo 10000 > period                #PWM周期设置为10us（10 * 1000ns）

复制代码

       duty_cycle：用于配置PWM的占空比，可读可写；写入一个字符串数字值，同样也是以ns为单位，譬如：

1. echo 5000 > duty_cycle                #PWM占空比设置为5us

复制代码

1.2编写应用程序
       通过上面的介绍，我们已经知道在应用层如何去使用PWM外设了，本小节我们来编写一个简单的测试代码，来控制开发板上的PWM外设，示例代码如下所示：
       本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->25_pwm->pwm.c。
       示例代码 25.2.1 pwm应用程序示例代码

1. /***************************************************************
   
2. Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2021. All rights reserved.
   
3. 文件名 : pwm.c
   
4. 作者 : 邓涛
   
5. 版本 : V1.0
   
6. 描述 : PWM应用程序示例代码
   
7. 其他 : 无
   
8. 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
   
9. 日志 : 初版 V1.0 2021/6/15 邓涛创建
   
10. ***************************************************************/
    
11. 
    
12. #include <stdio.h>
    
13. #include <stdlib.h>
    
14. #include <sys/types.h>
    
15. #include <sys/stat.h>
    
16. #include <fcntl.h>
    
17. #include <unistd.h>
    
18. #include <string.h>
    
19. 
    
20. static char pwm_path[100];
    
21. 
    
22. static int pwm_config(const char *attr, const char *val)
    
23. {
    
24.     char file_path[100];
    
25.     int len;
    
26.     int fd;
    
27. 
    
28.     sprintf(file_path, "%s/%s", pwm_path, attr);
    
29.     if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) {
    
30.         perror("open error");
    
31.         return fd;
    
32.     }
    
33. 
    
34.     len = strlen(val);
    
35.     if (len != write(fd, val, len)) {
    
36.         perror("write error");
    
37.         close(fd);
    
38.         return -1;
    
39.     }
    
40. 
    
41.     close(fd);  //关闭文件
    
42.     return 0;
    
43. }
    
44. 
    
45. int main(int argc, char *argv[])
    
46. {
    
47.     /* 校验传参 */
    
48.     if (4 != argc) {
    
49.         fprintf(stderr, "usage: %s <id> <period> <duty>\n",
    
50.                 argv[0]);
    
51.         exit(-1);
    
52.     }
    
53. 
    
54.     /* 打印配置信息 */
    
55.     printf("PWM config: id<%s>, period<%s>, duty<%s>\n",
    
56.             argv[1], argv[2],
    
57.             argv[3]);
    
58. 
    
59.     /* 导出pwm */
    
60.     sprintf(pwm_path, "/sys/class/pwm/pwmchip%s/pwm0", argv[1]);
    
61. 
    
62.     if (access(pwm_path, F_OK)) {//如果pwm0目录不存在, 则导出
    
63. 
    
64.         char temp[100];
    
65.         int fd;
    
66. 
    
67.         sprintf(temp, "/sys/class/pwm/pwmchip%s/export", argv[1]);
    
68.         if (0 > (fd = open(temp, O_WRONLY))) {
    
69.             perror("open error");
    
70.             exit(-1);
    
71.         }
    
72. 
    
73.         if (1 != write(fd, "0", 1)) {//导出pwm
    
74.             perror("write error");
    
75.             close(fd);
    
76.             exit(-1);
    
77.         }
    
78. 
    
79.         close(fd);  //关闭文件
    
80.     }
    
81. 
    
82.     /* 配置PWM周期 */
    
83.     if (pwm_config("period", argv[2]))
    
84.         exit(-1);
    
85. 
    
86.     /* 配置占空比 */
    
87.     if (pwm_config("duty_cycle", argv[3]))
    
88.         exit(-1);
    
89. 
    
90.     /* 使能pwm */
    
91.     pwm_config("enable", "1");
    
92. 
    
93.     /* 退出程序 */
    
94.     exit(0);
    
95. }

复制代码

       main()函数中，首先对传参进行校验，执行该应用程序的时候需要用户传入3个参数，分别是编号（0、1、2、3等，分别表示I.MX6U的PWM1、PWM2、PWM3…）、周期（以ns为单位）、PWM占空比（以ns为单位）。譬如：

1. ./testApp 0 500000 250000

复制代码

       接下来需要导出pwm，首先使用access()函数判断pwm0目录是否存在，如果存在表示pwm已经导出，如果不存在，则表示未导出，那么就需要通过export文件将其导出。
       导出成功之后，接着配置PWM周期、占空比，最后使能PWM。
       编译示例代码：

图 25.2.1 编译应用程序

1.3在开发板上测试
       将上小节编译得到的可执行文件拷贝到开发板Linux系统/home/root目录下，如下所示：

图 25.3.1 将测试程序拷贝到开发板/home/root目录

       前面提到了，开发板出厂系统没法使用PWM，如果大家想要测试PWM，可以对出厂系统的内核源码进行配置、需修改设备树，禁用LCD和backlight背光设备（status属性设置为disabled即可），修改完之后重新编译设备树，用编译得到的设备树镜像文件（dtb文件）替换掉开发板启动文件中的dtb文件。也可以参考《I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》第七十三章内容，自行配置PWM。
       这里笔者告诉大家一个简单地方法，不用重新编译设备树文件，直接把禁用LCD和backlight背光设备，将PWM1腾出来给我们测试使用，直接操作呢？
       首先我们需要重启开发板，进入到u-boot命令行模式下，如下：

图 25.3.2 进入到u-boot命令行模式

       我们要做什么呢？其实就是去修改内核设备树文件，将LCD和backlight设备的status属性修改为“disabled”，禁用这两个设备；怎么修改呢？u-boot中提供了查看、修改设备树的命令，u-boot启动时，会将内核设备树（dtb）拷贝到内存中，当拷贝到内存中之后呢，我们就可以去查看或修改设备树了，这里笔者直接把需要执行的命令贴出来，如下所示：
       SD/eMMC启动方式：

1. setenv disable_lcd 'fdt addr ${fdt_addr}; fdt set /backlight status disable; fdt set /soc/aips-bus@02100000/lcdif@021c8000 status disable'

复制代码

1. 下一条命令
   
2. setenv mmcboot 'echo Booting from mmc ...; run mmcargs; if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then if run loadfdt; then run disable_lcd; bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; else if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi;'

复制代码

       NAND启动方式：

1. setenv disable_lcd 'fdt addr ${fdt_addr}; fdt set /backlight status disable; fdt set /soc/aips-bus@02100000/lcdif@021c8000 status disable'

复制代码

1. 下一条命令
   
2. setenv bootcmd 'nand read ${loadaddr} 0x620000 0x800000;nand read ${fdt_addr} ${fdt_offset} 0x20000; run disable_lcd; bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}'

复制代码

       拷贝时注意格式的问题，分为SD/eMMC启动方式和NAND启动方式；笔者测试用的开发板是eMMC方式启动的，在u-boot命令行模式下执行如下命令：

图 25.3.3 在u-boot下执行命令

       执行完两条命令后，接着执行boot命令启动开发板：

1. boot

复制代码

图 25.3.4 启动内核

       Tips：这种修改方式只对本次启动生效，因为我们修改的是内存中的那份设备树文件，下一次重启开发板时将又恢复到未修改前的状态，请悉知！
       系统启动之后，PWM1就已经腾出来给我们测试使用了，此时LCD被禁用了！
       执行上小节编译得到的可执行文件：

图 25.3.5 运行测试程序

       本实验测试的是PWM1，开发板出厂系统已经将PWM1输出绑定到了GPIO1_IO08引脚（也就是LCD背光引脚），该引脚已经通过开发板上的扩展口引出，如下所示：

图 25.3.6 GPIO1_IO08引脚（左图ALPHA、右图Mini）

        Mini开发板可以通过背面丝印标注的名称或原理图进行确认。
        接下来使用示波器来检测GPIO1_IO08引脚输出的PWM波形，如下所示：

图 25.3.7 PWM波形

       此时GPIO1_IO08引脚输出了PWM波形，其周期为500us（也就是500000ns），对应的频率为2KHz，占空比为50%，与我们配置的情况是一样的。
       本章内容到此结束！