Linux PWM驱动详解

一、PWM驱动概述

PWM (Pulse Width Modulation) 脉宽调制是一种通过数字方式模拟模拟信号的技术，在Linux系统中，PWM驱动提供了对硬件PWM控制器的抽象接口。

主要应用场景

• LED亮度控制
• 电机速度控制
• 电源管理
• 音频输出
• 伺服控制

二、Linux PWM子系统框架

Linux内核中的PWM子系统主要包含以下组件：

1. PWM核心 (core)：提供PWM框架的基础设施
2. PWM控制器驱动：特定硬件平台的PWM控制器实现
3. PWM消费者API：供其他驱动或用户空间使用的接口

三、PWM驱动开发

1. PWM控制器驱动实现

PWM控制器驱动需要实现struct pwm_ops中定义的操作：

static const struct pwm_ops pwm_imx_ops = {
    .apply = pwm_imx_apply,
    .get_state = pwm_imx_get_state,
    .owner = THIS_MODULE,
};

2. 注册PWM控制器

static int pwm_imx_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct pwm_chip *chip;
    int ret;

    chip = devm_pwmchip_alloc(&pdev->dev, 1, sizeof(*imx));
    if (IS_ERR(chip))
        return PTR_ERR(chip);

    imx = pwm_imx_chip_to_imx_chip(chip);

    chip->ops = &pwm_imx_ops;

    ret = pwmchip_add(chip);
    if (ret < 0)
        return ret;

    platform_set_drvdata(pdev, chip);
    return 0;
}

3. 主要操作函数实现

apply函数示例：

static int pwm_imx_apply(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm,
                         const struct pwm_state *state)
{
    struct pwm_imx_chip *imx = pwm_imx_chip_to_imx_chip(chip);

    /* 配置PWM周期 */
    /* 配置PWM占空比 */
    /* 配置PWM极性 */

    if (state->enabled)
        /* 启用PWM输出 */
    else
        /* 禁用PWM输出 */

    return 0;
}

四、PWM消费者API

其他驱动或用户空间可以通过以下API使用PWM：

1. 内核空间API

/* 申请PWM设备 */
struct pwm_device *pwm_get(struct device *dev, const char *con_id);

/* 配置并启用PWM */
int pwm_apply_state(struct pwm_device *pwm, const struct pwm_state *state);

/* 释放PWM设备 */
void pwm_put(struct pwm_device *pwm);

2. 用户空间接口

通过sysfs接口：

/sys/class/pwm/pwmchipX/

常用操作：

# 导出PWM通道
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip0/export

# 设置周期(ns)
echo 1000000 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/period

# 设置占空比(ns)
echo 500000 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/duty_cycle

# 启用PWM
echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/enable

五、设备树配置

PWM控制器通常在设备树中配置：

pwm: pwm@48302000 {
    compatible = "ti,omap3-pwm";
    reg = <0x48302000 0x100>;
    #pwm-cells = <3>;
    clocks = <&sys_clkin>;
    status = "okay";
};

PWM使用者配置：

backlight {
    compatible = "pwm-backlight";
    pwms = <&pwm 0 50000 0>;
    brightness-levels = <0 4 8 16 32 64 128 255>;
    default-brightness-level = <6>;
};

六、调试技巧

1. 检查PWM注册：

   ls /sys/class/pwm/
   

2. 查看PWM状态：

   cat /sys/kernel/debug/pwm
   

3. 示波器验证：使用示波器直接测量PWM输出引脚

4. 内核日志：

   dmesg | grep pwm
   

七、常见问题解决

1. PWM无法输出

   • 检查时钟配置
   • 验证GPIO复用设置
   • 检查电源管理是否关闭了PWM模块

2. 占空比不正确

   • 检查周期和占空比计算
   • 验证硬件限制（最小/最大周期）

3. sysfs接口不存在

   • 确认内核配置了CONFIG_PWM_SYSFS
   • 检查设备树配置是否正确

八、性能优化

1. 对于高频PWM，考虑使用硬件PWM而非软件模拟
2. 减少PWM配置的频率，重用已有配置
3. 对于实时性要求高的应用，考虑使用RT内核

通过以上内容，您可以全面了解Linux PWM驱动的实现和使用方法。实际开发中，还需结合具体硬件手册和内核版本进行调整。