05、sysyfs 操作 pwm 原理讲解

sysfs操作PWM的原理可以这样理解：

当Linux系统启动时，PWM控制器的驱动程序会自动在/sys/class/pwm目录下创建对应的虚拟文件。这些文件就像"控制面板"的入口，每个文件对应PWM的一个具体功能（比如启用/禁用、周期、占空比等）。

具体过程分三步：

暴露设备：驱动加载时，内核在/sys/class/pwm下生成类似pwmchip0的目录，里面包含export等基础文件
选择通道：当你向export文件写入数字（如"0"），内核就会在pwmchip0下自动生成pwm0子目录，这个数字对应具体的PWM硬件通道
设置参数：修改pwm0目录下的period（周期）、duty_cycle（占空比）和enable（启用）文件时，系统会自动将数值转换为对应的硬件寄存器配置，最终改变PWM波形输出

::: 为什么能通过文件控制硬件？因为这些文件背后都连接着内核的驱动程序：

当你写入数值时（如echo 1000000 > period），系统会调用驱动里的回调函数，把数值转换为对应的硬件寄存器设置

当你读取文件时（如cat period），系统会从硬件寄存器中读取当前值返回

这就像在和硬件玩"传话游戏"：你的文件操作是"指令传话"，sysfs是"传话通道"，内核驱动是"翻译员"，最终把你的指令准确传递给硬件芯片。 :::

一、pwmchip_add

在Linux内核的PWM驱动代码中，有一个叫做pwmchip_add的函数。它的主要任务是把PWM控制器设备添加到PWM系统里。当Rockchip平台的PWM控制器执行rockchip_pwm_probe函数时候，就会调用这个pwmchip_add函数来完成注册。

/**
 * pwmchip_add() - register a new PWM chip
 * @chip: the PWM chip to add
 *
 * Register a new PWM chip. If chip->base < 0 then a dynamically assigned base
 * will be used. The initial polarity for all channels is normal.
 *
 * Returns: 0 on success or a negative error code on failure.
 */
int pwmchip_add(struct pwm_chip *chip)
{
        return pwmchip_add_with_polarity(chip, PWM_POLARITY_NORMAL);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(pwmchip_add);

其中 pwmchip_add_with_polarity 定义如下：

/**
 * pwmchip_add_with_polarity() - register a new PWM chip
 * @chip: the PWM chip to add
 * @polarity: initial polarity of PWM channels
 *
 * Register a new PWM chip. If chip->base < 0 then a dynamically assigned base
 * will be used. The initial polarity for all channels is specified by the
 * @polarity parameter.
 *
 * Returns: 0 on success or a negative error code on failure.
 */
int pwmchip_add_with_polarity(struct pwm_chip *chip,
                              enum pwm_polarity polarity)
{
        struct pwm_device *pwm;
        unsigned int i;
        int ret;
        // 检查 chip 结构体的有效性
        if (!chip || !chip->dev || !chip->ops || !chip->npwm)
                return -EINVAL;
        // 检查 pwm_ops 结构体的有效性
        if (!pwm_ops_check(chip->ops))
                return -EINVAL;
        // 获取全局 pwm_lock 互斥锁
        mutex_lock(&pwm_lock);
        // 为 chip 分配 PWM 设备索引号
        ret = alloc_pwms(chip->base, chip->npwm);
        if (ret < 0)
                goto out;
        // 动态分配 chip->npwm 个 pwm_device 结构体
        chip->pwms = kcalloc(chip->npwm, sizeof(*pwm), GFP_KERNEL);
        if (!chip->pwms) {
                ret = -ENOMEM;
                goto out;
        }
        // 保存分配的 PWM 设备索引号
        chip->base = ret;
        // 初始化每个 PWM 设备
        for (i = 0; i < chip->npwm; i++) {
                pwm = &chip->pwms[i];

                pwm->chip = chip;
                pwm->pwm = chip->base + i;
                pwm->hwpwm = i;
                pwm->state.polarity = polarity;
                pwm->state.output_type = PWM_OUTPUT_FIXED;
                // 如果 chip->ops->get_state 存在,则获取当前 PWM 设备的状态
                if (chip->ops->get_state)
                        chip->ops->get_state(chip, pwm, &pwm->state);
                // 将 PWM 设备添加到全局 PWM 设备树中
                radix_tree_insert(&pwm_tree, pwm->pwm, pwm);
        }
        // 标记分配的 PWM 设备为已使用
        bitmap_set(allocated_pwms, chip->base, chip->npwm);
        // 将 PWM 控制器添加到全局 PWM 控制器链表
        INIT_LIST_HEAD(&chip->list);
        list_add(&chip->list, &pwm_chips);

        ret = 0;
        // 如果内核开启了 Device Tree 支持,则注册 PWM 控制器到 Device Tree
        if (IS_ENABLED(CONFIG_OF))
                of_pwmchip_add(chip);

out:
        // 释放全局 pwm_lock 互斥锁
        mutex_unlock(&pwm_lock);
        // 如果添加成功,则在 sysfs 中导出 PWM 控制器
        if (!ret)
                pwmchip_sysfs_export(chip);

        return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(pwmchip_add_with_polarity);

第69行调用了pwmchip_sysfs_export函数，该函数的作用是将PWM控制器添加到内核的sysfs系统中。sysfs对PWM设备的所有文件操作权限和接口暴露，都是由这个函数来初始化配置的。这个函数的具体实现代码位于"drivers/pwm/sysfs.c"文件里。

二、pwmchip_sysfs_export

void pwmchip_sysfs_export(struct pwm_chip *chip)
{
        struct device *parent;

        /*
         * 如果 device_create() 失败,pwm_chip 仍然可以被内核使用,只是没有被导出到 sysfs
         */
        parent = device_create(&pwm_class, chip->dev, MKDEV(0, 0), chip,
                               "pwmchip%d", chip->base);
        if (IS_ERR(parent)) {
                dev_warn(chip->dev,
                         "device_create failed for pwm_chip sysfs export\n");
        }
}

第8行的device_create()函数负责在系统文件中创建设备节点。它会生成一个名为pwmchip%d的目录，这个目录位于/sys/class/pwm文件夹下，如图所示。

在PWM驱动中，设备创建函数的第一个参数使用了名为pwm_class的PWM设备类。这个类在驱动启动时被注册到内核：

// 驱动启动时执行的函数，负责注册PWM设备类
static int __init pwm_sysfs_init(void)
{
    return class_register(&pwm_class); // 注册pwm_class类
}

pwm_class类的定义如下：

struct class pwm_class = {
    name: "pwm",          // 类名称设为"pwm"
    owner: THIS_MODULE,   // 声明属于当前模块
    dev_groups: pwm_chip_groups // 绑定属性组
};

这里的dev_groups绑定了三个关键属性，这些属性对应sysfs文件系统中的特殊文件：

// 定义三个属性

static struct attribute *pwm_chip_attrs[ ] = {

    &dev_attr_export.attr,   // 对应export文件
    &dev_attr_unexport.attr, // 对应unexport文件
    &dev_attr_npwm.attr,     // 对应npwm文件
    NULL,
};

// 将属性数组包装成属性组
ATTRIBUTE_GROUPS(pwm_chip);

这些属性的作用：

export 文件：当用户向这个文件写入通道号时，会触发export_store函数，完成PWM通道的导出操作。
unexport 文件：用于取消已导出的PWM通道。
npwm 文件：显示当前PWM芯片支持的最大通道数量。

::: 简单来说：

export 文件像一个控制开关，用户通过写入通道号（如echo 0 > export）就能激活对应的PWM通道

这些功能都通过对应的函数（如export_store）在后台处理请求

所有功能都通过/sys/class/pwm目录下的文件提供给用户空间使用 :::

3.1、export_store

export_store 函数内容如下所示

static ssize_t export_store(struct device *parent,
                            struct device_attribute *attr,
                            const char *buf, size_t len)
{
        // 从父设备获取 PWM 芯片对象
        struct pwm_chip *chip = dev_get_drvdata(parent);
        struct pwm_device *pwm;
        unsigned int hwpwm;// 要导出的 PWM 通道号
        int ret;
        // 将用户输入的 PWM 通道号转换为整数
        ret = kstrtouint(buf, 0, &hwpwm);
        if (ret < 0)
                return ret;
        // 检查要导出的 PWM 通道号是否超出 PWM 芯片的支持范围
        if (hwpwm >= chip->npwm)
                return -ENODEV;
        // 请求使用指定的 PWM 通道
        pwm = pwm_request_from_chip(chip, hwpwm, "sysfs");
        if (IS_ERR(pwm))
                return PTR_ERR(pwm);
        // 将 PWM 通道导出到 sysfs 文件系统
        ret = pwm_export_child(parent, pwm);
        if (ret < 0)
                pwm_put(pwm);// 如果导出失败,释放 PWM 通道
        // 返回写入的字节数,或者负错误码
        return ret ? : len;
}
static DEVICE_ATTR_WO(export);

这个函数让用户通过系统文件（sysfs）导出 PWM 通道。具体步骤如下：

获取 PWM 控制器：从父设备获取 PWM 控制器对象。
解析用户输入：把用户写入的通道号（字符串）转换成数字。
检查通道号是否合法：
- 如果通道号超过控制器支持的数量，返回错误。
申请使用 PWM 通道：
- 尝试获取用户指定的 PWM 通道，如果失败返回错误。
导出到系统文件：
- 调用 pwm_export_child 函数，将 PWM 通道注册到系统文件中。
处理结果：
- 如果导出成功，返回成功；如果失败，释放通道并返回错误。

3.2、pwm_export_child

pwm_export_child 函数同样定义在 drivers/pwm/sysfs.c 文件中，具体内容如下所示：

static int pwm_export_child(struct device *parent, struct pwm_device *pwm)
{
        struct pwm_export *export;
        int ret;
        // 检查 PWM 设备是否已经被导出
        if (test_and_set_bit(PWMF_EXPORTED, &pwm->flags))
                return -EBUSY;
        // 分配 pwm_export 结构体
        export = kzalloc(sizeof(*export), GFP_KERNEL);
        if (!export) {
                clear_bit(PWMF_EXPORTED, &pwm->flags);
                return -ENOMEM;
        }
        // 初始化 pwm_export 结构体
        export->pwm = pwm;
        mutex_init(&export->lock);

        export->child.release = pwm_export_release;
        export->child.parent = parent;
        export->child.devt = MKDEV(0, 0);
        export->child.groups = pwm_groups; //方法
        dev_set_name(&export->child, "pwm%u", pwm->hwpwm);
        // 注册 sysfs 设备节点
        ret = device_register(&export->child);
        if (ret) {
                clear_bit(PWMF_EXPORTED, &pwm->flags);
                put_device(&export->child);
                export = NULL;
                return ret;
        }

        return 0;
}

`pwm_export_child` 函数的作用

这个函数负责将 PWM 通道实际注册到系统文件中：

检查是否已被导出：
- 如果该通道已经被导出过（已被使用），返回“设备忙碌”错误。
分配内存：
- 为 PWM 导出结构体分配内存，如果分配失败则返回错误。
初始化结构体：
- 设置结构体中的 PWM 对象、父设备、属性组等信息。
- 设备名称格式为 pwmX（X是通道号）。
注册到系统文件：
- 将 PWM 设备注册到系统文件中，生成对应的文件节点。
错误处理：
- 如果注册失败，释放内存并标记通道未导出。

3.3、PWM 属性组

其中 PWM 属性组结构体定义如下所示：

static struct attribute *pwm_attrs[] = {
        &dev_attr_period.attr,        // 周期属性
        &dev_attr_duty_cycle.attr,    // 占空比属性
#ifdef CONFIG_PWM_ROCKCHIP_ONESHOT
        &dev_attr_oneshot_count.attr, // 单次脉冲计数属性
#endif
        &dev_attr_enable.attr,        // 使能属性
        &dev_attr_polarity.attr,      // 极性属性
        &dev_attr_capture.attr,       // 捕获属性
        NULL                          // 属性列表结束标志
};
ATTRIBUTE_GROUPS(pwm);

PWM 属性组的作用

属性组定义了 PWM 设备在系统文件中可操作的参数，每个参数对应一个文件。用户可以通过读写这些文件控制 PWM：

周期 (**period**)：设置 PWM 波形的总周期。
占空比 (**duty_cycle**)：设置高电平持续时间。
单次脉冲计数 (**oneshot_count**)：（特定硬件支持）设置单次脉冲次数。
使能 (**enable**)：启用或禁用 PWM 输出。
极性 (**polarity**)：设置高电平或低电平有效。
捕获 (**capture**)：读取外部 PWM 信号的参数（如输入模式）。

::: export_store 是用户通过写入文件触发导出操作的入口。

pwm_export_child 负责具体注册设备到系统文件。

属性组定义了用户可操作的 PWM 参数，每个参数对应一个文件节点，方便用户直接读写控制。 :::

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05、sysyfs 操作 pwm 原理讲解 ​

一、pwmchip_add ​

二、pwmchip_sysfs_export ​

3.1、export_store ​

3.2、pwm_export_child ​

pwm_export_child 函数的作用 ​

3.3、PWM 属性组 ​

PWM 属性组的作用 ​