07、PWM 子系统框架

PWM子系统的架构分为四个清晰的层级，从上到下分别是：

1. 用户空间
   这是应用程序运行的区域，用户通过这里直接与PWM功能交互。

2. 内核空间
   这一层包含三个核心模块：

   • 设备驱动层：直接控制硬件设备，将软件指令转化为具体操作。
   • 核心层：作为中间管理者，协调不同驱动层的协作。
   • 适配器驱动层：负责连接不同硬件接口或总线，适配不同设备需求。

3. 硬件层
   最底层是实际的PWM硬件设备，如芯片或电路模块。

简单来说：用户程序通过上层调用→内核空间三层协作处理→最终驱动底层硬件工作。

一、驱动文件

最重要的文件：

• pwm-rockchip.c
• core.c
• sysfs.c

对应功能宏控：

obj-$(CONFIG_PWM)               += core.o
obj-$(CONFIG_PWM_SYSFS)         += sysfs.o
obj-$(CONFIG_PWM_ROCKCHIP)      += pwm-rockchip.o

二、结构体抽象

以下是更直白简洁的解释：

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2.1 PWM控制器（pwm_chip）

作用：
struct pwm_chip 是管理一个PWM控制器的结构体，负责将硬件PWM功能封装成通用接口，方便系统调用。

核心功能：

• 提供硬件操作函数（如初始化、开关PWM等）。
• 隐藏硬件细节，统一接口。
• 存储控制器配置信息。

关键字段：

struct pwm_chip {
    struct device *dev;       // 对应的设备
    const struct pwm_ops *ops; // 硬件操作函数集合（如enable/disable）
    int base;                 // 该控制器管理的PWM起始编号
    unsigned int npwm;        // PWM通道总数
    struct pwm_device *pwms;  // 管理的所有PWM设备列表
    // 其他字段用于设备树解析
};

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2.2 PWM通道（pwm_device）

作用：
struct pwm_device 是具体的PWM设备实例，对应一个硬件PWM通道，是用户操作PWM的接口。

核心功能：

• 存储设备名称、状态、硬件通道号等信息。
• 关联到对应的PWM控制器（pwm_chip）。
• 存储配置参数和实时状态。

关键字段：

struct pwm_device {
    const char *label;        // 设备名称（如"pwm-0"）
    unsigned int hwpwm;       // 硬件通道编号（如通道0、通道1）
    struct pwm_chip *chip;    // 对应的控制器
    struct pwm_args args;     // 用户传入的参数（周期、极性）
    struct pwm_state state;   // 当前运行状态（周期、占空比等）
};

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2.3 参数传递（pwm_args）

作用：
struct pwm_args 用于传递PWM的初始配置参数。

核心功能：

• 存储用户设置的PWM周期和极性。
• 常用于设备树配置或系统接口（如sysfs）。

关键字段：

struct pwm_args {
    u64 period;          // PWM周期（纳秒，如1000000ns=1ms）
    enum pwm_polarity polarity; // 极性：高电平有效（PWM_POLARITY_NORMAL）或低电平有效（PWM_POLARITY_INVERTED）
};

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2.4 当前状态（pwm_state）

作用：
struct pwm_state 记录PWM的实时运行状态。

核心功能：

• 存储周期、占空比、极性等关键参数。
• 标记PWM是否启用。

关键字段：

struct pwm_state {
    u64 period;          // 当前周期（纳秒）
    u64 duty_cycle;      // 占空比（纳秒，如period=1ms，duty_cycle=500000ns则占空比50%）
    enum pwm_polarity polarity; // 当前极性
    bool enabled;        // 是否启用（true=开启，false=关闭）
};

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总结关系

pwm_chip：管理整个PWM控制器（如管理多个通道）。

pwm_device：对应一个硬件通道，是用户直接操作的PWM设备。

pwm_args：用户传入的参数（如设置周期）。

pwm_state：记录当前运行的PWM参数和状态。

简单来说：
控制器（pwm_chip）管理多个通道（pwm_device），通道通过参数（pwm_args）配置，最终状态保存在（pwm_state）中。 :::

三、PWM 核心层 :core.c

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Linux内核的PWM核心模块就像中间桥梁，连接着上层应用和底层硬件控制器。它的工作方式很简单：

1. 设备管理
   PWM核心通过一个统一的结构体（pwm_device）来记录每个PWM设备的信息，比如设备名称、所属的控制器等。这样上层应用（比如驱动程序或用户程序）只需要通过这个标准化的接口，就能方便地操作所有PWM设备，不需要关心底层硬件差异。
2. 参数设置
   当需要调整PWM参数时，比如设置周期、占空比或高低电平顺序，上层只需调用pwm_config接口。这个接口会把用户设定的参数转换成底层硬件能识别的格式，然后交给对应的控制器驱动去具体执行设置。
3. 开关控制
   要开启或关闭PWM信号输出时，上层调用pwm_enable或pwm_disable函数。核心模块会直接通知底层硬件驱动，让对应的PWM通道真正开始或停止发送脉冲信号。

::: 简单来说：
硬件厂商只需把自己的PWM控制器驱动注册到核心模块，填好设备信息并实现基础操作函数。而使用PWM的其他程序或应用，只需要通过pwm_device这个统一接口，就能像操作标准化设备一样控制所有PWM硬件。 :::

四、PWM sysfs 接口

PWM核心层是Linux系统中管理脉冲宽度调制（PWM）设备的核心模块。它为应用程序提供了简单直接的文件接口，方便用户通过修改系统文件来控制PWM参数：

1. 周期设置：修改/sys/class/pwm/pwmX/period文件可调整PWM信号的周期
2. 占空比设置：通过/sys/class/pwm/pwmX/duty_cycle文件设置脉冲宽度
3. 极性控制：/sys/class/pwm/pwmX/polarity文件用于切换高低电平输出方向
4. 开关控制：写入/sys/class/pwm/pwmX/enable文件可快速开启或关闭PWM输出

这些功能通过简单的文件读写操作即可实现，无需深入调用复杂的内核函数。PWM核心层统一管理所有PWM设备，提供标准化接口，并支持电源管理等高级功能，极大简化了PWM设备的使用难度。

后续章节将详细讲解两种PWM控制方式：通过内核API函数编程操作，以及通过上述系统文件的直接操作方法。

五、PWM 适配器驱动层 :pwm-rockchip.c

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PWM适配器驱动层是连接PWM硬件和上层软件的关键桥梁，它的主要作用是：

1. 隐藏硬件细节 通过标准化接口（如pwm_chip）将不同PWM芯片的底层操作统一起来。上层软件只需调用简单函数就能控制PWM，无需关心具体芯片的寄存器或电路设计。
2. 适配不同硬件 为每种PWM芯片编写专属的驱动程序，把通用控制指令（如"设置占空比50%"）转换成对应芯片能识别的硬件操作。这样核心层就能同时支持各种品牌的PWM芯片。
3. 初始化硬件 在系统启动时自动完成PWM硬件的准备工作，包括：

• 配置时钟频率
• 设置GPIO引脚功能
• 启动电源供应
• 校准硬件参数 确保PWM模块处于待命状态随时可用

1. 管理设备状态 实时记录PWM设备的运行状态，比如：

• 当前输出频率
• 是否处于启用状态
• 最近的参数设置 这些信息会同步给上层软件，帮助系统准确控制PWM输出，避免重复配置或错误操作。

这种分层设计就像翻译官一样，让上层软件能用统一的"普通话"指令，就能驱动不同品牌的PWM硬件设备，既方便又可靠。