基于 Linux 的驱动程序设计(PWM驱动开发)【100012228】

# 基于 Linux 的驱动程序设计————PWM 驱动开发 ## 一.设计任务 ### （一）任务简介 #### 1.PWM 驱动编写 通过编写 PWM 驱动代码，实现 PWM 信号的输出，并根据 PWM 信号控制直流电机的开关以及转速 #### 2.PWM 驱动测试代码编写#### 测试使用三种方式： (1). 使用按键控制直流电机转速，并将转速等级在数码管上显示 (2). 使用 QT 控制直流电机转速 (3). 使用 Web 控制直流电机转速 ## 二.设计原理 ### （一）简介 本项目使用基于 FS-WSN4412 的脉冲宽度调制（PWM）控制直流电机的开关以及转速。 ### （二）PWM 详解 #### 1.pwm 简介 PWM 是脉冲宽度调制即 Pulse Width Modulation 的缩写。PWM 通过对一系列的宽度 进行调制，等效出所需要的波形的形状与幅值，对模拟信号电平进行数字编码，换言之， 通过调节占空比的变化，从而实现调节信号、能量等的变化。 #### 2.PWM 信号输出方式 (1). 在有集成的 PWM 控制器的 I/O 口，通过对应的寄存器，使用芯片内部模块输出 PWM 信号，这样的 PWM 输出在程序设计简便且数据精确。 (2). 通过给 I/O 加一个与所需 PWM 信号频率一致的定时器，使用定时器中断来计数来 输出反转电平的信号，即利用 I/O 口设置参数输出 PWM 信号。该方法用于没有 IC 内部没 有 PWM 模块或者精度、频率要求不高的项目。 在本项目中使用的是第一种方法。 #### 3.PWM 信号应用 PWM 信号把模拟信号转化为数字电路所需要的编码，现在基本是采用数字电路，因此在很多场合都采用 PWM 信号。 我们经常见到的就是交流调光电路，也可以说是无级调速，高电平占多一点，也就是占空比大一点亮度就亮一点，占空比小一点亮度就没有那么亮，前提是 PWM 的频率要大于我们人眼识别频率，要不然会出现闪烁现象。 除了在调光电路应用，还有在直流斩波电路、蜂鸣器驱动、电机驱动、逆变电路、加湿机雾化量等都会有应用。 即任何模拟值都可以使用 PWM 进行编码。 ### （三）FS-WSN4412 #### 1.FS-WSN4412 简介 华清远见 ARM Cortex-A FS-WSN4412 开发平台是由华清远见研发中心研发定制的 ARMCortex-A9 开发平台。FS-WSN4412 采用三星 ARM Exynos 4412 四核处理器，运行主频可高达 1.6GHz，其处理速度和节能能力比起双核大幅提高。其亦提供了丰富的板载资源以及扩展接口，搭配华清远见研发中心自主研发得 FS-JTAG ARM 仿真器，是非常完善的开发平台。本项目基于该开发平台编写 PWM 驱动以实现直流电机的开关 与调速。 #### 2.ARM 体系结构和接口技术 ``` FS-WSN4412开发平台配合华清远见研发中心开发的FS-JTAG Cortex-A8/A9仿真器，可以实现接近ARM官方仿真器的功能。FS-JTAG支持全系列Windows平台，而且仿真器使用全套开源软件发开环境，IDE为使用相当广泛Eclipse，开发者可以轻易上手；编译器则使用GNU GCC，代码可以和Linux的代码实现无缝斜街，使开发者的学习难度大大降低，学习关联性紧密连接。 在本项目中，借鉴到了ARM体系结构中的定时器(PWM)实验，该实验让我们对相关知识原理深入理解，对整个体系更加清晰，对知识更加深入。 ``` ### （四）直流电机 直流电机（direct current machine）指能将直流电能转换成机械能，在本项目中， 通过使用 PWM 信号调节均值电压的大小控制直流电机的转速以及开关。 ## 三.设计方案以及实现 ### （一）方案简介 开启 PWM，控制 PWM 输出信号以调节直流电机转速。 ### （二）PWM 的开启 #### 1.FS-WSN4412 电路图  如图，PWM 外接直流电机，可知： (1). 该电机为直流电机，如果想调整电机转速，需要正负极有电流通过，我们通过生 成方波，实现图中三极管基极到发射极周期性导通和关闭使得直流电机的均值电压 产生变化，从而实现电能的变化，以调整直流电机转速 。 (2). 三极管的基极连接的是 SOC 的 GPD0_0 引脚。 #### 2.MOTOR_PWM  如图，MOTOR_PWM 所用引脚的说明图，可知 MOTOR_PWM 联机的是 XpwmTOUT0，并和 LCD 一起复用引脚 GPD0_0。 #### 3.GPD0_0  如图，GPD0_0 使用说明图，可知： (1). GPD0_0 配置由地址为基础地址(0x1140_0000)加上 0x00A0 的 GPD0CON[3:0] 寄存器控制。 ```c # define EXYNOS4412_GPD0CON 0x114000A0 ``` (2). 需要作为 PWM 输出，GPD0CON[3:0]要设置为 TOUT_0 即 0x2，而关闭则设置 Reserved 即 0x4 到 0xE。同时也可以看到，该引脚还可以设置为外部中断信号[EXT_INT6]功能即 0xF。 ```c //装载GDP0CON,并将GPD0CON置为0x2，即开启 writel((readl(pwm_dev->gpd0con) & ~0xf) | 0x2,pwm_dev->gpd0con); //装载GDP0CON,并将GPD0CON置为0x4，即关闭 writel((readl(pwm_dev->gpd0con) & ~0xf) | 0x4,pwm_dev->gpd0con); ``` ### （三）PWM 的控制 #### 1.PWM 内部模块图  #### 2.模块概述 (1). FS-WSN4412 有多个 32 位 PWM 定时器，这些定时器产生中断给 ARM 子系统。而定时器使用 ABP-PCIK 作为源时钟。定时器 0 和 1 共享可编辑 8 位预分频器作为 PCLK 提供第一季分频。定时器 2、3、4 共享另外一个 8 位预分频器。每个计数器都有专用的时钟分频器，提供第二级时钟分频（预分频器除以 2、4、8 或 16）。 (2).每个定时器都有它的 32 位递减计数器，定时器时钟驱动这个计数器。定时器计数缓冲寄存器（TCNTBn）加载递减计数器的初始值。如果递减计数器达到零，它将生成计时器中断请求，通知 CPU 定时器操作完成。如果定时器下降计数器达到零，相应 TCNTBn 的值自动重新加载到下一个循环开始。但是，如果定时器停止，例如，在定时器运行模式下，通过清除 TCONn 的定时器使能位，TCNTBn 的值将不会重新加载到计数器中。 (3).PWM 功能使用 TCMPBn 寄存器的值。定时器控制逻辑改变输出电平下计数器值与定时器控制逻辑中比较寄存器的值相匹配。因此，比较寄存器决定 PWM 输出的开启时间或关闭时间。 (4).每个定时器都是双缓冲结构，带有 TCNTBn 和 TCMPBn 寄存器，允许定时器参数在周期中更新。新值在当前计时器周期完成之前不会生效。 #### 3.工作步骤 (1). 当时钟 PCLK 被使能后，定时器计数缓冲寄存器（TCNTBn）把计数器初始值下载到递减计数器中。 (2). 定时器比较缓冲寄存器（TCMPBn）把其初始值下载到比较寄存器中，并将该值与递减计数器的值进行比较。当递减计数器和比较寄存器值相同时，输出电平翻转。 (3). 递减计数器减至 0 后，输出电平再次翻转，完成一个输出周期。这种基于 TCNTBn 和 TCMPBn 的双缓冲特性使定时器在频率和占空比变化时能产生稳定的输出。 (4). 每个定时器都有一个专用的由定时器时钟驱动的 16 位递减计数器。当递减计数器的计数值达到 0 时，就会产生定时器中断请求来通知 ＣＰＵ 定时器操作完成。当定时器递减计数器达到 ０ 的时候，如果设置了 Auto-Reload 功能，相应的 TCNTBn 的值会自动重载到递减计数器中以继续下次操作。 (5). 然而，如果定时器停止了，比如在定时器运行时清除 TCON