Linux-2.6.32.2内核在mini2440上的移植(十七)---移植PWM控制蜂鸣器

移植环境

1，主机环境：VMare下CentOS 5.5 ，1G内存。

2，集成开发环境：Elipse IDE

3，编译编译环境：arm-linux-gcc v4.4.3，arm-none-linux-gnueabi-gcc v4.5.1。

4，开发板：mini2440，2M nor flash，128M nand flash。

5，u-boot版本：u-boot-2009.08

6，linux 版本：linux-2.6.32.2

7，参考文章：

嵌入式linux应用开发完全手册，韦东山，编著。

Mini2440 之Linux 移植开发实战指南

【1】硬件原理

Mini2440 板带有一个蜂鸣器，它是由PWM 控制的，下面是它的连接原理图：

可以看出，蜂鸣器所用的GPB0 端口复用的功能为TOUT0，它其实也就是PWM 输出。这在S3C2440 手册中可以看到：

因此，我们需要在驱动程序中，首先把 GPB0 端口设置为PWM 功能输出，再设定相应的Timer 就可以控制PWM 的输出频率了。

【2】驱动程序编写

在 linux-2.6.32.2/drivers/misc目录下，增加一个驱动程序文件mini2440_pwm.c，内容如下：

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
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#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define DEVICE_NAME "pwm"//设备名
#define PWM_IOCTL_SET_FREQ 1//定义宏变量，用于后面的ioctl 中的switch case
#define PWM_IOCTL_STOP 0//定义信号量 lock

static struct semaphore lock;
/* freq: pclk/50/16/65536 ~ pclk/50/16
* if pclk = 50MHz, freq is 1Hz to 62500Hz
* human ear : 20Hz~ 20000Hz
*/

static void PWM_Set_Freq( unsigned long freq )//设置pwm 的频率，配置各个寄存器
{
unsigned long tcon;
unsigned long tcnt;
unsigned long tcfg1;
unsigned long tcfg0;
struct clk *clk_p;
unsigned long pclk;
//set GPB0 as tout0, pwm output 设置GPB0 为tout0,pwm 输出
s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB(0), S3C2410_GPB0_TOUT0);
tcon = __raw_readl(S3C2410_TCON);//读取寄存器TCON 到tcon
tcfg1 = __raw_readl(S3C2410_TCFG1);//读取寄存器TCFG1 到tcfg1
tcfg0 = __raw_readl(S3C2410_TCFG0);//读取寄存器TCFG0 到tcfg0
//prescaler = 50
// S3C2410_TCFG_PRESCALER0_MASK定时器0 和1 的预分频值的掩码，TCFG[0~8]
tcfg0 &= ~S3C2410_TCFG_PRESCALER0_MASK;
tcfg0 |= (50 - 1);// 预分频为50
//mux = 1/16
tcfg1 &= ~S3C2410_TCFG1_MUX0_MASK;//S3C2410_TCFG1_MUX0_MASK 定时器0 分割值的掩码TCFG1[0~3]
tcfg1 |= S3C2410_TCFG1_MUX0_DIV16;//定时器0 进行16 分割
__raw_writel(tcfg1, S3C2410_TCFG1);//把tcfg1 的值写到分割寄存器S3C2410_TCFG1 中
__raw_writel(tcfg0, S3C2410_TCFG0);//把tcfg0 的值写到预分频寄存器S3C2410_TCFG0 中
clk_p = clk_get(NULL, "pclk");//得到pclk
pclk = clk_get_rate(clk_p);
tcnt = (pclk/50/16)/freq;//得到定时器的输入时钟，进而设置PWM 的调制频率
__raw_writel(tcnt, S3C2410_TCNTB(0));//PWM 脉宽调制的频率等于定时器的输入时钟
__raw_writel(tcnt/2, S3C2410_TCMPB(0));//占空比是50%
tcon &= ~0x1f;
tcon |= 0xb; //disable deadzone, auto-reload, inv-off, update TCNTB0&TCMPB0, start timer 0
__raw_writel(tcon, S3C2410_TCON);//把tcon 写到计数器控制寄存器S3C2410_TCON 中
tcon &= ~2; //clear manual update bit
__raw_writel(tcon, S3C2410_TCON);
}
static void PWM_Stop(void)
{
s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB(0), S3C2410_GPIO_OUTPUT);//设置GPB0 为输出
s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB(0), 0);//设置GPB0 为低电平，使蜂鸣器停止
}
static int s3c24xx_pwm_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
if (!down_trylock(&lock))//是否获得信号量，是down_trylock(&lock）=0，否则非0
return 0;
else
return -EBUSY;//返回错误信息：请求的资源不可用
}
static int s3c24xx_pwm_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
PWM_Stop();
up(&lock);//释放信号量lock
return 0;
}
/*cmd 是1，表示设置频率；cmd 是2 ，表示停止pwm*/
static int s3c24xx_pwm_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
switch (cmd)
{
case PWM_IOCTL_SET_FREQ://if cmd=1 即进入case PWM_IOCTL_SET_FREQ
if (arg == 0)//如果设置的频率参数是0
return -EINVAL;//返回错误信息，表示向参数传递了无效的参数
PWM_Set_Freq(arg);//否则设置频率
break;
case PWM_IOCTL_STOP:// if cmd=2 即进入case PWM_IOCTL_STOP
PWM_Stop();//停止蜂鸣器
break;
}
return 0;//成功返回
}
/*初始化设备的文件操作的结构体*/
static struct file_operations dev_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = s3c24xx_pwm_open,
.release = s3c24xx_pwm_close,
.ioctl = s3c24xx_pwm_ioctl,
};
static struct miscdevice misc = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
.name = DEVICE_NAME,
.fops = &dev_fops,
};
static int __init dev_init(void)
{
int ret;
init_MUTEX(&lock);//初始化一个互斥锁
ret = misc_register(&misc);//注册一个misc 设备
if(ret < 0)
{
printk(DEVICE_NAME "register falid!n");
return ret;
}
printk (DEVICE_NAME "tinitialized!n");
return 0;
}
static void __exit dev_exit(void)
{
misc_deregister(&misc);//注销设备
}
module_init(dev_init);
module_exit(dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("FriendlyARM Inc.");
MODULE_DESCRIPTION("S3C2410/S3C2440 PWM Driver");

以上驱动程序中，一些关键词的解释和说明如下：
(1) CPU 计数器控制寄存器
1>配置定时器输入时钟
TCFG0-时钟配置寄存器0，用于获得预分频值（1~255）
TCFG1-时钟配置寄存器1，用于获得分割值（2，4，8，16，32）
定时器输入时钟频率=PLCK/{预分频+1}/{分割值}
2>配置PWM 的占空比
TCNTB0-定时器0 计数缓存寄存器，是由定时器的输入时钟分频得到,是脉宽调制的频率。
TCMTB0-定时器0 比较缓存寄存器，用于设定PWM 的占空比，寄存器值为高定平的
假设TCNTB0 的频率是160，如果TCMTB0 是110，则PWM 在110 个周期是高定平，50 周期是低电平，从而占空比为11：5。
3>定时器控制寄存器TCON
TCON[0~4]用于控制定时器0

(2) 读写寄存器的函数：__raw_readl和__raw_writel
读端口寄存器用__raw_readl(a )，该函数从端口a 返回一个32 位的值。相关的定义在include/asm-arm/io.h 中。#define __raw_readl(a) (*(volatile unsigned int*)(a))，写端口寄存器用__raw_writel(v,a)，该函数将一个32 位的值写入端口a 中。相关的定义在include/asm-arm/io.h中。#define __raw_writel(v,a) (*(volatile unsigned int*)(a) = (v))。此处设置功能控制寄存器，将相应的引脚设为输出状态。
(3 )内核中操作gpio
gpio_cfgpin配置相应GPIO 口的功能
gpio_setpinIO 口为输出功能时，写引脚
(4) 内核中基于信号量的Llinux 的并发控制
在驱动程序中，当多个线程同时访问相同的资源时，可能会引发“竞态”，因此必须对共享资源进行并发控制。信号量（绝大多数作为互斥锁使用）是一种进行并发控制的手段（还有自旋锁，它适合于保持时间非常短的时间）。信号量只能在进程的上下文中使用。
void init_MUTEX(&lock)初始化一个互斥锁，即他把信号量lock 设置为1。
void up (&lock) 释放信号量，唤醒等待者。
int down_trylock(&lock)尝试获得信号量lock ，如果能够立刻获得，就获得信号量，并返回为0.否则返回非0.并且它不会导致休眠，可以在中断上下文中使用。在PWM 中，当计数值溢出时，就会引发计数中断。所以在这里用这个函数来获得信号。

【3】为内核添加按键设备的内核配置选项

打开 linux-2.6.32.2/drivers/misc/Kconfig 文件，定位到39行附近，加入如下红色部分内容：

config MINI2440_BUZZER
tristate "Buzzer driver for FriendlyARM Mini2440 development boards"
depends on MACH_MINI2440
default y if MACH_MINI2440
help
this is buzzer driver for FriendlyARM Mini2440 development boards

config ATMEL_PWM
tristate "Atmel AT32/AT91 PWM support"
depends on AVR32 || ARCH_AT91SAM9263 || ARCH_AT91SAM9RL || ARCH_AT91CAP9
help
This option enables device driver support for the PWM channels
on certain Atmel processors. Pulse Width Modulation is used for
purposes including software controlled power-efficient backlights
on LCD displays, motor control, and waveform generation.

【4】把对应的驱动目标文件加入内核

打开linux-2.6.32.2/drivers/misc/Makefile，定位到27行附近，把该驱动程序的目标文件根据配置定义加入，如下红色部分：

obj-$(CONFIG_C2PORT)+= c2port/
obj-$(CONFIG_MINI2440_BUTTONS) += mini2440_buttons.o
obj-$(CONFIG_LEDS_MINI2440) += mini2440_leds.o
obj-$(CONFIG_MINI2440_ADC) += mini2440_adc.o
obj-$(CONFIG_MINI2440_BUZZER) += mini2440_pwm.o
obj-y+= eeprom/
obj-y+= cb710/

这样