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

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移植环境(红色粗字体字为修改后内容，蓝色粗体字为特别注意内容)

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
#include
#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_setpin IO 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，我们就在内核中加入了PWM 控制蜂鸣器的驱动程序。

【5】确认内核配置

接上面的步骤，在内核源代码目录下执行：make menuconfig 重新配置内核，依次选择进入如下子菜单项：

Device Drivers --->
    [*] Misc devices  ---> 

        <*>   Buzzer driver for FriendlyARM Mini2440 development boards //选项默认是选中的，若没有选中，则按空格键选中它。

退出并保存内核配置。

然后退出保存所选配置， 在命令行执行： make uImage ， 将会生成arch/arm/boot/uImage，然后将其复制到/nfsboot目录下后启动开发板。可以在看到串口终端中启动信息：

... ...

brd: module loaded
buttons initialized!
leds    initialized!
adc     initialized!
pwm     initialized!
S3C24XX NAND Driver, (c) 2004 Simtec Electronics

... ...

说明leds设备加载成功。

【6】测试PWM 控制蜂鸣器

为了测试该驱动程序，我们还需要编写一个简单的测试程序，在友善官方提供的光盘中已经提供了该测试程序的源代码，它位于\linux 示例代码\examples\pwm目录中，文件名为：pwm_test.c。将其复制到主机/root/linux-test/codetest目录下，下面是其中的代码：

#include
#include  //POSIX 终端控制定义
#include  //Unix 标准函数定义
#include

#define PWM_IOCTL_SET_FREQ  1
#define PWM_IOCTL_STOP   0

#define ESC_KEY  0x1b //定义ESC_KEY 为ESC 按键的键值

static int getch(void) //定义函数在终端上获得输入，并把输入的量（int）返回
{
 struct termios oldt,newt; //终端结构体struct termios
 int ch;

 if (!isatty(STDIN_FILENO)) { //判断串口是否与标准输入相连
  fprintf(stderr, "this problem should be run at a terminal\n");
  exit(1);
 }
 // save terminal setting
 if(tcgetattr(STDIN_FILENO, &oldt) < 0) { //获取终端的设置参数
  perror("save the terminal setting");
  exit(1);
 }

 // set terminal as need
 newt = oldt;
 newt.c_lflag &= ~( ICANON | ECHO ); //控制终端编辑功能参数ICANON 表示使用标准输入模式；参数ECH0 表示显示输入字符
 if(tcsetattr(STDIN_FILENO,TCSANOW, &newt) < 0) { //保存新的终端参数
  perror("set terminal");
  exit(1);
 }

 ch = getchar();

 // restore termial setting
 if(tcsetattr(STDIN_FILENO,TCSANOW,&oldt) < 0) { //恢复保存旧的终端参数
  perror("restore the termial setting");
  exit(1);
 }
 return ch;
}

static int fd = -1;
static void close_buzzer(void);
static void open_buzzer(void) //打开蜂鸣器
{
 fd = open("/dev/pwm", 0); //打开pwm 设备驱动文件
 if (fd < 0) {
  perror("open pwm_buzzer device"); //打开错误，则终止进程。退出参数为1
  exit(1);
 }

 // any function exit call will stop the buzzer
 atexit(close_buzzer); //退出回调close_buzzer
}

static void close_buzzer(void) //关闭蜂鸣器
{
 if (fd >= 0) {
  ioctl(fd, PWM_IOCTL_STOP); //停止蜂鸣器
  close(fd); //关闭设备驱动文件
  fd = -1;
 }
}

static void set_buzzer_freq(int freq)
{
 // this IOCTL command is the key to set frequency
 int ret = ioctl(fd, PWM_IOCTL_SET_FREQ, freq); //设置频率
 if(ret < 0) { //如果输入的频率错误
  perror("set the frequency of the buzzer");
  exit(1); //退出，返回1
 }
}
static void stop_buzzer(void) //关闭蜂鸣器
{
 int ret = ioctl(fd, PWM_IOCTL_STOP);
 if(ret < 0) {
  perror("stop the buzzer");
  exit(1);
 }
}

int main(int argc, char **argv)
{
 int freq = 1000 ;
 
 open_buzzer(); //打开蜂鸣器

 printf( "\nBUZZER TEST ( PWM Control )\n" );
 printf( "Press +/- to increase/reduce the frequency of the BUZZER\n" ) ;
 printf( "Press 'ESC' key to Exit this program\n\n" );
 
 
 while( 1 )
 {
  int key;

  set_buzzer_freq(freq); //设置蜂鸣器频率
  printf( "\tFreq = %d\n", freq );

  key = getch();

  switch(key) {
  case '+':
   if( freq < 20000 )
    freq += 10;
   break;

  case '-':
   if( freq > 11 )
    freq -= 10 ;
   break;

  case ESC_KEY:
  case EOF:
   stop_buzzer();
   exit(0);

  default:
   break;
  }
 }
}
在终端中进入到codetest目录，然后执行：
[root@localhost codetest]# ls
adc_test     backlight_test    buttons_test.c  led.c       tstest.c
adc_test.c   backlight_test.c  i2c             pwm_test.c
adc_test.c~  buttons_test      led             tstest
[root@localhost codetest]# arm-linux-gcc -o pwm_test pwm_test.c
[root@localhost codetest]# cp pwm_test /nfsboot/nfs
[root@localhost codetest]# 
将生成的可执行目标文件pwm_test复制到与开发板共享的nfsboot/nfs中，在开发板的命令行终端执行：

[root@mini2440 nfs]#cd /
[root@mini2440 /]#ls -l /dev/pwm
crw-rw----    1 root     root      10,  60 Jan  1 00:00 /dev/pwm
[root@mini2440 /]#
[root@mini2440 /]#cd /mnt/nfs
[root@mini2440 nfs]#ls
adc_test        buttons_test    pwm_test        yesterday.mp3
backlight_test  i2c             test1.wav
bigworld.wav    led 
[root@mini2440 /]#cd /mnt/nfs
[root@mini2440 nfs]#./pwm_test

BUZZER TEST ( PWM Control )
Press +/- to increase/reduce the frequency of the BUZZER
Press 'ESC' key to Exit this program

        Freq = 1000
        Freq = 1010
        Freq = 1020
        Freq = 1030
        Freq = 1040
        Freq = 1050
        Freq = 1060
        Freq = 1050
        Freq = 1040
        Freq = 1030
        Freq = 1020
        Freq = 1010
        Freq = 1000

[@mini2440 nfs]#

当按动“+”/“-”键时，蜂鸣器的声音会随之改变。

接下来，将进行将UART2更成普通串口驱动移植。