OpenHarmony：如何使用HDF平台驱动控制PWM

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一、程序介绍

本程序是基于OpenHarmony标准系统编写的平台驱动案例：PWM

目前已在凌蒙派-RK3568开发板跑通。详细资料请参考官网：https://gitee.com/Lockzhiner-Electronics/lockzhiner-rk3568-openharmony/tree/master/samples/b05_platform_device_pwm

详细资料请参考官网：

• PWM平台驱动开发
• PWM应用程序开发

二、基础知识

1、PWM概述

PWM（Pulse Width Modulation）即脉冲宽度调制，是一种对模拟信号电平进行数字编码并将其转换为脉冲的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。通常情况下，在使用马达控制、背光亮度调节时会用到PWM模块。

在HDF框架中，PWM接口适配模式采用独立服务模式（如图1所示）。在这种模式下，每一个设备对象会独立发布一个设备服务来处理外部访问，设备管理器收到API的访问请求之后，通过提取该请求的参数，达到调用实际设备对象的相应内部方法的目的。独立服务模式可以直接借助HDF设备管理器的服务管理能力，但需要为每个设备单独配置设备节点，增加内存占用。

独立服务模式下，核心层不会统一发布一个服务供上层使用，因此这种模式下驱动要为每个控制器发布一个服务，具体表现为：

• 驱动适配者需要实现HdfDriverEntry的Bind钩子函数以绑定服务。
• device_info.hcs文件中deviceNode的policy字段为1或2，不能为0。

PWM模块各分层作用：

• 接口层提供打开PWM设备、设置PWM设备周期、设置PWM设备占空时间、设置PWM设备极性、设置PWM设备参数、获取PWM设备参数、使能PWM设备、禁止PWM设备、关闭PWM设备的接口。
• 核心层主要提供PWM控制器的添加、移除以及管理的能力，通过钩子函数与适配层交互。
• 适配层主要是将钩子函数的功能实例化，实现具体的功能。

PWM独立服务模式结构图，如下图所示：

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2、PWM驱动开发

（1）PWM驱动开发接口

为了保证上层在调用PWM接口时能够正确的操作PWM控制器，核心层在//drivers/hdf_core/framework/support/platform/include/pwm/pwm_core.h中定义了以下钩子函数，驱动适配者需要在适配层实现这些函数的具体功能，并与钩子函数挂接，从而完成适配层与核心层的交互。

PwmMethod定义：

struct PwmMethod {
    int32_t (*setConfig)(struct PwmDev *pwm, struct PwmConfig *config);
    int32_t (*open)(struct PwmDev *pwm);
    int32_t (*close)(struct PwmDev *pwm);
};

PwmMethod结构体成员的钩子函数功能说明：

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（2）PWM驱动开发步骤

PWM模块适配包含以下四个步骤：

• 驱动实例化驱动入口。
• 配置属性文件。
• 实例化PWM控制器对象。
• 驱动调试。

我们以///drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/platform/pwm/pwm_adapter.c为例（该PWM驱动是建立于Linux PWM子系统基础上创建）。

驱动实例化驱动入口

驱动入口必须为HdfDriverEntry（在hdf_device_desc.h中定义）类型的全局变量，且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。HDF框架会将所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象首地址汇总，形成一个类似数组的段地址空间，方便上层调用。 一般在加载驱动时HDF会先调用Bind函数，再调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时，HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。

PWM驱动入口开发参考：

struct HdfDriverEntry g_hdfPwm = {
    .moduleVersion = 1,
    .moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM",
    .Bind = HdfPwmBind,
    .Init = HdfPwmInit,
    .Release = HdfPwmRelease,
};

HDF_INIT(g_hdfPwm);

配置属性文件

完成驱动入口注册之后，需要在device_info.hcs文件中添加deviceNode信息，deviceNode信息与驱动入口注册相关。本例以两个PWM控制器为例，如有多个器件信息，则需要在device_info.hcs文件增加对应的deviceNode信息。器件属性值与核心层PwmDev成员的默认值或限制范围有密切关系，比如PWM设备号，需要在pwm_config.hcs文件中增加对应的器件属性。

本次案例以rk3568为案例（即文件//vendor/lockzhiner/rk3568/hdf_config/khdf/device_info/device_info.hcs），添加deviceNode描述，具体修改如下：

device_pwm :: device {
   device0 :: deviceNode {		// 为每一个PWM控制器配置一个HDF设备节点
        policy = 2;				// 标识向内核和用户态发布服务
        priority = 80;			// 驱动启动优先级	
        permission = 0644;		// 驱动创建设备节点权限
        moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";		 	// 【必要】用于指定驱动名称，需要与期望的驱动Entry中的moduleName一致
        serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_0";			// 【必要且唯一】驱动对外发布服务的名称
        deviceMatchAttr = "linux_pwm_adapter_0";	// 【必要】用于配置控制器私有数据，要与pwm_config.hcs中对应控制器保持一致，具体的控制器信息在pwm_config.hcs中
   }
   device1 :: deviceNode {
        policy = 2;
        priority = 80;
        permission = 0644;
        moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";
        serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_1";
        deviceMatchAttr = "linux_pwm_adapter_1";
   }
   device2 :: deviceNode {
        policy = 2;
        priority = 80;
        permission = 0644;
        moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";
        serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_2";
        deviceMatchAttr = "linux_pwm_adapter_2";
   }
   device3 :: deviceNode {
        policy = 2;
        priority = 80;
        permission = 0644;
        moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";
        serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_3";
        deviceMatchAttr = "linux_pwm_adapter_3";
   }
   device4 :: deviceNode {
        policy = 2;
        priority = 80;
        permission = 0644;
        moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";
        serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_4";
        deviceMatchAttr = "linux_pwm_adapter_4";
   }
}

pwm_config.hcs 配置参考//vendor/lockzhiner/rk3568/hdf_config/khdf/platform/pwm_config.hcs，具体修改如下：

root {
    platform {
        pwm_config {
            template pwm_device {	// 【必要】配置模板，如果下面节点使用时继承该模板，则节点中未声明的字段会使用该模板中的默认值
                serviceName = "";	// 对外服务名称，必须是唯一
                match_attr = "";	// 【必要】需要和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致
                num = 0;			// 【必要】设备号
            }

            device_pwm_0x00000000 :: pwm_device {		// 存在多个设备时，请逐一添加相关HDF节点和设备节点信息。
                num = 0;
                match_attr = "linux_pwm_adapter_0";		// 【必要】需要和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致
            }

            device_pwm_0x00000001 :: pwm_device {
                num = 1;
                match_attr = "linux_pwm_adapter_1";
            }

            device_pwm_0x00000002 :: pwm_device {
                num = 2;
                match_attr = "linux_pwm_adapter_2";
            }

            device_pwm_0x00000003 :: pwm_device {
                num = 3;
                match_attr = "linux_pwm_adapter_3";
            }

            device_pwm_0x00000004 :: pwm_device {
                num = 4;
                match_attr = "linux_pwm_adapter_4";
            }
        }
    }
}

实例化PWM控制器对象

完成驱动入口注册之后，下一步就是以核心层PwmDev对象的初始化为核心，包括驱动适配者自定义结构体（传递参数和数据），实例化PwmDev成员PwmMethod（让用户可以通过接口来调用驱动底层函数），实现HdfDriverEntry成员函数（Bind、Init、Release）。

static int32_t HdfPwmOpen(struct PwmDev *pwm);
static int32_t HdfPwmClose(struct PwmDev *pwm);
static int32_t HdfPwmSetConfig(struct PwmDev *pwm, struct PwmConfig *config);

// 定义PwmDev成员PwmMethod，实现相应接口
struct PwmMethod g_pwmOps = {
    .setConfig = HdfPwmSetConfig,
    .open = HdfPwmOpen,
    .close = HdfPwmClose,
};

static int32_t HdfPwmBind(struct HdfDeviceObject *obj);
static int32_t HdfPwmInit(struct HdfDeviceObject *obj)
{
    ......
    pwm->cfg.number = 0;
    pwm->num = num;
    pwm->method = &g_pwmOps;		// 将PwmMethod绑定到pwm->method
    pwm->busy = false;
    ret = PwmDeviceAdd(obj, pwm);	// 添加Pwm设备到PWM列表中
    if (ret != HDF_SUCCESS) {
        HDF_LOGE("%s: error probe, ret is %d", __func__, ret);
        OsalMemFree(pwm);
    }
    ......
}
static void HdfPwmRelease(struct HdfDeviceObject *obj);

驱动调试

建议先在Linux下修改确认，再移植到OpenHarmony。

3、PWM应用开发

通常情况下，在使用马达控制、背光亮度调节时会用到PWM模块。

（1）接口说明

PWM模块提供的主要接口如下表所示，具体API详见//drivers/hdf_core/framework/include/platform/pwm_if.h。

PwmConfig结构体介绍如下所示：

PWM驱动API接口功能介绍如下所示：

PwmOpen

在操作PWM设备时，首先要调用PwmOpen获取PWM设备句柄，该函数会返回指定设备号的PWM设备句柄。

DevHandle PwmOpen(uint32_t num);

PwmOpen参数定义如下：

PwmOpen返回值定义如下：

假设系统中的PWM设备号为0，获取该PWM设备句柄的示例如下：

uint32_t num = 0;         // PWM设备号
DevHandle handle = NULL;

handle = PwmOpen(num);    // 打开PWM 0设备并获取PWM设备句柄
if (handle  == NULL) {
    HDF_LOGE("PwmOpen: open pwm_%u failed.\n", num);
    return;
}

PwmClose

关闭PWM设备，系统释放对应的资源。

void PwmClose(DevHandle handle);

PwmClose参数定义如下：

PwmClose返回值定义如下：

PwmEnable

使能PWM设备。

int32_t PwmEnable(DevHandle handle);

PwmEnable参数定义如下：

PwmEnable返回值定义如下：

PwmDisable

禁用PWM设备。

int32_t PwmDisable(DevHandle handle);

PwmDisable参数定义如下：

PwmDisable返回值定义如下：

PwmSetPeriod

设置PWM设备周期

int32_t PwmSetPeriod(DevHandle handle, uint32_t period);

PwmSetPeriod参数定义如下：

PwmSetPeriod返回值定义如下：

PwmSetDuty

设置PWM设备占空时间。

int32_t PwmSetDuty(DevHandle handle, uint32_t duty);

PwmSetDuty参数定义如下：

PwmSetDuty返回值定义如下：

PwmSetPolarity

设置PWM设备极性。

int32_t PwmSetPolarity(DevHandle handle, uint8_t polarity);

PwmSetDuty参数定义如下：

PwmSetDuty返回值定义如下：

PwmSetConfig

设置PWM设备参数。

int32_t PwmSetConfig(DevHandle handle, struct PwmConfig *config);

PwmSetConfig参数定义如下：

PwmSetConfig返回值定义如下：

PwmGetConfig

获取PWM设备参数。

int32_t PwmGetConfig(DevHandle handle, struct PwmConfig *config);

PwmGetConfig参数定义如下：

PwmGetConfig返回值定义如下：

（2）开发流程

使用PWM的一般流程如下图所示：

三、程序解析

1、准备工作

查看《凌蒙派-RK3568开发板_排针说明表_》（即Git仓库的//docs/board/凌蒙派-RK3568开发板_排针说明表_v1.0.xlsx），选中PWM7_IR（即GPIO0_C6）。

2、Linux内核解析

（1）创建Linux内核Git

请参考《OpenHarmony如何为内核打patch》（即Git仓库的//docs/OpenHarmony如何为内核打patch.docx）。

（2）修改设备树PWM7配置

修改//arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3568-lockzhiner.dtsi（即该目录是指已打Patch后的Linux内核，不是OpenHarmony主目录），具体如下所示：

&pwm7 {
	status = "okay";
};

（3）创建内核patch

请参考《OpenHarmony如何为内核打patch》（即Git仓库的//docs/OpenHarmony如何为内核打patch.docx）。

（4）替换OpenHarmony的内核patch

将制作出的kernel.patch替换到//kernel/linux/patches/linux-5.10/rk3568_patch/kernel.patch即可。

3、OpenHarmony配置树配置

该部分不用特殊配置，本开发案例已经编写好。

（1）device_info.hcs

//vendor/lockzhiner/rk3568/hdf_config/khdf/device_info/device_info.hcs已定义好，具体如下：

device_pwm :: device {
   device0 :: deviceNode {
        policy = 2;
        priority = 80;
        permission = 0644;
        moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";
        serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_0";
        deviceMatchAttr = "linux_pwm_adapter_0";
   }
   device1 :: deviceNode {
        policy = 2;
        priority = 80;
        permission = 0644;
        moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";
        serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_1";
        deviceMatchAttr = "linux_pwm_adapter_1";
   }
   device2 :: deviceNode {
        policy = 2;
        priority = 80;
        permission = 0644;
        moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";
        serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_2";
        deviceMatchAttr = "linux_pwm_adapter_2";
   }
   device3 :: deviceNode {
        policy = 2;
        priority = 80;
        permission = 0644;
        moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";
        serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_3";
        deviceMatchAttr = "linux_pwm_adapter_3";
   }
   device4 :: deviceNode {
        policy = 2;
        priority = 80;
        permission = 0644;
        moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM";
        serviceName = "HDF_PLATFORM_PWM_4";
        deviceMatchAttr = "linux_pwm_adapter_4";
   }
}

注意：policy必须为2，表示对内核态和用户态提供服务。否则，应用程序无法调用。

（2）pwm_config.hcs

//vendor/lockzhiner/rk3568/hdf_config/khdf/platform/pwm_config.hcs，具体内容如下：

root {
    platform {
        pwm_config {
            template pwm_device {
                serviceName = "";
                match_attr = "";
                num = 0;
            }

            device_pwm_0x00000000 :: pwm_device {
                num = 0;
                match_attr = "linux_pwm_adapter_0";
            }

            device_pwm_0x00000001 :: pwm_device {
                num = 1;
                match_attr = "linux_pwm_adapter_1";
            }

            device_pwm_0x00000002 :: pwm_device {
                num = 2;
                match_attr = "linux_pwm_adapter_2";
            }

            device_pwm_0x00000003 :: pwm_device {
                num = 3;
                match_attr = "linux_pwm_adapter_3";
            }

            device_pwm_0x00000004 :: pwm_device {
                num = 4;
                match_attr = "linux_pwm_adapter_4";
            }
        }
    }
}

注意：上述的num为PwmOpen(uint32_t num)，它是Linux PWM的排序序号（即PWM7的num是排列序号3，从0开始排序），不是特指PWM实际编号（即PWM7）。

4、OpenHarmony PWM平台驱动

在//drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/platform/pwm/pwm_adapter.c已编写对接Linux PWM驱动的相关代码，具体内容如下：

struct HdfDriverEntry g_hdfPwm = {
    .moduleVersion = 1,
    .moduleName = "HDF_PLATFORM_PWM",
    .Bind = HdfPwmBind,
    .Init = HdfPwmInit,
    .Release = HdfPwmRelease,
};

HDF_INIT(g_hdfPwm);

5、应用程序

（1）pwm_test.c

PWM相关头文件如下所示：

#include "pwm_if.h"                 // PWM标准接口头文件

主函数定义PWM接口调用，具体如下：

int main(int argc, char* argv[])
{
    DevHandle handle = NULL;
    int32_t ret;
	......
    // 打开pwm设备
    handle = PwmOpen(m_pwm_device_id);
    if (handle == NULL) {
        PRINT_ERROR("PwmOpen failed\n");
        return -1;
    }

    // 配置pwm设备
    ret = PwmSetCfg_Ext1(handle, m_pwm_period, m_pwm_duty, m_pwm_polarity, m_pwm_status, m_pwm_wave_number);
    // ret = PwmSetCfg_Ext2(handle, m_pwm_period, m_pwm_duty, m_pwm_polarity, m_pwm_status, m_pwm_wave_number);
    if (ret != 0) {
        PRINT_ERROR("PwmSetCfg_Ext failed and ret = %d\n", ret);
        // 关闭pwm设备
        PwmClose(handle);
        return -1;
    }

    printf("Pwm enable successful and pwm device id(%d), period(%d), duty(%d), polarity(%d), status(%d), number(%d)\n",
            m_pwm_device_id, m_pwm_period, m_pwm_duty, m_pwm_polarity, m_pwm_status, m_pwm_wave_number);

    // 关闭pwm设备
    PwmClose(handle);

    return 0;
}

其中，PwmSetCfg_Ext1函数定义如何配置PWM相关参数，具体如下所示：

/***************************************************************
* 函数名称: PwmSetCfg_Ext1
* 说    明: 设置PWM相关属性，使用PwmSetConfig等接口
* 参    数: 
*       @handle:        PWM设备句柄
*       @period:        PWM设备周期
*       @duty:          PWM设备占空时间
*       @polarity:      PWM设备极性
*       @status:        PWM使能/禁用
*       @number:        PWM产生方波的数目
* 返 回 值: 0为成功，反之为失败
***************************************************************/
int32_t PwmSetCfg_Ext1(DevHandle handle, uint32_t period, uint32_t duty, uint8_t polarity, uint8_t status, uint32_t number)
{
    int32_t ret;
    struct PwmConfig config;

    // 判断handle是否为空
    if (handle == NULL) {
        PRINT_ERROR("handle is error\n");
        return -1;
    }

    // 获取pwm设备参数
    ret = PwmGetConfig(handle, &config);
    if (ret != 0) {
        PRINT_ERROR("PwmGetConfig failed and ret = %d\n", ret);
        return -1;
    }

    // 设置config
    config.period = period;
    config.duty = duty;
    config.polarity = polarity;
    config.status = status;
    config.number = number;

    // 设置pwm设备参数
    ret = PwmSetConfig(handle, &config);
    if (ret != 0) {
        PRINT_ERROR("PwmSetConfig failed and ret = %d\n", ret);
        return -1;
    }

    return 0;
}

（2）BUILD.gn

编写应用程序的BUILD.gn，具体内容如下：

import("//build/ohos.gni")
import("//drivers/hdf_core/adapter/uhdf2/uhdf.gni")

print("samples: compile rk3568_pwm_test")
ohos_executable("rk3568_pwm_test") {
  sources = [ "pwm_test.c" ]
  include_dirs = [
    "$hdf_framework_path/include",
    "$hdf_framework_path/include/core",
    "$hdf_framework_path/include/osal",
    "$hdf_framework_path/include/platform",
    "$hdf_framework_path/include/utils",
    "$hdf_uhdf_path/osal/include",
    "$hdf_uhdf_path/ipc/include",
    "//base/hiviewdfx/hilog/interfaces/native/kits/include",
    "//third_party/bounds_checking_function/include",
  ]

  deps = [
    "$hdf_uhdf_path/platform:libhdf_platform",
    "$hdf_uhdf_path/utils:libhdf_utils",
    "//base/hiviewdfx/hilog/interfaces/native/innerkits:libhilog",
  ]

  cflags = [
    "-Wall",
    "-Wextra",
    "-Werror",
    "-Wno-format",
    "-Wno-format-extra-args",
  ]

  part_name = "product_rk3568"
  install_enable = true
}

（3）参与应用程序编译

编辑//vendor/lockzhiner/rk3568/samples/BUILD.gn，开启编译选项。具体如下：

"b05_platform_device_pwm/app:rk3568_pwm_test",

四、程序编译

建议使用docker编译方法，运行如下：

hb set -root .
hb set
# 选择lockzhiner下的rk3568编译分支。
hb build -f

五、运行结果

运行如下：

# rk3568_pwm_test -P 40000000 -d 20000000 -p 0 -s 1 -n 1000000 -i 3
pwm id:             3
pwm period:         40000000
pwm duty:           20000000
pwm polarity:       0
pwm status:         1
pwm wave number:    1000000
Pwm enable successful and pwm device id(3), period(40000000), duty(20000000), polarity(0), status(1), number(1000000)
#

使用示波器连接排线的0_C6（即GPIO0_C6，即PWM7），可以看到如下：

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