SSU_PWMOUT & PWMIN 使用参考

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Revision No.
Description
 Date
1.0
  • Initial release
    		•  11/01/2022

    1. 概述

    1.1. 概述

    PWMOUT & PWMIN 主要用于电机的操控和电机转速状态反馈，PWMOUT输出PWM波形控制电机工作，PWMIN捕获PWM波形的周期占空比信息，以此形成反馈，得到电机当前的工作状态。

    ​

    1.2. 说明

    PWMOUT与同样是生成PWM波形的Traditional PWM（详见PWM使用参考）的区别在于，PWMOUT支持生成两路互补信号，基于两路互补信号能够产生一段死区时间，并且支持PWM的刹车功能。

    在介绍死区时间之前，需要了解的是，通常来说带有H桥或者三相桥的大功率电机在工作的时候，为了避免功率元件被烧毁，上半桥和下半桥是不允许同时导通，但是在实际工作的情况下，不可避免地会产生延时关断的效果，导致某个半桥在应该关断的时候没有关断，而此时另一个半桥已经打开。

    所以，为了处理这种情况，需要在某个半桥关断后，延迟一段时间再打开另一个半桥。而这个延迟时间就是死区。死区基于两路互补信号产生死区的原理是，正向信号基于PWM clock的相对上升沿产生delay，反向信号基于PWM clock的相对下降沿产生delay。PWM clock支持Traditional PWM的PWM0~PWM5通道生成。

    PWM的刹车功能是为了在发生紧急情况的时候可以立刻停止产生PWM波形，后续可以由软件恢复波形。

    PWMIN（PWM Input Capture），顾名思义，可以捕获PWM波形信息，包括周期、占空比、脉冲个数。PWMIN的原理是通过捕获PWM波形的上升沿和下降沿，从而得到PWM波形的信息，也正因如此，需要注意的是，PWMIN捕获的波形占空比范围应该在0% < duty < 100%，因为占空比为0%或者100%的时候，不存在上升沿和下降沿，无法捕捉到跳变来获取输入的PWM波形信息。

    当source clock 选择12M的时候，PWMOUT支持输出频率范围为45.78 ~ 6MHz的PWM 波形，支持长度0~85333ns的死区设定。

    当source clock选择12M的时候，为了保证波形捕获的稳定性，目前会滤除333ns以下的波形，所以PWMIN支持捕获的最大频率为3MHz。

    2. Kernel Sapce配置

    2.1. KERNEL CONFIG

    编译Kernel时：make menuconfig

    Device Drivers-->

    [*] SStar SoC platform drivers-->

        [*] PWM IN driver
        [*] PWM OUT driver

    ​

    2.2. DTSI配置

    PWMOUT&PWMIN在dtsi中的节点如下所示：

    1.   pwmout: pwmout {
2.       compatible = "sstar,pwmout";
3.       reg = <0x1F201A00 0x200>, <0x1F200E00 0x200>;
4.       clocks = <&CLK_pwm_adc>;
5.       interrputs = <GIC_SPI INT_FIQ_ADC_FIQ IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
6.       frequency = <12000000>;
7.       status = "ok";
8.   };
9.
10.   pwmin: pwmin
11.       compatible = "sstar,pwmin";
12.       reg = <0x1F201A00 0x200>;
13.       clocks = <&CLK_pwm_adc>;
14.       interrputs = <GIC_SPI INT_IRQ_PWM_CAPTURE IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
15.       status = "ok";
16.   };

    2.3. PADMUX配置

    在padmux.dtsi中配置mode格式如下图的，"<>"中第一个值为PAD值，第二个值为要设置的mode，第三个值为PAD在该mode下对应的功能。

    //  PWM_OUT
1. <PAD_PWM_OUT0    PINMUX_FOR_PWM0_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT0_P>,
2. <PAD_PWM_OUT1    PINMUX_FOR_PWM0_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT0_N>,
3. <PAD_PWM_OUT2    PINMUX_FOR_PWM1_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT1_P>,
4. <PAD_PWM_OUT3    PINMUX_FOR_PWM1_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT1_N>,
5. <PAD_PWM_OUT4    PINMUX_FOR_PWM2_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT2_P>,
6. <PAD_PWM_OUT5    PINMUX_FOR_PWM2_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT2_N>,
7. <PAD_PWM_OUT6    PINMUX_FOR_PWM3_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT3_P>,
8. <PAD_PWM_OUT7    PINMUX_FOR_PWM3_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT3_N>,
9. <PAD_PWM_OUT8    PINMUX_FOR_PWM4_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT4_P>,
10. <PAD_PWM_OUT9    PINMUX_FOR_PWM4_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT4_N>,
11. <PAD_PWM_OUT10   PINMUX_FOR_PWM5_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT5_P>,
12. <PAD_PWM_OUT11   PINMUX_FOR_PWM5_PN_1    MDRV_PUSE_PWMOUT5_N>,
//  PWM_IN MDOE1
1.  <PAD_KEY0        PINMUX_FOR_PWM_IN0_MODE_1   MDRV_PUSE_PWMIN0>,
2.  <PAD_KEY1        PINMUX_FOR_PWM_IN1_MODE_1   MDRV_PUSE_PWMIN1>,
3.  <PAD_KEY2        PINMUX_FOR_PWM_IN2_MODE_1   MDRV_PUSE_PWMIN2>,
4.  <PAD_KEY3        PINMUX_FOR_PWM_IN3_MODE_1   MDRV_PUSE_PWMIN3>,
5.  <PAD_KEY4        PINMUX_FOR_PWM_IN4_MODE_1   MDRV_PUSE_PWMIN4>,
6.  <PAD_KEY5        PINMUX_FOR_PWM_IN5_MODE_1   MDRV_PUSE_PWMIN5>,
7.  <PAD_KEY6        PINMUX_FOR_PWM_IN6_MODE_1   MDRV_PUSE_PWMIN6>,
8.  <PAD_KEY7        PINMUX_FOR_PWM_IN7_MODE_1   MDRV_PUSE_PWMIN7>,
//  PWM_IN MDOE2
1.  <PAD_EMMC_D7       PINMUX_FOR_PWM_IN0_MODE_2  MDRV_PUSE_PWMIN0>,
2.  <PAD_OUTN_TX1_CH_2 PINMUX_FOR_PWM_IN1_MODE_2  MDRV_PUSE_PWMIN1>,
3.  <PAD_OUTP_TX1_CH_3 PINMUX_FOR_PWM_IN2_MODE_2  MDRV_PUSE_PWMIN2>,
4.  <PAD_OUTN_TX1_CH_3 PINMUX_FOR_PWM_IN3_MODE_2  MDRV_PUSE_PWMIN3>,
5.  <PAD_RGMII0_RXCLK  PINMUX_FOR_PWM_IN4_MODE_2  MDRV_PUSE_PWMIN4>,
6.  <PAD_RGMII0_RXCTL  PINMUX_FOR_PWM_IN5_MODE_2  MDRV_PUSE_PWMIN5>,
7.  <PAD_RGMII0_MDIO   PINMUX_FOR_PWM_IN6_MODE_2  MDRV_PUSE_PWMIN6>,
8.  <PAD_RGMII0_MDC    PINMUX_FOR_PWM_IN7_MODE_2  MDRV_PUSE_PWMIN7>,
//  PWM_IN MDOE3
1.  <PAD_I2C5_SCL    PINMUX_FOR_PWM_IN0_MODE_3   MDRV_PUSE_PWMIN0>,
2.  <PAD_I2C5_SDA    PINMUX_FOR_PWM_IN1_MODE_3   MDRV_PUSE_PWMIN1>,
3.  <PAD_UART_RX1    PINMUX_FOR_PWM_IN2_MODE_3   MDRV_PUSE_PWMIN2>,
4.  <PAD_UART_TX1    PINMUX_FOR_PWM_IN3_MODE_3   MDRV_PUSE_PWMIN3>,
5.  <PAD_SAR_ADC_7   PINMUX_FOR_PWM_IN4_MODE_3   MDRV_PUSE_PWMIN4>,
6.  <PAD_SAR_ADC_8   PINMUX_FOR_PWM_IN5_MODE_3   MDRV_PUSE_PWMIN5>,
7.  <PAD_SAR_ADC_18  PINMUX_FOR_PWM_IN6_MODE_3   MDRV_PUSE_PWMIN6>,
8.  <PAD_SAR_ADC_19  PINMUX_FOR_PWM_IN7_MODE_3   MDRV_PUSE_PWMIN7>,

    2.4. 驱动路径

    Kernel/drivers/sstar/pwm/drv_pwm_out.c

    Kernel/drivers/sstar/pwm/drv_pwm_in.c

    3. User Space的使用

    3.1. 互补波形和死区设置

    利用芯片内部普通pwm ip产生clock，提供给PWMOUT制造互补波形，因此配置了PWMOUT的通道，对应的普通PWM功能就不能使用，padmux中也不能配置该通道的普通PWM。

    3.1.1. 配置步骤

    1. 配置PWM clock

      1. // 以PWM$n为例
2. echo $n > /sys/class/pwm/pwmchip0/export
3. echo period_ns > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm$n/period
4. echo duty_ns > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm$n/duty_cycle
5. echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm$n/enable

    2. enable正反向波形，可开关单根pin脚的输出波形

      1. echo $n 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/outp_con // enable PWMn正向波形
2. echo $n 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/outn_con // enable PWMn反向波形

    3. 设置正反向波形的死区长度

      1. echo $n length > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/ddtp_con // 设置正向波形死区长度为length，单位ns
2. echo $n length > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/ddtn_con // 设置反向波形死区长度为length，单位ns

    4. enable互补波形，即总开关

      1. echo $n 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/out_en // enable PWMn的互补波形

    3.1.2. Sample

    1. echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip0/export
2. echo 600000 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/period
3. echo 300000 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/duty_cycle
4. echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/enable
5. echo 0 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/outp_con
6. echo 0 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/outn_con
7. echo 0 80000 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/ddtp_con
8. echo 0 80000 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/ddtn_con
9. echo 0 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/out_en

    3.2. 刹车功能

    可以通过命令触发或外部信号触发立马停止PWM的输出，并保持一种空闲电平，让电机处于停止转动的状态。其中命令触发称为sw trigger，外部信号触发称为hw trigger。外部信号触发只支持高电平触发，可复用引脚为：PAD_FUART_RTS或PAD_OUTN_TX_CH_4，在使用外部信号触发功能之前需要先配置PADMUX，两只脚选择其一进行配置。

    1.  <PAD_FUART_RTS       PINMUX_FOR_PWM_INT_MODE_1   MDRV_PUSE_PWM_INT>,
2.  <PAD_OUTN_TX_CH_4    PINMUX_FOR_PWM_INT_MODE_2   MDRV_PUSE_PWM_INT>,

    3.2.1. 配置步骤

    1. 设置PWM$n的刹车触发方式：1表示sw&hw trigger，0表示sw trigger；设置空闲电平：1表示高电平，0表示低电平

      1. echo $n trigger_mode idle_status > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/bkin_con

    2. 命令触发PWM$n的刹车功能

      1. echo $n > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/bkin_tri

    3. 获取当前刹车状态，打印“break input active”表示目前处于刹车状态，打印“break input inactive”表示目前处于非刹车状态

      1.  echo $n > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/bkin_status

2.  cat  /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/bkin_status

    4. 恢复PWM$n的波形

      1. echo $n 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/out_en

    3.2.2. Sample

    1. echo 0 1 0 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/bkin_con
2. echo 0 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/bkin_tri
3. echo 0 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmout/out_en

    3.3. 捕获功能

    捕获输入的波形并计算出占空比和周期。

    3.3.1. 配置步骤

    1. disable channel$n的input capture功能

      1. echo $n 0 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_en

    2. 设置为每2^k个脉冲再进行捕获波形的信息计算，k越大计算精度越高，k支持设置为0、1、2、3。设置时需要先关闭channel$n的input capture功能。

      1.  echo $n k > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_pul_div

    3. enable channel$n的input capture功能

      1. echo $n 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_en

    4. 获取捕获信息

      1. echo $n > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_get
2. cat /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_get

    3.3.2. Sample

    1. echo 0 0 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_en
2.  echo 0 0 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_pul_div
3. echo 0 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_en
4. echo 0 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_get
5. cat /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_get

    3.4. 脉冲计数

    根据设置的触发边沿类型，对脉冲个数进行计数。

    3.4.1. 配置步骤

    1. disable channel$n的input capture功能

      1. echo $n 0 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_en

    2. 选择channeln计数的边沿类型，edge为0表示下边沿，1表示上边沿，2表示双边沿。设置时需要先关闭channeln的input capture功能。

      1. echo $n enable edge > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_pul_cal

    3. enable channel$n的input capture功能

      1. echo $n 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_en

    4. 获取脉冲个数，获取后计数还会继续，计满0xFFFF个脉冲刷新计数值，可使用上述命令2将计数功能disable来主动清零，再enable开启新一轮计数。

      1. echo $n > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_get_pul

    3.4.2. Sample

    1. echo 0 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_en
2. echo 0 1 0 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_pul_cal
3. echo 0 1 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_en
4. echo 0 > /sys/devices/virtual/mstar/pwmin/pwm_in_get_pul

    ​