嵌入式Linux C应用编程——输出PWM

PWM 应用编程

概述

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是一种通过调节脉冲的宽度（占空比）来实现模拟信号控制的技术，常用于 LED 调光、电机调速、蜂鸣器控制等场景。

本文学习如何在应用层通过 sysfs 文件系统 操控 I.MX6U 开发板上的 PWM 外设。

应用层如何操控 PWM

与 LED、GPIO 设备一样，PWM 也是通过 sysfs 方式 进行操控，对应的路径为 /sys/class/pwm。

`/sys/class/pwm` 目录结构

进入 /sys/class/pwm 目录，可以看到 8 个以 pwmchipX 命名的文件夹（X 为数字 0~7）：

/sys/class/pwm/
├── pwmchip0/   → PWM1
├── pwmchip1/   → PWM2
├── pwmchip2/   → PWM3
├── pwmchip3/   → PWM4
├── pwmchip4/   → PWM5
├── pwmchip5/   → PWM6
├── pwmchip6/   → PWM7
└── pwmchip7/   → PWM8

I.MX6U 共有 8 个 PWM 控制器，每个控制器只有 1 路 PWM 输出。

注意： 开发板出厂系统中，PWM1（pwmchip0）已被用作 LCD 背光控制，应用层不能直接对它进行控制。其它 PWM 因 I/O 资源不足，出厂系统中均不能使用。如需测试 PWM，需要先禁用 LCD 和 backlight 设备（见下文测试章节）。

`pwmchipX` 目录下的属性文件

以 pwmchip0 为例，其目录下包含三个关键属性文件：

/sys/class/pwm/pwmchip0/
├── export       # 只写：导出 PWM（写入编号 0）
├── npwm         # 只读：读取该控制器下有多少路 PWM 输出
└── unexport     # 只写：删除已导出的 PWM（写入编号 0）

`npwm`（只读）

读取可得知该 PWM 控制器下共有几路 PWM 输出：

cat /sys/class/pwm/pwmchip0/npwm
# 输出: 1

I.MX6U 每个 PWM 控制器只有 1 路，所以读取结果均为 1。

`export`（只写，无读权限）

在使用 PWM 之前，需要先将其导出：

# 导出 PWM1（pwmchip0 下的编号 0）
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip0/export

# 导出 PWM2
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip1/export

# 导出 PWM3
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip2/export

注意： 每个 pwmchipX 下的编号都从 0 开始。因为 I.MX6U 每个控制器只有一路 PWM，所以都只能使用编号 0。

导出成功后，会在 pwmchipX 目录下生成一个名为 pwm0 的子目录。

`unexport`（只写，无读权限）

使用完 PWM 后，需要将导出的 PWM 删除：

echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip0/unexport

写入 unexport 的编号必须与导出时写入 export 的编号对应。因为 I.MX6U 每个控制器只有一路 PWM，所以编号只能是 0。

`pwm0` 目录下的属性文件

导出后生成的 pwm0 目录包含以下属性文件：

/sys/class/pwm/pwmchipX/pwm0/
├── enable       # 可读可写：使能/禁止 PWM
├── period       # 可读可写：配置 PWM 周期（单位：ns）
├── duty_cycle   # 可读可写：配置 PWM 占空比（单位：ns）
└── polarity     # 可读可写：配置 PWM 极性（可选，部分 SoC 不支持）

`enable`

写入 "0" 禁止 PWM 输出，写入 "1" 使能 PWM 输出。通常先配置好 period 和 duty_cycle，最后再使能 PWM。

echo 0 > enable   # 禁止 PWM 输出
echo 1 > enable   # 使能 PWM 输出

`period`

配置 PWM 周期，以 纳秒（ns） 为单位。

# 配置 PWM 周期为 10us（10 × 1000ns）
echo 10000 > period

`duty_cycle`

配置 PWM 占空比，以 纳秒（ns） 为单位。

# 配置占空比为 5us（占空比 50%，周期 10us）
echo 5000 > duty_cycle

`polarity`

设置 PWM 极性，可写入的值：

值	说明
`"normal"`	普通极性（默认）
`"inversed"`	极性反转

echo normal > polarity     # 默认极性
echo inversed > polarity   # 极性反转

注意： 很多 SoC 的 PWM 外设在硬件上并不支持极性配置，驱动中未实现此接口，因此应用层无法通过 polarity 属性文件配置极性。ALPHA/Mini I.MX6U 开发板出厂系统便是如此。

编写应用程序

程序功能

通过命令行传参接收 PWM 编号、周期和占空比，然后：

导出 PWM
配置周期
配置占空比
使能 PWM

完整代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

static char pwm_path[100];

static int pwm_config(const char *attr, const char *val)
{
    char file_path[100];
    int len;
    int fd;

    sprintf(file_path, "%s/%s", pwm_path, attr);
    if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) {
        perror("open error");
        return fd;
    }

    len = strlen(val);
    if (len != write(fd, val, len)) {
        perror("write error");
        close(fd);
        return -1;
    }

    close(fd);  // 关闭文件
    return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    /* 校验传参 */
    if (4 != argc) {
        fprintf(stderr, "usage: %s <id> <period> <duty>\n",
                argv[0]);
        exit(-1);
    }

    /* 打印配置信息 */
    printf("PWM config: id<%s>, period<%s>, duty<%s>\n",
            argv[1], argv[2],
            argv[3]);

    /* 导出 pwm */
    sprintf(pwm_path, "/sys/class/pwm/pwmchip%s/pwm0", argv[1]);

    if (access(pwm_path, F_OK)) {   // 如果 pwm0 目录不存在，则导出
        char temp[100];
        int fd;

        sprintf(temp, "/sys/class/pwm/pwmchip%s/export", argv[1]);

        if (0 > (fd = open(temp, O_WRONLY))) {
            perror("open error");
            exit(-1);
        }

        if (1 != write(fd, "0", 1)) {   // 导出 pwm
            perror("write error");
            close(fd);
            exit(-1);
        }

        close(fd);  // 关闭文件
    }

    /* 配置 PWM 周期 */
    if (pwm_config("period", argv[2]))
        exit(-1);

    /* 配置占空比 */
    if (pwm_config("duty_cycle", argv[3]))
        exit(-1);

    /* 使能 pwm */
    pwm_config("enable", "1");

    /* 退出程序 */
    exit(0);
}

代码解析

pwm_config() 辅助函数
- 接收属性名和值，拼装完整路径
- 以只写方式打开属性文件
- 写入配置值后关闭文件
- 简化了多次配置的重复操作
main() 函数流程
- 校验传参：需要 3 个参数——
  - <id>：PWM 控制器编号（0、1、2、3…，分别对应 PWM1、PWM2、PWM3…）
  - <period>：PWM 周期（单位 ns）
  - <duty>：PWM 占空比（单位 ns）
- 导出 PWM：通过 access() 判断 pwm0 目录是否存在
  - 存在 → 已导出，跳过
  - 不存在 → 向 export 文件写入 "0" 完成导出
- 配置周期：调用 pwm_config("period", argv[2])
- 配置占空比：调用 pwm_config("duty_cycle", argv[3])
- 使能 PWM：调用 pwm_config("enable", "1")

编译

# 交叉编译（ARM 架构）
arm-linux-gnueabihf-gcc -o testApp pwm.c

运行

# 配置 PWM1，周期 500us（500000ns），占空比 250us（50%）
./testApp 0 500000 250000

在开发板上测试

开发板出厂系统中 PWM1 被 LCD 背光占用，需要先将其释放。有两种方式：

修改内核源码：配置内核、修改设备树，禁用 LCD 和 backlight 设备后重新编译
u-boot 临时修改（推荐）：在 u-boot 命令行中修改内存中的设备树，重启后失效

u-boot 临时修改方法

步骤一：重启开发板，进入 u-boot 命令行模式

开机时按下任意键进入 u-boot 命令行。

步骤二：设置环境变量（禁用 LCD 和 backlight）

SD/eMMC 启动方式：

# 定义禁用 LCD 和 backlight 的命令
setenv disable_lcd 'fdt addr ${fdt_addr}; fdt set /backlight status disable; fdt set /soc/aips-bus@02100000/lcdif@021c8000 status disable'

# 修改 mmcboot 命令，在启动内核前先执行 disable_lcd
setenv mmcboot 'echo Booting from mmc ...; run mmcargs; if test ${boot_fdt} = yes || test ${boot_fdt} = try; then if run loadfdt; then run disable_lcd; bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}; else if test ${boot_fdt} = try; then bootz; else echo WARN: Cannot load the DT; fi; fi; else bootz; fi;'

NAND 启动方式：

setenv disable_lcd 'fdt addr ${fdt_addr}; fdt set /backlight status disable; fdt set /soc/aips-bus@02100000/lcdif@021c8000 status disable'

setenv bootcmd 'nand read ${loadaddr} 0x620000 0x800000;nand read ${fdt_addr} ${fdt_offset} 0x20000; run disable_lcd; bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}'

步骤三：启动内核

boot

这种修改方式只对 本次启动 生效，因为修改的是内存中的设备树文件。重启开发板后会恢复到未修改状态。

步骤四：拷贝并运行测试程序

系统启动后，LCD 已被禁用，PWM1 已腾出。将编译好的可执行文件拷贝到开发板并运行：


# 运行测试程序
./testApp 0 500000 250000

观察 PWM 波形

PWM1 的输出引脚绑定到 GPIO1_IO08（即 LCD 背光引脚），该引脚已通过开发板扩展口引出。使用示波器检测 GPIO1_IO08 引脚，可观察到 PWM 波形。

总结

PWM 应用编程的核心思路与 GPIO 类似——通过 sysfs 文件系统接口，以读写文件的方式操控硬件外设。

posted @ 2026-07-22 19:09 Javenwww 阅读(4) 评论(0) 收藏举报

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