NXP iMX7 M4核心PWM驅動開發

By Toradex秦海

1). 簡介

在早先的一篇文章已經介紹過基于NXP iMX7 異構多核架構進行開發調試，本文就延續這一篇文章的介紹，以PWM功能為示例著重介紹在iMX7 多核架構里面的M4核心上面開發驅動的方式。

而本文所演示的ARM平臺同樣來自于Toradex 基于NXP iMX7 ARM處理器的Colibri iMX7 ARM嵌入式平臺。

2. 準備

a). Colibri iMX7S ARM核心版配合Colibri Evaluation Board，分別連接A7核心默認調試串口UART1（載板X27）和M4核心默認調試串口UART2（載板X25上）到開發主機方便調試，另外由于iMX7S只支持一個USB接口，需要通過載板X30連接一個USB Hub后來擴展鍵盤鼠標外設。更多關于Colibri iMX7的說明請參考Datasheet和Linux開發上手指南。

b). Colibri iMX7 A7核心系統使用Toradex官方發布的Embedded Linux，更新方法請參考這里。

c). 另外，由于本文演示示例使用到了載板上面PWM驅動LED和按鍵資源，需要連接如下：

X10 SODIMM-28 -> X21 LED1

X10 SODIMM-133 -> X21 SW6

d). SEGGER J-Link 仿真器，USB一端連接開發主機，JTAG一端連接載板X13。

3). Colibri iMX7 M4核心FreeRTOS基本資料

a). Colibri iMX7 架構基本說明請參考如下：

   https://developer.toradex.cn/knowledge-base/freertos-on-the-cortex-m4-of-a-colibri-imx7

b). 本示例中M4核心運行FreeRTOS v8系統，相關的源代碼和sample程序請從下面git下載：

http://git.toradex.cn/cgit/freertos-toradex.git/

c). 基本的SDK配置和編譯請參考如下：

https://developer.toradex.cn/knowledge-base/freertos-on-the-cortex-m4-of-a-colibri-imx7#Linux_support

d). 編譯好的M4 firmware如何在Colibri iMX7上面加載運行請參考如下：

https://developer.toradex.cn/knowledge-base/freertos-on-the-cortex-m4-of-a-colibri-imx7#Running_a_Firmware_on_CortexM4

e). 幾個自帶的sample代碼簡單說明請參考如下：

https://developer.toradex.com/knowledge-base/freertos-on-the-cortex-m4-of-a-colibri-imx7#Examples

4). Colibri iMX7 M4核心FreeRTOS PWM驅動開發

a). 在上一章節中提到的iMX7 M4 FreeRTOS源代碼中，已經包含了一些接口的驅動示例，比如GPIO，UART，I2C，Flexcan等，但并沒有包含PWM部分，因此我們需要手動添加PWM驅動。

b). 首先我們要找到提供iMX7芯片核心寄存器定義的macro code文件，獲取PWM相關寄存器定義以及做細微調整。

./ 文件為 platform/devices/MCIMX7D/include/MCIMX7D_M4.h

這個文件是整個iMX7 M4 FreeRTOS代碼最核心的文件之一，里面定義了所有芯片寄存器macro code，具體的寄存器功能說明需要參照 NXP iMX7 Reference Manual文檔。

./ 在這個文件里面，如下 ”PWM Peripheral Access Layer”開始的部分定義了PWM相關的寄存器，是最關鍵的部分。

-----------------------------

   -- PWM Peripheral Access Layer

…

/** PWM - Register Layout Typedef */

typedef struct {

  __IO  uint32_t PWMCR;                                  /**< PWM Control Register, offset: 0x0 */

  __IO  uint32_t PWMSR;                                  /**< PWM Status Register, offset: 0x4 */

  __IO  uint32_t PWMIR;                                  /**< PWM Interrupt Register, offset: 0x8 */

  __IO  uint32_t PWMSAR;                                 /**< PWM Sample Register, offset: 0xC */

  __IO  uint32_t PWMPR;                                  /**< PWM Period Register, offset: 0x10 */

  __I   uint32_t PWMCNR;                                 /**< PWM Counter Register, offset: 0x14 */

} PWM_Type, *PWM_MemMapPtr;

…

-----------------------------

./ 在這里，為了后面PWM驅動配置方便，我們做了如下patch

https://github.com/simonqin09/iMX7_M4_PWM_Driver/blob/master/MCIMX7D_M4.patch

c). 然后是關于CCM（Clock Control Module）驅動配置頭文件，添加PWM所需要的clock源

./ 文件為 - platform/drivers/inc/ccm_imx7d.h

./ 如下patch，增加PWM所需clock gate

https://github.com/simonqin09/iMX7_M4_PWM_Driver/blob/master/ccm_imx7d.patch

d). 接下來就是在 ”plaftform/drivers/inc” 和 ”platform/drivers/src” 下分別增加PWM驅動頭文件 ”pwm_imx.h” 和源文件 ”pwm_imx.c”，完成PWM相關基本寄存器的讀寫操作等基本功能函數的實現。

./ pwm_imx.h 文件代碼如下

https://github.com/simonqin09/iMX7_M4_PWM_Driver/blob/master/pwm_imx.h

./ pwm_imx.c 文件代碼如下

https://github.com/simonqin09/iMX7_M4_PWM_Driver/blob/master/pwm_imx.c

5). Colibri iMX7 M4核心FreeRTOS PWM驅動應用示例

a). 在上面章節基本驅動配置好之后，我們就可以調用驅動進行示例開發了。本文就簡單演示通過一個GPIO按鍵來動態調整PWM輸出占空比的示例。本示例所使用的GPIO Key為examples里面已經配置的 ” BOARD_GPIO_KEY_CONFIG”，PWM使用為PWM2。

b). 首先進入 “examples/imx7_colibri_m4” 目錄，對幾個基本文件進行修改適配

./ board.h – 這個文件定義了當前examples下所有示例所涉及到的接口，中斷，clock等定義，因此需要將PWM2相關定義添加進來，如下面patch。

https://github.com/simonqin09/iMX7_M4_PWM_Driver/blob/master/board.patch

./ pin_mux.h 和pin_mux.c – 定義了除了GPIO之外的所有示例所涉及的接口功能的對應管腳的Pin Mux配置，這里我們將PWM2的管腳配置添加進來，如下面patch。GPIO管腳的Pin Mux配置在gpio_pins.h/gpio_pins.c 中定義。

https://github.com/simonqin09/iMX7_M4_PWM_Driver/blob/master/pin_mux.patch

c). 然后再創建 ”pwm_imx” 目錄，為了方便，可以復制同一目錄下的 gpio_imx目錄后進行修改。

./ hardware_init.c – 硬件初始化，board，GPIO/PWM RDC/Clock 等，代碼如下

https://github.com/simonqin09/iMX7_M4_PWM_Driver/blob/master/pwm_imx/hardware_init.c

./ main.c – 主程序文件，包含三個子程序和main主程序，三個子程序分別負責GPIO初始化，GPIO Key按鍵響應處理以及PWM中斷Handler，main主程序完成了對GPIO和PWM初始化配置后，在每次按鍵的時候將PWM輸出占空比從25%-50%-75%之間循環，具體代碼如下：

https://github.com/simonqin09/iMX7_M4_PWM_Driver/blob/master/pwm_imx/main.c

./ 最后修改 “armgcc/CMakeLists.txt” 文件，將所有新創建的文件包含進去，然后進行編譯，具體內容如下：

https://github.com/simonqin09/iMX7_M4_PWM_Driver/blob/master/pwm_imx/armgcc/CMakeLists.txt

./ 對iMX7 M4 FreeRTOS代碼進行debug的方法請參考這里，本文就不再贅述。

6). Colibri iMX7 M4 PWM驅動示例部署

a). 在部署之前，首先需要確保將本文所使用的 PWM2 從 iMX7 A7 核心 Linux device tree中disable，以免發生資源沖突。有兩種方法如下：

./ 參考這里下載A7 Linux kernel源代碼，再參考這里修改device tree后重新編譯部署。

./ 可以直接在uboot中通過 ”fdt_fixup” 環境變量來臨時禁止某個外設

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/* read device tree file and print details */

# ubi part ubi

# ubi read ${fdt_addr_r} dtb

# fdt addr ${fdt_addr_r}

# fdt list

/* find PWM2 related setting */

# fdt list /soc/aips-bus@30400000/pwm@30670000

/* set fdt_fixup variable with UARTB and PWM2 disable */

# setenv fdt_fixup ‘fdt addr ${fdt_addr_r} && fdt rm /soc/aips-bus@30800000/spba-bus@30800000/serial@30890000 && fdt rm /soc/aips-bus@30400000/pwm@30670000’

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b). 然后就可以參考上面的相關文檔或者之前的文章進行加載M4 firmware運行了

./ 程序開始運行，如下示波器測量數據所示，PWM2輸出周期為500ms（周期來自main主函數文件里面的配置），占空比為25%，從LED等可以看到亮的時間比滅的時間較短。

./ 然后按動載板按鍵 SW6一次，PWM2 輸出周期不變，占空比會變成50%。

./ 再次按動載板按鍵 SW6一次，PWM2 輸出周期不變，占空比會變成75%。

./ 以后每次按鍵都會循環上述過程。

7). 總結

如上述示例，iMX7 M4 核心可以非常方便的開發外設驅動并進行調用，尤其是基于FreeRTOS，相對于直接配置寄存器就更直觀寫，代碼也更具備靈活性和重用性。