高精度定时器使用场景

使用高精度定时器，控制gpio脚的上下电模拟PWM控制风扇转速。

应用程序

编写一个测试程序，传入gpio引脚，周期和高电平时间，程序中用IOCTL函数将参数传入到驱动中进行配置。为此定义一个结构体：

typedef struct gpio_pwm_out_t
{
    int gpio_id;
    int pwm_period;//ns
    int pwm_duty_cycle;//high lever last times :ns
}gpio_pmw_out_para;

测试程序中通过IOCTL将上面的结构体传入驱动中。
测试程序

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>    /* POSIX Threads */

#define DEVNAME "/dev/gpio_ctrl"

#define IOCTL(fd, cmd, arg)  ({
    int r;
    r = ioctl(fd, cmd, arg);
    if (r < 0)
    {
        printf("[%s] fail n",  #cmd);
    }
    r;
})

// pwm 控制风扇
#define GPIO_TEST_IOCTL_PWM_FAN 55

typedef struct yw_gpio_pwm_out_t
{
    int gpio_id;
    int pwm_period;//ns
    int pwm_duty_cycle;//high lever last times :ns
}yw_gpio_pmw_out_para;

int main(int argc, char *argv[])
{ 
     printf("start testn");
     int fd = -1;
     if (argc < 4)
     {
           printf("argc < 4n");
           return 0;
     }
     
     yw_gpio_pmw_out_para pwm_data;

     pwm_data.gpio_id = atoi(argv[1]);
     pwm_data.pwm_period = atoi(argv[2]);
     pwm_data.pwm_duty_cycle = atoi(argv[3]);
     printf("id = %d,period = %d,duty = %dn", pwm_data.gpio_id, pwm_data.pwm_period, pwm_data.pwm_duty_cycle);     

     fd =  open(DEVNAME,O_RDWR);
     if(fd < 0)
     {
            printf("open %s fail !n", DEVNAME);
	    perror("open");
            return -1;
     }
     printf("open successn");
     IOCTL(fd, GPIO_TEST_IOCTL_PWM_FAN, &pwm_data);

     //close(fd);
     return 0;	
}

// a.out 40 100 60，gpio40，周期100，占空比60

驱动程序

在驱动入口init函数中，需要对定时器，及相关结构体进行初始化。
1.驱动中的重要结构体：

struct pwm_gpio_device_data
{
    gpio_pmw_out_para pwm_out_para; //该结构体用来保存应用程序传下来的参数
	u8 gpio_value;
	struct hrtimer timer; 			   //定时器
	bool is_actived;
	struct mutex lock;				   //锁
};
static struct pwm_gpio_device_data yw_pwm_data;

2.定时器初始化函数：

static int pwm_gpio_init(void)
{
    memset(&yw_pwm_data, 0x00, sizeof(yw_pwm_data)); 
	//timer init
	hrtimer_init(&yw_pwm_data.timer, CLOCK_REALTIME, HRTIMER_MODE_ABS);//定时器初始化。
	pwm_data.timer.function = pwm_gpio_function; //定时器执行函数，定时时间到回去执行该函数。
	//mutex
	mutex_init(&pwm_data.lock); //初始化锁
	return 0;
}

3.hrtimer_init函数参数说明：

 参数timer是hrtimer指针，
 参数clock_id有如下常用几种选项：
        CLOCK_REALTIME	//实时时间，如果系统时间变了，定时器也会变
        CLOCK_MONOTONIC	//递增时间，不受系统影响
 参数mode有如下几种选项：
 	HRTIMER_MODE_ABS = 0x0,		/* 绝对模式 */
	HRTIMER_MODE_REL = 0x1,		/* 相对模式 */
	HRTIMER_MODE_PINNED = 0x02,	/* 和CPU绑定 */
	HRTIMER_MODE_ABS_PINNED = 0x02, /* 第一种和第三种的结合 */
	HRTIMER_MODE_REL_PINNED = 0x03, /* 第二种和第三种的结合 */
 

CLOCK_MONOTONIC与CLOCK_REALTIME区别
Linux内核高精度定时器hrtimer的使用
4.驱动执行流程
应用程序的ioctl会调到这里，并根据cmd进入到case GPIO_TEST_IOCTL_PWM_FAN分支中。

long gpio_ctrl_ioctl(struct file *flip, unsigned int cmd, unsigned long arg)
case 1:
case 2:
...... 

case GPIO_TEST_IOCTL_PWM_FAN: 
{
		if(gpio_pwm_out_ctl(arg) < 0)
		{
			printk("PWM control failedn");
			return -1;
		}
		
		break;
}
......

static int gpio_pwm_out_ctl(unsigned long arg)
{
    int period,duty; //定义周期和占空比
    int ret = 0;
    //接收应用程序传下来的数据
	if(copy_from_user(&pwm_data.pwm_out_para, (void __user *)arg, sizeof(gpio_pmw_out_para)))
    {
        printk("copy from user fail n");
        ret = -1;
        goto OUT;
    }
    //初始化风扇脚。配置配置为gpio模式，输出模式，低电平。
	set_PWM_pin_value(pwm_data.pwm_out_para.gpio_id,1,0);
    //usre set is ms,so chang it to ns
    printk("before period = %d n",pwm_data.pwm_out_para.pwm_period);
    pwm_data.pwm_out_para.pwm_period = 1000000 * pwm_data.pwm_out_para.pwm_period;//
    printk("after period = %d n",pwm_data.pwm_out_para.pwm_period);
    period = pwm_data.pwm_out_para.pwm_period;
	duty = pwm_data.pwm_out_para.pwm_duty_cycle;
	//当传入的参数中，周期或者占空比为0是，关闭定时器，即风扇停止转动。	
	if(period == 0 || duty == 0)
	{
		printk("start:FUNC:%s,LINE:%dn",__func__,__LINE__);
        pwm_gpio_stop();
	}
	else
	{
        pwm_gpio_start();
	}

OUT:
    return ret;
}

//开启定时器

static int pwm_gpio_start(void)
{
    int period,duty;
    int  high_on = 0;
	int low_on = 0;
	
	period = pwm_data.pwm_out_para.pwm_period;
	duty = pwm_data.pwm_out_para.pwm_duty_cycle;
	//计算高低电平时间
    high_on = (period / 100) * duty;
	low_on = period - high_on;
	printk("FUNC:%s,LINE:%d,pwm_data.is_actived：%dn",__func__,__LINE__,pwm_data.is_actived);
    mutex_lock(&pwm_data.lock);
	if(!pwm_data.is_actived)
	{
	    hrtimer_init(&pwm_data.timer, CLOCK_REALTIME, HRTIMER_MODE_ABS);	
		pwm_data.timer.function = pwm_gpio_function;
		printk("start:FUNC:%s,LINE:%dn",__func__,__LINE__);
	  	gpio_set_value(pwm_data.pwm_out_para.gpio_id,1);
        hrtimer_start(&pwm_data.timer, ktime_add_ns(ktime_get(), high_on), HRTIMER_MODE_ABS); //开启定时器
		pwm_data.is_actived = true;
	printk("FUNC:%s,LINE:%d,pwm_data.is_actived：%dn",__func__,__LINE__,pwm_data.is_actived);
	}
	mutex_unlock(&pwm_data.lock);
	
    return 0;
}

注：设置gpio电平是不要采用gpio_direction_output,因为该函数中有锁，再加锁会出问题。
gpio_set_value 和gpio_direction_output的区别
如果使用该GPIO时，不会动态地切换输入输出，建议在开始时就设置好GPIO 输出方向，后面拉高拉低时使用gpio_set_value()接口，而不建议使用gpio_direction_output(), 因为gpio_direction_output接口里面有mutex锁，对中断上下文调用会有错误异常，且相比 gpio_set_value，gpio_direction_output 所做事情更多，浪费。
//关闭定时器

static int pwm_gpio_disable(void)
{
	printk("FUNC:%s,LINE:%d,pwm_data.is_actived：%dn",__func__,__LINE__,pwm_data.is_actived);
    mutex_lock(&pwm_data.lock);
	printk("FUNC:%s,LINE:%d,pwm_data.is_actived：%dn",__func__,__LINE__,pwm_data.is_actived);
    if(pwm_data.is_actived)
    {
    	printk("start:FUNC:%s,LINE:%dn",__func__,__LINE__);
        hrtimer_cancel(&pwm_data.timer); //	取消定时器
		printk("start:FUNC:%s,LINE:%dn",__func__,__LINE__);
		gpio_set_value(pwm_data.pwm_out_para.gpio_id,0);//设置gpio为低电平。
		pwm_data.is_actived = false;
	}
	mutex_unlock(&pwm_data.lock);

	return 0;
}

//定时器回调函数

static enum hrtimer_restart pwm_gpio_function(struct hrtimer *data)
{
    int period,duty;
    int high_on = 0;
	int low_on = 0;
	int ns =  0;
    //ktime_t ks;
	period = pwm_data.pwm_out_para.pwm_period;
	duty = pwm_data.pwm_out_para.pwm_duty_cycle;

	high_on = (period / 100) * duty ;
	low_on = period - high_on;

	if(pwm_data.gpio_value > 0)
	{
        ns = low_on;
	}
	else
	{
	    ns = high_on;
	}
	//如果上次gpio为低，怎这次设为高，反之一样。每进入一次回调函数，改变一次gpio状态
	pwm_data.gpio_value = (pwm_data.gpio_value > 0) ? 0 : 1;
	gpio_set_value(pwm_data.pwm_out_para.gpio_id,pwm_data.gpio_value);
	//ks = ktime_set(0, ns);
	//printf("ks = %dn",ks);
	//设置超时时间，当定时时间到了，就去设置下次的超时时间。
	hrtimer_forward_now(&pwm_data.timer, ktime_set(0, ns));
	
	return HRTIMER_RESTART;
}

最后

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