Android设备树内核如何配置和实现pwm蜂鸣器

发布时间：2022-01-12 15:05:25 作者：iii
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# Android设备树内核如何配置和实现PWM蜂鸣器

## 1. 概述

PWM（脉冲宽度调制）蜂鸣器是嵌入式系统中常见的输出设备，通过调节占空比和频率来控制音调和音量。在Android/Linux嵌入式平台上，需要通过设备树(DTS)配置硬件资源，并编写内核驱动实现控制。本文将详细介绍从设备树配置到驱动实现的完整流程。

## 2. 硬件基础

### 2.1 PWM蜂鸣器工作原理
- 典型工作电压：3.3V/5V
- 驱动频率范围：通常2kHz-5kHz
- 控制方式：固定频率调节占空比

### 2.2 硬件连接示例

PWM控制器 → 三极管/MOS管 → 蜂鸣器 ↑ GPIO使能端


## 3. 设备树(DTS)配置

### 3.1 查找PWM控制器
首先确认SoC的PWM控制器节点，以Rockchip平台为例：

```dts
pwm: pwm@ff420000 {
    compatible = "rockchip,rk3288-pwm";
    reg = <0xff420000 0x10>;
    #pwm-cells = <3>;
    clocks = <&cru PCLK_PWM>;
    clock-names = "pwm";
    status = "disabled";
};

3.2 添加蜂鸣器节点

buzzer {
    compatible = "pwm-buzzer";
    pwms = <&pwm 0 50000 0>;  // PWM0, 50kHz频率，极性0
    enable-gpios = <&gpio1 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
};

关键参数说明： - pwms：指定PWM通道、频率(Hz)和极性 - enable-gpios：可选，控制蜂鸣器电源的GPIO

3.3 配置PWM引脚复用

&pinctrl {
    buzzer {
        buzzer_en: buzzer-en {
            rockchip,pins = <1 12 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_none>;
        };
        pwm0_pin: pwm0-pin {
            rockchip,pins = <0 0 RK_FUNC_1 &pcfg_pull_none>;
        };
    };
};

4. 内核驱动实现

4.1 驱动框架

#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/pwm.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>

struct pwm_buzzer {
    struct pwm_device *pwm;
    struct gpio_desc *enable_gpio;
};

static int pwm_buzzer_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct pwm_buzzer *buzzer;
    
    buzzer = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*buzzer), GFP_KERNEL);
    
    // 获取PWM设备
    buzzer->pwm = devm_pwm_get(&pdev->dev, NULL);
    if (IS_ERR(buzzer->pwm))
        return PTR_ERR(buzzer->pwm);
    
    // 可选GPIO配置
    buzzer->enable_gpio = devm_gpiod_get_optional(&pdev->dev, 
                                "enable", GPIOD_OUT_LOW);
    
    platform_set_drvdata(pdev, buzzer);
    return 0;
}

4.2 实现控制接口

static int pwm_buzzer_start(struct pwm_buzzer *buzzer, u32 duty_ns)
{
    int ret;
    
    if (buzzer->enable_gpio)
        gpiod_set_value(buzzer->enable_gpio, 1);
    
    ret = pwm_config(buzzer->pwm, duty_ns, buzzer->pwm->period);
    if (ret)
        return ret;
    
    return pwm_enable(buzzer->pwm);
}

static int pwm_buzzer_stop(struct pwm_buzzer *buzzer)
{
    pwm_disable(buzzer->pwm);
    
    if (buzzer->enable_gpio)
        gpiod_set_value(buzzer->enable_gpio, 0);
    
    return 0;
}

4.3 用户空间接口

通过sysfs或字符设备提供控制：

// 示例：sysfs属性
static ssize_t enable_store(struct device *dev,
    struct device_attribute *attr, const char *buf, size_t count)
{
    struct pwm_buzzer *buzzer = dev_get_drvdata(dev);
    int value;
    
    if (kstrtoint(buf, 0, &value))
        return -EINVAL;
    
    if (value)
        pwm_buzzer_start(buzzer, buzzer->pwm->period / 2); // 50%占空比
    else
        pwm_buzzer_stop(buzzer);
    
    return count;
}

5. Android HAL层集成

5.1 添加HAL接口

// hardware/interfaces/buzzer/1.0/IBuzzer.hal
interface IBuzzer {
    setFrequency(uint32_t freq) generates (bool success);
    setActive(bool active) generates (bool success);
};

5.2 实现HAL服务

class Buzzer : public IBuzzer {
public:
    Return<bool> setFrequency(uint32_t freq) override {
        // 通过sysfs或ioctl设置PWM频率
        return writeToSysfs("/sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0/period", freq);
    }
};

6. 调试与验证

6.1 关键调试命令

# 查看PWM设备
ls /sys/class/pwm/

# 手动测试PWM
echo 50000 > period
echo 25000 > duty_cycle
echo 1 > enable

6.2 常见问题排查

无PWM设备：检查dts配置是否生效
无声音输出：
- 测量PWM引脚是否有波形
- 确认驱动电路工作正常
频率不准：检查时钟源配置

7. 性能优化建议

使用硬件PWM而非软件模拟
对于频繁启停场景，保持PWM使能状态，通过GPIO控制通断
在DTS中预配置常用频率

8. 总结

本文完整介绍了Android/Linux系统下PWM蜂鸣器的实现流程。关键在于： 1. 正确的设备树硬件描述 2. 合理的内核驱动架构 3. 完善的用户空间接口 4. 与Android框架的集成

实际开发中需根据具体硬件平台调整PWM控制器配置，但整体实现思路具有通用性。 “`