NXP iMX7 M4核心PWM驱动开发

1). 简介

在早先的一篇文章已经介绍过基于NXP iMX7 异构多核架构进行开发调试，本文就延续这一篇文章的介绍，以PWM功能为示例着重介绍在iMX7 多核架构里面的M4核心上面开发驱动的方式。

而本文所演示的ARM平台同样来自于Toradex 基于NXP iMX7 ARM处理器的Colibri iMX7 ARM嵌入式平台。

2. 准备

a). ColibriiMX7S ARM核心版配合ColibriEvaluation Board，分别连接A7核心默认调试串口UART1（载板X27）和M4核心默认调试串口UART2（载板X25上）到开发主机方便调试，另外由于iMX7S只支持一个USB接口，需要通过载板X30连接一个USB Hub后来扩展键盘鼠标外设。更多关于Colibri iMX7的说明请参考Datasheet和Linux开发上手指南。

b). Colibri iMX7A7核心系统使用Toradex官方发布的EmbeddedLinux，更新方法请参考这里。

c). 另外，由于本文演示示例使用到了载板上面PWM驱动LED和按键资源，需要连接如下：

X10 SODIMM-28 -> X21LED1

X10 SODIMM-133 -> X21SW6

d). SEGGER J-Link 仿真器，USB一端连接开发主机，JTAG一端连接载板X13。

3). Colibri iMX7 M4核心FreeRTOS基本资料

a). Colibri iMX7 架构基本说明请参考如下：

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

b). 本示例中M4核心运行FreeRTOS v8系统，相关的源代码和sample程序请从下面git下载：

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

c). 基本的SDK配置和编译请参考如下：

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

d). 编译好的M4 firmware如何在Colibri iMX7上面加载运行请参考如下：

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

e). 几个自带的sample代码简单说明请参考如下：

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

4). Colibri iMX7 M4核心FreeRTOS PWM驱动开发

a). 在上一章节中提到的iMX7 M4 FreeRTOS源代码中，已经包含了一些接口的驱动示例，比如GPIO，UART，I2C，Flexcan等，但并没有包含PWM部分，因此我们需要手动添加PWM驱动。

b). 首先我们要找到提供iMX7芯片核心寄存器定义的macrocode文件，获取PWM相关寄存器定义以及做细微调整。

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

这个文件是整个iMX7 M4 FreeRTOS代码最核心的文件之一，里面定义了所有芯片寄存器macro code，具体的寄存器功能说明需要参照 NXP iMX7 Reference Manual文档。

./ 在这个文件里面，如下”PWM Peripheral Access Layer”开始的部分定义了PWM相关的寄存器，是最关键的部分。

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 -- 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;                                 /**< PWMInterrupt Register, offset: 0x8 */

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

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

__I   uint32_tPWMCNR;                                /**< PWM Counter Register, offset: 0x14 */

} PWM_Type, *PWM_MemMapPtr;

…

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

./ 在这里，为了后面PWM驱动配置方便，我们做了如下patch

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

c). 然后是关于CCM（ClockControl Module）驱动配置头文件，添加PWM所需要的clock源

./ 文件为 - 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). 接下来就是在 ”plaftform/drivers/inc” 和 ”platform/drivers/src” 下分别增加PWM驱动头文件”pwm_imx.h” 和源文件 ”pwm_imx.c”，完成PWM相关基本寄存器的读写操作等基本功能函数的实现。

./ pwm_imx.h 文件代码如下

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

./ pwm_imx.c 文件代码如下

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

5). Colibri iMX7 M4核心FreeRTOSPWM驱动应用示例

a). 在上面章节基本驱动配置好之后，我们就可以调用驱动进行示例开发了。本文就简单演示通过一个GPIO按键来动态调整PWM输出占空比的示例。本示例所使用的GPIO Key为examples里面已经配置的”BOARD_GPIO_KEY_CONFIG”，PWM使用为PWM2。

b). 首先进入 “examples/imx7_colibri_m4”目录，对几个基本文件进行修改适配

./ board.h – 这个文件定义了当前examples下所有示例所涉及到的接口，中断，clock等定义，因此需要将PWM2相关定义添加进来，如下面patch。

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

./ pin_mux.h 和pin_mux.c – 定义了除了GPIO之外的所有示例所涉及的接口功能的对应管脚的Pin Mux配置，这里我们将PWM2的管脚配置添加进来，如下面patch。GPIO管脚的Pin Mux配置在gpio_pins.h/gpio_pins.c 中定义。

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

c). 然后再创建 ”pwm_imx” 目录，为了方便，可以复制同一目录下的 gpio_imx目录后进行修改。

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

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

./ main.c – 主程序文件，包含三个子程序和main主程序，三个子程序分别负责GPIO初始化，GPIO Key按键响应处理以及PWM中断Handler，main主程序完成了对GPIO和PWM初始化配置后，在每次按键的时候将PWM输出占空比从25%-50%-75%之间循环，具体代码如下：

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

./ 最后修改“armgcc/CMakeLists.txt” 文件，将所有新创建的文件包含进去，然后进行编译，具体内容如下：

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

./ 对iMX7 M4 FreeRTOS代码进行debug的方法请参考这里，本文就不再赘述。

6). Colibri iMX7 M4 PWM驱动示例部署

a). 在部署之前，首先需要确保将本文所使用的PWM2 从iMX7 A7 核心Linux device tree中disable，以免发生资源冲突。有两种方法如下：

./ 参考这里下载A7 Linux kernel源代码，再参考这里修改device tree后重新编译部署。

./ 可以直接在uboot中通过”fdt_fixup” 环境变量来临时禁止某个外设

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/* read device tree file and print details*/

# ubipart ubi

# ubiread ${fdt_addr_r} dtb

# fdtaddr ${fdt_addr_r}

# fdtlist

/* find PWM2 related setting */

# fdtlist /soc/aips-bus@30400000/pwm@30670000

/* set fdt_fixupvariable with UARTB and PWM2 disable */

# setenvfdt_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). 然后就可以参考上面的相关文档或者之前的文章进行加载M4 firmware运行了

./ 程序开始运行，如下示波器测量数据所示，PWM2输出周期为500ms（周期来自main主函数文件里面的配置），占空比为25%，从LED等可以看到亮的时间比灭的时间较短。

./ 然后按动载板按键SW6一次，PWM2 输出周期不变，占空比会变成50%。

./ 再次按动载板按键SW6一次，PWM2 输出周期不变，占空比会变成75%。

./ 以后每次按键都会循环上述过程。

7). 总结

如上述示例，iMX7 M4 核心可以非常方便的开发外设驱动并进行调用，尤其是基于FreeRTOS，相对于直接配置寄存器就更直观写，代码也更具备灵活性和重用性。