無刷電機小車開發(fā)記錄-PWM信號輸入捕獲驅動

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之前是完成了BSP的移植和導入，接下來就要嘗試移植FOC（算法）了，開源的FOC算法也比較多，我這里打算利用（Sim）pleFOC進行移植。本身的SimpleFOC是基于（C++）的，這里要移植成C代碼。另外，SimpleFOC的（SD）K其中已經(jīng)適配了很多種類的（傳感器），（驅動器）以及（無刷電機）。如果（硬件）使用的是它已經(jīng)適配的方案，則只需要簡單配置一下就可以驅動了。

而我這里是要在（RTThread）下移植FOC，更傾向于使用RTThread的框架，所以各種傳感器和驅動器的適配計劃加到RTThread的驅動這邊來做。FOC那邊只移植SimpleFOC的核心算法即可。所以在正式移植FOC算法之前，還需要先搭建用到的底層驅動。

今天就先整理一下讀取磁編碼器PWM（信號）的輸入捕獲驅動的移植記錄。其實某些適配更好的BSP內(nèi)的RTThread驅動庫里面已經(jīng)有了輸入捕獲驅動，但只是捕獲了輸入脈寬的時間，而我這里需要的是捕獲PWM信號的占空比，也就對應了磁編碼器探測到的（電機）位置。但大體功能類似，所以隨便找一個類似的底層驅動進行一下修改和移植即可。

磁編碼器簡介

我這里用的是賽卓（電子）的國產(chǎn)磁編碼器（芯片）SC60228，詳情請看其數(shù)據(jù)手冊，主要特性如下：

移植RTT驅動

這個比較簡單，因為RTT驅動庫內(nèi)已經(jīng)有了“rt_inputcapture.c”的驅動文件，在SDK的“（rt-thread）/components/drivers/misc”目錄下。只不過大多數(shù)的BSP沒有做對應的適配而已。那先不管BSP那邊的適配問題，先把這個C文件和對應的頭文件拷貝一份，比如我重命名為“PWM_input_capture.c”和“PWM_input_capture.h”。

然后代碼內(nèi)容改動不大，主要改的是返回的數(shù)據(jù)除了脈寬時間還有一個周期時間，這樣就可以計算輸入PWM信號的占空比了。另外，原有的驅動上使用的是ringbuffer做了一個數(shù)據(jù)緩存，這樣數(shù)據(jù)處理可以異步話，什么時候需要什么時候把緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)全部讀走即可。但各人考慮，我應用的場合是用這個信號來驅動無刷電機，這個PWM信號的輸入頻率也才1Khz，市面上大多數(shù)的無刷電機驅動，底層控制頻率基本都達到了10Khz以上。

所以我這里肯定不需要異步處理的，會直接用這個信號觸發(fā)底層控制。而且控制效果還需要測試，如果轉速上不去或者抖動厲害的話，可能還需要想辦法插值細化或者改用SPI讀?。ň幋a器）數(shù)據(jù)（這也是為什么硬件上做了兩種（接口）的原因，就是想去測試探索一些好玩的東西）。所以我這里是直接去掉了ringbuffer，加入了信號量。到時候上層開一個線程去等待這個信號量去跑FOC算法。頭文件修改如下：

structpwm_inputcapture_data

{

rt_uint32_tpulsewidth_us;//脈寬

rt_uint32_tpulsecycle_us;//周期

};

structpwm_inputcapture_device

{

structrt_deviceparent;

conststructpwm_inputcapture_opsops;

rt_sem_tsem;

structpwm_inputcapture_datapulse_pa（ram）;

};

/

captureoperators

*/

structpwm_inputcapture_ops

{

rt_err_t(*init)(structpwm_inputcapture_device*inputcapture);

rt_err_t(*open)(structpwm_inputcapture_device*inputcapture);

rt_err_t(*close)(structpwm_inputcapture_device*inputcapture);

};

voidpwm_hw_inputcapture_isr(structpwm_inputcapture_device*inputcapture);

rt_err_trt_device_pwm_inputcapture_register(structpwm_inputcapture_device*inputcapture,

constchar*name,

void*data);

C文件主要修改的是回調(diào)函數(shù)，把之前的數(shù)據(jù)加入ringbuffer的操作改成了釋放信號量，其它地方的修改都是一些簡單的適配，由于C代碼較多，我這里就不都貼出來了，相信大家肯定會自己完成適配，甚至比我的還要適配的好。而我的代碼，等我第一期的功能開發(fā)完了，會整體開源出來。C代碼主要修改的回調(diào)函數(shù)如下：

voidrt_hw_pwm_inputcapture_isr(structpwm_inputcapture_device*inputcapture)

{

rt_sem_release(inputcapture->sem);

if(inputcapture->parent.rx_indica（te）!=RT_NULL)

inputcapture->parent.rx_indicate(

}

適配BSP驅動

BSP驅動的適配稍微麻煩一點，如果大家能找到其它類似BSP內(nèi)的相似驅動可以進行移植，那我這里簡單找了一下并沒有找到，所以仿照RTT的驅動適配方式，自己適配了一下。主要實現(xiàn)要點就是開啟每個（Ti）mer的CH0和CH1雙通道對CI0或者CI1輸入的PWM信號進行采樣，一個捕獲脈寬，一個捕獲周期，從而得到占空比。剩下的就是一些向下調(diào)用（GD32）的驅動庫A（PI），向上適配RTT的驅動接口。同樣，下面只給出主要的初始化代碼和中斷處理代碼，其它的可自行實現(xiàn)或者關注我后續(xù)開源的代碼。

rt_err_tpwm_inputcap_init(structpwm_inputcapture_device*pwm_incap)

{

uint32_tsys_clk_freq;

uint32_ttimer_prescaler=1;

uint32_ttrigger_ch;

timer_parameter_structTimerConfig;

timer_（ic）_parameter_structTimerICConfig;

structgd32_pwm_inputcapture_devicepwm_incap_device;

pwm_incap_device=(structgd32_pwm_inputcapture_device)pwm_incap;

rcu_periph_clock_enable(pwm_incap_device->timer_rcu);

rcu_periph_clock_enable(pwm_incap_device->GPIO_rcu);

gpio_init(pwm_incap_device->GPIOx,GPIO_MODE_IN_FLOATING,GPIO_OSPEED_50MHZ,pwm_incap_device->PINx);

sys_clk_freq=rcu_clock_freq_get(CK_SYS);

LOG_I("systemclockfrequency:%d",sys_clk_freq);

TimerConfig.alignedmode=TIMER_COUNTER_EDGE;

TimerConfig.clockdivision=TIMER_CKDIV_DIV1;

TimerConfig.counterdirection=TIMER_COUNTER_UP;

TimerConfig.period=65535U;

do{

if(sys_clk_freq/timer_prescaler/TimerConfig.periodinput_freq_min)

break;

if(timer_prescaler==65536)

{

rt_kprintf("（can）notconfiguretheprescalerf（or）inputsignalfrequency:%dhzn",pwm_incap_device->input_freq_min);

returnRT_ERROR;

}

timer_prescaler++;

}while(1);

TimerConfig.prescaler=timer_prescaler-1;

TimerConfig.repetitioncounter=0;

timer_init(pwm_incap_device->timerx,

LOG_I("%stimerprescaler:%d",pwm_incap_device->name,timer_prescaler);

TimerICConfig.icfilter=10;

TimerICConfig.icpolarity=TIMER_IC_POLARITY_RISING;

TimerICConfig.icprescaler=TIMER_IC_PSC_DIV1;

TimerICConfig.icselection=TIMER_IC_SELECTION_DIRECTTI;

timer_input_pwm_capture_config(pwm_incap_device->timerx,pwm_incap_device->input_ch,

timer_interrupt_flag_clear(pwm_incap_device->timerx,TIMER_INT_FLAG_UP);

timer_interrupt_enable(pwm_incap_device->timerx,TIMER_INT_UP);

trigger_ch=((pwm_incap_device->input_ch==TIMER_CH_0)?TIMER_SMCFG_TRGSEL_CI0FE0:TIMER_SMCFG_TRGSEL_CI1FE1);

timer_input_trigger_source_select(pwm_incap_device->timerx,trigger_ch);

timer_slave_mode_select(pwm_incap_device->timerx,TIMER_SLAVE_MODE_RESTART);

timer_external_trigger_config(pwm_incap_device->timerx,TIMER_EXT_TRI_PSC_OFF,TIMER_ETP_RISING,10);

NVIC_SetPriority(pwm_incap_device->timerx_irqn,3);

NVIC_EnableIRQ(pwm_incap_device->timerx_irqn);

timer_enable(pwm_incap_device->timerx);

returnRT_EOK;

}

voidpwm_inputcapture_update_isr(structgd32_pwm_inputcapture_devicedevice)

{

uint32_twidth_ch;

/TIMUpdateevent*/

if(timer_interrupt_flag_get(device->timerx,TIMER_INT_FLAG_UP)!=RESET)

{

timer_interrupt_flag_clear(device->timerx,TIMER_INT_FLAG_UP);

device->pwm_inputcap.pulse_param.pulsecycle_us=timer_channel_capture_value_register_re（ad）(device->timerx,device->input_ch);

width_ch=((device->input_ch==TIMER_CH_0)?(TIMER_CH_1):(TIMER_CH_0));

device->pwm_inputcap.pulse_param.pulsewidth_us=timer_channel_capture_value_register_read(device->timerx,width_ch);

rt_hw_pwm_inputcapture_isr(device);

}

}

修改工程構建文件

修改相關SConscript文件

在“l(fā)ibraries/gd32_drivers/SConscript”文件內(nèi)的適當位置加入如下代碼：

ifGetDepend(['RT_USING_PWM_INPUT_CAPTURE']):

src+=['drv_pwm_inputcapture.c']

在“rt-thread/components/drivers/misc/SConscript”文件內(nèi)的適當位置加入如下代碼：

ifGetDepend(['RT_USING_INPUT_CAPTURE']):

src=src+['rt_inputcapture.c']

意思很簡單，就是當rtconfig.h內(nèi)定義了”RT_USING_PWM_INPUT_CAPTURE”宏，則把“drv_pwm_inputcapture.c”和“rt_inputcapture.c”驅動文件加入工程，更準確的是加入編譯。

修改相關Kconfig文件

在“rt-thread/components/drivers/Kconfig”文件內(nèi)的適當位置加入如下代碼：

configRT_USING_INPUT_CAPTURE

bool"UsingINPUTCAPTUREdevicedrivers"

defaultn

管理BSP驅動代碼的Kconfig文件不再librares目錄下，而是在board目錄下。于是在“board/Kconfig”文件內(nèi)的適當位置，仿照其它驅動加入如下代碼：

menuconfigBSP_USING_PWM_INPUTCAPTURE

bool"Enablepwminputcapture"

defaultn

selectRT_USING_PWM_INPUT_CAPTURE

ifBSP_USING_PWM_INPUTCAPTURE

configBSP_USING_PWM_INPUTCAPTURE1

bool"Enablepwminputcapture1"

defaultn

configBSP_USING_PWM_INPUTCAPTURE2

bool"Enablepwminputcapture2"

defaultn

configBSP_USING_PWM_INPUTCAPTURE3

bool"Enablepwminputcapture3"

defaultn

configBSP_USING_PWM_INPUTCAPTURE4

bool"Enablepwminputcapture4"

defaultn

configBSP_USING_PWM_INPUTCAPTURE5

bool"Enablepwminputcapture5"

defaultn

configBSP_USING_PWM_INPUTCAPTURE6

bool"Enablepwminputcapture6"

defaultn

endif

意思也比較簡單，我這里適配了6個PWM的輸入捕獲驅動，并且利用“select”語句，在BSP的驅動管理里面自動開啟了RTT驅動里面的“RT_USING_PWM_INPUT_CAPTURE”選項。修改完上述代碼后，就可以用menuconfig命令或者RTThreadIDE的RT-ThreadSettings圖形配置界面內(nèi)進行配置了：

測試

驅動有了，再在頂層邏輯內(nèi)創(chuàng)建并實現(xiàn)兩個測試線程：

intmain(void)

{

...

rt_thread_tMotorL_encoder_thread;

MotorL_encoder_thread=rt_thread_create("MotorLEncoder",MotorLEncoder_thread_entry,RT_NULL,1024,4,20);

rt_thread_startup(MotorL_encoder_thread);

rt_thread_tMotorR_encoder_thread;

MotorR_encoder_thread=rt_thread_create("MotorREncoder",MotorREncoder_thread_entry,RT_NULL,1024,4,20);

rt_thread_startup(MotorR_encoder_thread);

...

}

voidMotorLEncoder_thread_entry(void*parameter)

{

rt_device_tLpwm_input_dev;

rt_uint16_tw（ai）t_i;

structpwm_inputcapture_device*inputcap_dev;

Lpwm_input_dev=rt_device_find("pwm_inputcap1");

if(Lpwm_input_dev==RT_NULL)

return;

inputcap_dev=(structpwm_inputcapture_device*)Lpwm_input_dev;

rt_device_open(Lpwm_input_dev,RT_DEVICE_OFLAG_RDONLY);

while(1)

{

if(inputcap_dev->sem!=RT_NULL)

{

rt_sem_take(inputcap_dev->sem,RT_WAITING_FOREVER);

if(wait_i++>=1000)

{

rt_kprintf("MotorLencoder:tt%dn",inputcap_dev->pulse_param.pulsewidth_us*10000/inputcap_dev->pulse_param.pulsecycle_us);

wait_i=0;

}

}

}

}

voidMotorREncoder_thread_entry(void*parameter)

{

rt_device_tRpwm_input_dev;

rt_uint16_twait_i;

structpwm_inputcapture_de