無(wú)刷電機(jī)小車(chē)開(kāi)發(fā)記錄-PWM信號(hào)輸入捕獲驅(qū)動(dòng)

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之前是完成了BSP的移植和導(dǎo)入，接下來(lái)就要嘗試移植FOC（算法）了，開(kāi)源的FOC算法也比較多，我這里打算利用（Sim）pleFOC進(jìn)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(lèi)的（傳感器），（驅(qū)動(dòng)器）以及（無(wú)刷電機(jī)）。如果（硬件）使用的是它已經(jīng)適配的方案，則只需要簡(jiǎn)單配置一下就可以驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)器的適配計(jì)劃加到RTThread的驅(qū)動(dòng)這邊來(lái)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(qū)動(dòng)。

今天就先整理一下讀取磁編碼器PWM（信號(hào)）的輸入捕獲驅(qū)動(dòng)的移植記錄。其實(shí)某些適配更好的BSP內(nèi)的RTThread驅(qū)動(dòng)庫(kù)里面已經(jīng)有了輸入捕獲驅(qū)動(dòng)，但只是捕獲了輸入脈寬的時(shí)間，而我這里需要的是捕獲PWM信號(hào)的占空比，也就對(duì)應(yīng)了磁編碼器探測(cè)到的（電機(jī)）位置。但大體功能類(lèi)似，所以隨便找一個(gè)類(lèi)似的底層驅(qū)動(dòng)進(jìn)行一下修改和移植即可。

磁編碼器簡(jiǎn)介

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

移植RTT驅(qū)動(dòng)

這個(gè)比較簡(jiǎn)單，因?yàn)镽TT驅(qū)動(dòng)庫(kù)內(nèi)已經(jīng)有了“rt_inputcapture.c”的驅(qū)動(dòng)文件，在SDK的“（rt-thread）/components/drivers/misc”目錄下。只不過(guò)大多數(shù)的BSP沒(méi)有做對(duì)應(yīng)的適配而已。那先不管BSP那邊的適配問(wèn)題，先把這個(gè)C文件和對(duì)應(yīng)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(dòng)不大，主要改的是返回的數(shù)據(jù)除了脈寬時(shí)間還有一個(gè)周期時(shí)間，這樣就可以計(jì)算輸入PWM信號(hào)的占空比了。另外，原有的驅(qū)動(dòng)上使用的是ringbuffer做了一個(gè)數(shù)據(jù)緩存，這樣數(shù)據(jù)處理可以異步話，什么時(shí)候需要什么時(shí)候把緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)全部讀走即可。但各人考慮，我應(yīng)用的場(chǎng)合是用這個(gè)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)，這個(gè)PWM信號(hào)的輸入頻率也才1Khz，市面上大多數(shù)的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，底層控制頻率基本都達(dá)到了10Khz以上。

所以我這里肯定不需要異步處理的，會(huì)直接用這個(gè)信號(hào)觸發(fā)底層控制。而且控制效果還需要測(cè)試，如果轉(zhuǎn)速上不去或者抖動(dòng)厲害的話，可能還需要想辦法插值細(xì)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(cè)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(hào)量。到時(shí)候上層開(kāi)一個(gè)線程去等待這個(gè)信號(hào)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(hào)量，其它地方的修改都是一些簡(jiǎn)單的適配，由于C代碼較多，我這里就不都貼出來(lái)了，相信大家肯定會(huì)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(kāi)發(fā)完了，會(huì)整體開(kāi)源出來(lái)。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(qū)動(dòng)

BSP驅(qū)動(dòng)的適配稍微麻煩一點(diǎn)，如果大家能找到其它類(lèi)似BSP內(nèi)的相似驅(qū)動(dòng)可以進(jìn)行移植，那我這里簡(jiǎn)單找了一下并沒(méi)有找到，所以仿照RTT的驅(qū)動(dòng)適配方式，自己適配了一下。主要實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)就是開(kāi)啟每個(gè)（Ti）mer的CH0和CH1雙通道對(duì)CI0或者CI1輸入的PWM信號(hào)進(jìn)行采樣，一個(gè)捕獲脈寬，一個(gè)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(qū)動(dòng)庫(kù)A（PI），向上適配RTT的驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)或者關(guān)注我后續(xù)開(kāi)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(gòu)建文件

修改相關(guān)SConscript文件

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

ifGetDepend(['RT_USING_INPUT_CAPTURE']):

src=src+['rt_inputcapture.c']

意思很簡(jiǎn)單，就是當(dāng)rtconfig.h內(nèi)定義了”RT_USING_PWM_INPUT_CAPTURE”宏，則把“drv_pwm_inputcapture.c”和“rt_inputcapture.c”驅(qū)動(dòng)文件加入工程，更準(zhǔn)確的是加入編譯。

修改相關(guān)Kconfig文件

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

configRT_USING_INPUT_CAPTURE

bool"UsingINPUTCAPTUREdevicedrivers"

defaultn

管理BSP驅(qū)動(dòng)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(dāng)位置，仿照其它驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單，我這里適配了6個(gè)PWM的輸入捕獲驅(qū)動(dòng)，并且利用“select”語(yǔ)句，在BSP的驅(qū)動(dòng)管理里面自動(dòng)開(kāi)啟了RTT驅(qū)動(dòng)里面的“RT_USING_PWM_INPUT_CAPTURE”選項(xiàng)。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(jìn)行配置了：

測(cè)試

驅(qū)動(dòng)有了，再在頂層邏輯內(nèi)創(chuàng)建并實(shí)現(xiàn)兩個(gè)測(cè)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