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开发板 ：NanoPC-T4开发板 eMMC ：16GB LPDDR3 ：4GB 显示屏 ：15.6英寸HDMI接口显示屏 u-boot ：2023.04 linux ：6.3 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

我所使用的NanoPC-T4开发板可以外接一个散热风扇，我们首先来介绍一下散热风扇硬件相关的内容。

下图是我们使用的NanoPC-T4开发板散热风扇的接线图：

VCC_12V0_SYS为系统电压，电压级别为12V。我们可以通过GPIO和PWM实现对风扇的控制；

上图中：

至于GPIO2_A6_FAN_TACH引脚是用来测量转速的。

连接器型号: JST GH系列连接器，3Pin，BM03B-GHS-TBT：

这一节我们将介绍如何通过控制GPIO口来实现控制散热风扇的运行和停止。

既然是控制GPIO口，那自然少不了GPIO子系统。我们在文章《linux驱动移植-GPIO子系统》中介绍过GPIO子系统相关的内容，但是有一块内容却遗漏掉了，那就是有关通过sysfs来将控制GPIO。

linux内核对GPIO资源进行了抽象，抽象出来的概念就是gpiolib；gpiolib汇总了GPIO的通用操作，根据GPIO的特性：

此外，为了方便应用层控制GPIO口，GPIO子系统提供了通过sysfs控制GPIO就的方式，应用层通过sysfs操作GPIO的前提是内核中已经向GPIO子系统注册GPIO资源，并且在/sys/class/目录下可以看到gpio类。

这里我们需要进行如下配置：

其中：

CONFIG_GPIOLIB一般都是选择y，因为其它驱动会用到GPIO子系统；CONFIG_GPIO_SYSFS根据自己的需求来进行选择，如果不需要通过/sys/class/gpio目录下的文件来操作GPIO口，就不需要开启。

一般IO电源的电压有1.8v，3.3v，2.5v，5.0v等，有些IO同时支持多种电压，io-domain就是配置IO电源域的寄存器，依据真实的硬件电压范围来配置对应的电压寄存器，否则无法正常工作。

在RK3399的datasheet中我们搜索GRF_IO_VSEL寄存器，位于GRF偏移地址offset(0x0e640)：

支持两种电压配置：

在 Documentation/devicetree/bindings/power/rockchip-io-domain.yaml文中有关于RK3399 IO电源域的配置描述描述：

通过查看rockchip-io-domain.yaml文中文档， 我们知道了RK3399的电源域需要配置包含bt565，audio，sdmmc，gpio1830，以及PMUGRF下面的pmu1830这几个supply，后面的The supplyconnected to ***_VDD表示在硬件原理图上对应的名称。

我们在rockchip-io-domain.yml中找到了gpio1830-supply对应的硬件原理图上表示为APIO4_VDD。所以通过搜索APIO4_VDD得到NanoPC-T4开发板 硬件原理图上的APIO4_VDD电源VCC_3V0是由rk808下的15号引脚VLDO8输出的；

得到了配置的名称和供电源头，在设备树里面找到对应的regulator: vcc_3v0，就可以在arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-evb.dts中追加配置；

注意：这里为了方便我直接把所有可能用到的电源域都配置上了。

在linux内核根目录下执行如下命令进行编译内核：

u-boot-2023.04路径下的mkimage工具拷贝过来，然后在命令行使用mkimage工具编译即可：

给开发板上电，同时连接上网线，进入uboot命令行。我们将内核拷贝到tftp文件目录：

接着给开发板上电。通过uboot命令行将kernel.itb下到内存地址0x10000000处：

通过mmc write命令将内核镜像烧录到eMMC第0x8000个扇区处：

开发板上电后，查看/sys/class/gpio目录；

gpiochipXX：每个文件夹对应一个GPIO控制器，名字的末尾是GPIO控制器中第一个GPIO口在内核中的编号；

每个gpiochipXX文件夹下面都有base、label、ngpio文件；

其中：

这些数据是和内核中用来表示GPIO控制器的struct gpio_chip结构体对应的，以gpiochip128为例；

GPIO控制器名字是gpio4，包含32个GPIO口（GPIO4_A0~A7、GPIO4_B0~B7、GPIO4_C0~B7、GPIO4_D0~D7），第一个GPIO口在内核的编号是128，所以该端口包含128-159号GPIO口。

GPIO资源对上层应用是以文件的形式呈现的，应用操作GPIO口就是读写相应的文件。GPIO的操作接口包括direction和value等；

操作GPIO口步骤；

更多内容可以参考：Documentation/admin-guide/gpio/sysfs.rst；

当前控制风扇通过控制GPIO高低电平来实现，查找GPIO口编号；

GPIO4_C6/PWM1在GPIO子系统的编号为150。

导出GPIO口:

查看GPIO文件夹下会多出gpio150文件夹：

进入文件夹gpio150；

设置为输出：

direction接受的参数可以是：in、out、high、low。其中参数high/ low在设置方向为输出的同时将value设置为相应的1/0。

修改GPIO口状态，输出高电平，此时散热风扇会工作：

输出低电平，此时散热风扇会停止工作

查看输出值：

注意：需要先配置电源域设备节点gpio1830-supply：不然的话GPIO4_C6口的输出不会生效。

PWM全称是脉宽调制技术，它通过在一个固定周期内改变信号的占空比来模拟不同的电平或功率输出，因此PWM有两个很重要的参数：

通过改变PWM信号的频率和占空比，可以实现不同的控制效果。例如，在电机控制中，可以通过调整PWM信号的频率和占空比来控制电机的转速和方向。

风扇驱动位于drivers/hwmon/pwm-fan.c，设备节点的配置参考文档 Documentation/devicetree/bindings/hwmon/pwm-fan.txt。

在arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-evb.dts中追加配置；

其中：

节点属性pwms用于控制风扇的PWM，这里指定为pwm的phandle，后面有三个参数：

参数1：表示index (per-chip index of the PWM to request)，一般是 0，因为Rockchip PWM每个 chip只有一个；

参数 2：表示 PWM输出波形的时间周期，单位是ns；上面我们配置的50000就是表示想要得到的 PWM输出周期是20KHz；

参数3：表示极性，为可选参数；

属性cooling-levels：PWM占空比的取值范围是0到255（注意这里不是0~100），对应着热量冷却状态。这些值通常被映射到特定的占空比，用于控制风扇或泵等冷却设备的速度；档位数量和大小可以自己定义，这里配置6个档位（档位对应到内核专业术语为cooling state）；

配置占空比的取值为0时，即引脚在一个时钟周期全部输出低电平，风扇停止转动，转速最慢；

配置占空比的取值为12时，即引脚在一个时钟周期输出高定平占比为12/255，风扇开始转动，转速较慢；

......

配置占空比的取值为255时，即引脚在一个时钟周期输出高定平占比为1，风扇全速运转，转速最快；

属性fan-supply：提供给风扇电源的电压调节器所使用的phandle；

PWM驱动位于drivers/pwm/pwm-rockchip.c，设备节点的配置参考文档 ：

在arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-evb.dts中追加配置；

pwm1定义在arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi文件；

由于控制引脚接GPIO4_C6/PWM1，这里配置GPIO4_C6引脚功能复用为pwm1_pin；

配置内核：

配置完内核之后记得保存配置：

存档：

重新配置内核（如果不想重新编译内核，可以存档一份到.config）：

在linux内核根目录下执行如下命令进行编译内核：

u-boot-2023.04路径下的mkimage工具拷贝过来，然后在命令行使用mkimage工具编译即可：

给开发板上电，同时连接上网线，进入uboot命令行。我们将内核拷贝到tftp文件目录：

接着给开发板上电。通过uboot命令行将kernel.itb下到内存地址0x10000000处：

通过mmc write命令将内核镜像烧录到eMMC第0x8000个扇区处：

开发板重新上电后，我们发现散热风扇并没有转动，这是因为我们缺少了Thermal（温度控制）相关的配置，这个我们放在后面介绍。

但是我们可以通过用户空间接口直接去修改pwm占空比达到控制散热风扇转速的目的。

pwm-fan提供了用户层的接口，通过修改占空比达到控制风扇转动，占空比的有效操作在0-255之间，数据值越大，散热风扇转速越快；

PWM提供了用户层的接口，在 /sys/class/pwm/节点下面，PWM驱动加载成功后，会在/sys/class/pwm/目录下产生pwmchipX目录，这里咱们以pwmchip0（非散热风扇使用的PWM）为例；

向export文件写入1，就是打开pwm定时器1，会产生一个pwm1目录，相反的往unexport写入1就会关闭pwm定时器了，同时pwm0目录会被删除。

/sys/class/pwm/pwmchip0/pwm0目录下有以下几个文件：

设置pwm0输出频率100KHz，占空比50%, 极性为正极性：

Thermal是内核开发者定义的一套支持根据指定governor控制系统温度，以防止芯片过热的框架模型。Thermal框架由governor、core、cooling device、sensor driver组成；

其中：

目前内核支持的温控策略较多，具体如下：

thermal cooling device对应系统实施冷却措施的驱动，是温控的执行者。cooling device维护一个cooling等级，即state，一般state越高即系统的冷却需求越高；cooling device根据不同等级的冷却需求进行冷却行为。

cooling device只根据state进行冷却操作，是实施者，而state的计算由thermal governor完成。

tsadc控制器模块支持用户定义模式和自动模式;

我们使用的开发板是有过温保护电路设计的，如下图所示；

硬件引脚接线如下：

tsadc（Temperature Sensor ADC）在温控中作为thermal sensor，用于获取温度，tsadc驱动位于drivers/thermal/rockchip_thermal.c，设备节点的配置参考文档 Documentation/devicetree/bindings/thermal/rockchip-thermal.yaml。

在arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-evb.dts中追加配置；

在arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi中配置有设备节点tsadc：

其中：

引脚配置节点otp_pin和otp_out 定义如下；

otp_out节点就是配置GPIO1_PA6引脚功能复用为tsadc_int；

cooling device设备节点的配置参考文档 Documentation/devicetree/bindings/thermal/thermal-cooling-devices.yaml；

cpu在温控中作为cooling device，节点中需要包含#cooling-cells、dynamic-power-coefficient属性；

Power allocator温控策略引入PID控制，根据当前温度，动态给各cooling device分配power，温度低的时候可分配的power比较大，即可以运行的频率高，随着温度上升，可分配的power逐渐减小，可运行的频率也逐渐降低，从而达到根据温度限制频率。

在arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi中配置有设备节点cpu_l0、cpu_l1、cpu_l2、cpu_l3、cpu_b0 、cpu_b1：对应四Cortex-A53小核结构(up to 1.5GHz)+双Cortex-A72大核(up to 2.0GHz) ；

以cpu_l0 、cpu_b0为例，配置如下：

gpu在温控中作为cooling device，节点定义如下；

thermal zone代表一个温控管理区间，可以将其看做一个虚拟意义上的温度thermal sensor， 需要有对应的物理thermal sensor与其关联再能发挥作用；

thermal_zones设备节点的配置参考文档 Documentation/devicetree/bindings/thermal/thermal-zones.yaml；

在arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi中配置有设备节点thermal_zones；

其中：

在arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-evb.dts中追加配置；

这里我们配置了温度超过一定阈值时，比如上面cpu_warm配置的触发温度为55摄氏度，采用散热风扇主动冷却。

其中vdd_cpu_l、vdd_cpu_l定义在i2c0设备节点下：

配置内核：

通过Default Thermal governor配置项，可以选择温控策略，可以根据实际产品需求进⾏修改。

配置完内核之后记得保存配置：

存档：

重新配置内核（如果不想重新编译内核，可以存档一份到.config）：

在linux内核根目录下执行如下命令进行编译内核：

u-boot-2023.04路径下的mkimage工具拷贝过来，然后在命令行使用mkimage工具编译即可：

给开发板上电，同时连接上网线，进入uboot命令行。我们将内核拷贝到tftp文件目录：

接着给开发板上电。通过uboot命令行将kernel.itb下到内存地址0x10000000处：

通过mmc write命令将内核镜像烧录到eMMC第0x8000个扇区处：

thermal提供了用户层的接口，在 /sys/class/thermal/节点下面；

可以通过下面的节点查看风扇这个cooling device的信息:

获取cooling device当前的档位为0，即风扇转速最小，处于停止状态：

获取cooling device最大档位：

可以echo 0-5的值到/sys/class/thermal/cooling_device0/cur_state进行手动调试转速；

有的平台thermal_zones节点下只有1个子节点，对应/sys/class/thermal/目录下也只有thermal_zone0一个子目录；有的平台有两个子节点，对应/sys/class/thermal/目录下就会有thermal_zone0和thermal_zone1子目录。

通过用户态接口可以切换温控策略，查看当前温度等。：

其中：

由于采用了step_wise温控策略，对于cooling state选择的策略；

其中：throttle =当前温度 > trip point设备节点中设置的触发温度temperature/滞后温度；

step_wise是每个轮询周期逐级提高冷却状态，是一种相对温和的温控策略。

我想测试温度为120摄氏度时是否会强制关机，可以输入如下命令：

参考文章

[1] rk3399 linux风扇调试

[2] PWM控制

[3] 2.6.35内核的gpio子系统详解

[4] 控制rk3399的某个GPIO

[5] Rockchip_Developer_Guide_Linux_IO_DOMAIN_CN.pdf

[6] RK3399 Thermal (温度控制)

[7] Linux Thermal 学习笔记

[8] Rockchip_Developer_Guide_Thermal_CN.pdf