在写PWM风扇驱动之前：如何透过FG信号，获取风扇转速？

在写PWM风扇驱动之前：如何透过FG信号，获取风扇转速？

本文以全志H713平台为例，详细介绍如何通过FG信号获取PWM风扇的转速信息。文章从风扇规格、FG信号原理到具体的软件算法实现，为嵌入式系统和驱动开发工程师提供了详尽的技术指导。

一、前言

PWM风扇是日常SOC智能设备开发中常见的外围设备，驱动工程师的主要工作是实现风扇的控制驱动，包括设定风扇速度和获取风扇转速信息。PWM风扇通过FG信号线反馈转速信息，本文将基于全志H713平台，介绍FG信号线的用法以及PWM风扇转速获取的算法。

二、风扇规格

2.1 线序

从风扇规格书中，可得知黄色线（YELLOW）为FB线。根据规定线序，接好线。

2.2 FG 信号说明

下图是风扇规格书中的FG信号说明，可以看到最下方有四个公式。对于新手而言，最开始看到这些公式可能会有些疑惑，后续可以通过推导理解公式的具体含义。

三、FG公式推导

FG信号是由风扇根据其转速反馈的一个方波频率信号。从图中可知，风扇转一圈的周期 T=T1+T2+T3+T4。

• 假设方波的频率为 f，则 f = 1 / T
• N = R.P.M，此处的R.P.M代表的是每分钟的转速，例如风扇每分钟转60圈，则N = R.P.M = 60 rpm，所以N就是转速

下面是一些公式的推导和验证，通过自己推导，就可以理解最终 N = FG * 30 的含义：

• N=R.P.M  电机铭牌中_R.P.M_就是指电机的额定转速，单位是：转/分。
• T = T1+T2+T3+T4， 可知 T 代表周期
• N / 60秒 = 每秒钟 n 转， 即 HZ （用 f 表示） 
• 60秒 / N = 1 / n = 1 / f   = T 周期
• 如按上升沿次数计算，一个周期里面有 2个上升沿，如1秒钟内有 a 个上升沿，a其实就是FG，我们可以通过下面来验证：
  • 则 f = a / 2 =>  T = 2 / a  ==> T = 2 / FG  ==>  FG = 2 / T = 1 / (2T) 
  • 则 频率 f = 1 / T , 转速 N = fx60秒 =  60秒 x  (1/ T) = 60 / ( 2/ FG) = FGx30 ， 即 N = FGx30
  • 综上，可得知FG = 1秒内出现的上升沿的次数，即上升沿中断的次数，
  • 之后可通过 N = FG x 30 得出风扇的R.P.M， 每分钟转速

四、软件算法解析

此软件算法已集成在全志公版代码之中，此处仅贴出必要部分做讲解。

4.1 HZ 的概念

Jiffy是在中声明的内核时间单位。为了理解Jiffy，需要引入一个新的常量HZ，它是jiffies在1s内递增的次数，每个增量被称为一个Tick。在全志内核中 #define HZ 1000，它代表的含义是1秒内有1000个Tick。

4.2 算法

从FG信号的原理，我们如何进行编码呢？答案是，我们只需要统计1秒内，或者说单位时间内 FG信号的上升沿次数就可以了，也就是利用中断触发的次数来统计，每次有FG的上升沿到来时，就将 nFgCount + 1。

比如，设定1个定时器，这个定时器每秒钟触发1次，每次触发，都读取nFgCount ，将其除以2就是频率f。

下面，演示的就是这个算法：

//（1）FG信号的中断处理函数，每次给自己+1
static irqreturn_t pulse_handler(int irq, void *dev_id)
{
    struct pwm_fan_ctx *ctx = dev_id;
    //每次FG引脚的中断触发，让pluses + 1
    atomic_inc(&ctx->pulses);
    return IRQ_HANDLED;
}

//（2）定时器的中断处理函数，每次触发，先获取pulse，用完后又将ctx->pulses归零，方便统计单位时间内次数
static void sample_timer(struct timer_list *t)
{
    struct pwm_fan_ctx *ctx = from_timer(ctx, t, rpm_timer);
    unsigned int delta = ktime_ms_delta(ktime_get(), ctx->sample_start);
    int pulses;
    if (delta) {
        pulses = atomic_read(&ctx->pulses);//1秒内发生的脉冲次数
        atomic_sub(pulses, &ctx->pulses);// 归零
        //此处delta的理论值应该是1000ms，但会有些小小误差
        //可见此处，最终计算每分钟转速的公式： RPM=FGx30
        ctx->rpm = (unsigned int)(pulses * 1000 * 60) /
            (ctx->pulses_per_revolution * delta);
        ctx->sample_start = ktime_get();
    }
    mod_timer(&ctx->rpm_timer, jiffies + HZ);//设置+HZ后超时，继续触发sample_timer函数
}

//（3）最后，来看一下这个风扇设备的Probe过程，其中绑定了中断和中断处理函数，初始化了计时器
static int pwm_fan_probe(struct platform_device *pdev)
{
    …… 略 ……
    //从DTS中解析中断 FG信号线的中断，interrupts 
    ctx->irq = platform_get_irq_optional(pdev, 0);
    if (ctx->irq == -EPROBE_DEFER)
        return ctx->irq;
    …… 略 ……
    timer_setup(&ctx->rpm_timer, sample_timer, 0);//初始化定时器和定时函数
    …… 略 ……
    of_property_read_u32(dev->of_node, "pulses-per-revolution", &ppr);
    ctx->pulses_per_revolution = ppr;//获取一个周期有几个pulses，PWM风扇一般为2个，具体见规格书
    if (!ctx->pulses_per_revolution) {
        dev_err(dev, "pulses-per-revolution can't be zero.\n");
        return -EINVAL;
    }
    if (ctx->irq > 0) {
        ret = devm_request_irq(dev, ctx->irq, pulse_handler, 0,
                       pdev->name, ctx);//绑定FG中断响应函数
        if (ret) {
            dev_err(dev, "Failed to request interrupt: %d\n", ret);
            return ret;
        }
        ctx->sample_start = ktime_get();//初始化开始时间
        mod_timer(&ctx->rpm_timer, jiffies + HZ);//定时器开始计时，+HZ 后响应定时中断
    }
    …… 略 ……
    //此处，将fan注册为 cooling device, 并提供了查询和设置当前风扇转速等级的函数，供Thermal使用
    ctx->pwm_fan_state = ctx->pwm_fan_max_state;
    if (IS_ENABLED(CONFIG_THERMAL)) {
        cdev = devm_thermal_of_cooling_device_register(dev,
            dev->of_node, "pwm-fan", ctx, &pwm_fan_cooling_ops);
        if (IS_ERR(cdev)) {
            ret = PTR_ERR(cdev);
            dev_err(dev,
                "Failed to register pwm-fan as cooling device: %d\n",
                ret);
            return ret;
        }
        ctx->cdev = cdev;
        thermal_cdev_update(cdev);
    }
}

五、篇尾

谢谢关注~