今日进行SG90舵机驱动开发，功能：实现舵机精准旋转角度

1.SG90原理

SG90舵机在大家入门STM32时应该都接触过，也叫伺服电机，在嵌入式开发中，舵机作为一种常见的运动控制组件，具有广泛的应用。其中，SG90 舵机以其高效、稳定的性能特点，成为了许多工程师和爱好者的首选，无论是航模、云台、机器人、智能小车中都有它的身影。

工作参数如下：

• 工作扭矩：1.6kg/cm

• 反应速度：0.12 - 0.13秒/60°

• 死区设定：5us

• 转动角度：常见0°、90°、180°、360°

• 齿轮材质：尼龙塑料齿

• 工作电压：3V - 6V

• 温度范围：-30° ~ +60°

引脚接线参考如下：

SG90	STM32
PWM 信号线（橙色线）	任意GPIO
VCC（红线）	3.3/5V
GND（棕色线）	GND

舵机的控制信号是通过脉冲宽度调制（PWM）来实现的。PWM 信号的周期通常为20ms，而脉冲宽度则在 0.5ms 至 2.5ms 之间变化。这个脉冲宽度与舵盘的位置呈线性关系，范围从0度到180度。

当给舵机提供特定宽度的脉冲信号时，输出轴会保持在相应的角度上，不受外界转矩的影响，直到接收到不同宽度的脉冲信号才会改变输出角度，使舵盘移动到新的位置。舵机内部有一个基准电路，产生周期为 20ms、宽度为 1.5ms 的基准信号。同时，还有一个比较器，用于将外部输入信号与基准信号进行比较，以确定转动方向和幅度，并生成驱动电机转动的信号。

控制电路板接收来自信号线的 PWM 控制信号，然后控制电机的转动。电机带动一系列齿轮组，在经过减速传动后，将力量传递到输出舵盘上。舵机的输出轴与位置反馈电位计相连，当舵盘旋转时，位置反馈电位计也会随之变化，向控制电路板输出电压信号进行反馈。控制电路板根据位置反馈信号判断当前位置，并决定电机的转动方向和速度，以实现目标停止。

为了控制舵机，需要使用单片机来生成周期为 20ms 的脉冲信号，并通过控制脉冲的高电平时间在 0.5ms 至 2.5ms 之间来控制舵机的角度。这样，我们可以通过调整 PWM 信号的脉冲宽度来精确控制舵机的位置和运动。

以 SG90，180度版为例，那么对应的控制关系是这样的：

0.5ms	0°	2.5%
1.0ms	45°	5.0%
1.5ms	90°	7.5%
2.0ms	135°	10.0%
脉冲高电平	角度	占空比
2.5ms	180°	12.5%

2.编写设备树信息

查看韦东山STM32MP157开发板的外接模块，我选择了PD8引脚（后续发现这个引脚不可用）

修改pwm 的pinctrl设备树信息：

vi stm32mp157-100ask-pinctrl.dtsi

找到pwm1_pins_a，在其pinmux中增加定时器1通道3，指定PD8引脚

然后找到定时器的设备树文件stm32mp15xx-100ask.dtsi，修改定时器1

vi arch/arm/boot/dts/stm32mp15xx-100ask.dtsi

将状态设置为okay,并在pwm前添加pwm1

最后编写SG90设备节点，找到设备树stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dts，修改设备树将指定好的pwm映射到sg90所连接的GPIO引脚（即pinctrl子系统，我这里映射到了PD8上）（周期20ms应该是20000000，我搞错了。）

vi arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dts

编译内核，上传开发板，编写驱动程序、测试程序

3.上机测试

加载驱动后提示报错，从错误信息来看，问题出现在设备树匹配上，具体错误是：

[  553.986279] stm32mp157-pinctrl soc:pin-controller@50002000: invalid function.
[  553.995751] my_sg90: probe of pwm_sg90 failed with error -22

错误代码-22表示EINVAL（无效参数）。这通常是因为设备树节点配置不正确，或者平台设备无法正确匹配和初始化。

需要确认PD8的正确复用功能。根据STM32MP157的数据手册

通过数据手册可知，PD8不可用复用为定时器引脚，并且我查阅开发板外设模块其它引脚信息，发现都不可以复用为定时器引脚。

查询了一些资料，可用的GPIO引脚都不能复用为定时器通道，那么无法使用硬件PWM。但是我们可以通过软件方式模拟PWM信号来控制SG90舵机。

SG90舵机要求的是50Hz的PWM信号（周期20ms），脉宽在0.5ms到2.5ms之间。我们可以使用一个GPIO引脚，通过软件控制高低电平的时间来模拟PWM。

注意：软件模拟PWM会占用CPU资源，但SG90舵机只需要50Hz，这个频率不高，在Linux系统中可以通过内核定时器来实现。

方案：使用GPIO模拟PWM

我们将使用一个GPIO引脚，然后通过内核定时器来精确控制高低电平的持续时间。具体步骤：

1. 请求GPIO引脚，并设置为输出。

2. 使用高精度定时器（hrtimer）来精确控制时间。

3. 在定时器中断处理函数中切换GPIO电平，并计算下一个中断的时间。

但是，由于Linux内核是抢占式的，软件模拟的PWM精度可能会受到系统负载的影响。但对于舵机控制，50Hz的频率和毫秒级的精度要求，通常是可以接受的。

好像也可以使用步进电机来代替舵机，等过几天我再尝试一下，目前lab事情比较多，每天就上午可以捣鼓一下这个。