六轴加速度传感器MPU6050官方DMP库到瑞萨RL78/G13的移植
2015年的电赛已经结束了。赛前接到器件清单的时候,看到带防护圈的多旋翼飞行器赫然在列,又给了一个瑞萨RL78/G13的MCU,于是自然联想到13年的电赛,觉得多半是拿RL78/G13做四旋翼的主控,虽然事后证实我的猜测是错的,但是在赛前我还是完成了相关代码的准备,这其中就包括了MPU6050的DMP库移植。在移植前我大概搜了一下,发现网上还没有相关的源代码。一起准备电赛的同学还买过一份RL78/G13的飞控代码,虽然也是使用MPU6050进行姿态获取,但是对MPU6050的读取并不是通过DMP进行,而且竟然在注释里写明DMP的RL78/G13移植受到某网站的专利保护。最后只好自己动手移植了,下面就简单说一下我的移植过程:
一、MPU6050简介
MPU6050 是 InvenSense 公司推出的全球首款整合性 6 轴运动处理组件,相较于多组件方案,免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题,减少了安装空间。
MPU6050 内部整合了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度传感器,并且含有一个第二 IIC 接口,可用于连接外部磁力传感器,并利用自带的数字运动处理器(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎,通过主 IIC 接口,向应用端输出完整的 9 轴融合演算数据。有了 DMP,我们可以使用 InvenSense 公司提供的运动处理资料库,非常方便的实现姿态解算,降低了运动处理运算对操作系统的负荷,同时大大降低了开发难度。
MPU6050 的特点包括:
1、以数字形式输出 6 轴或 9 轴(需外接磁传感器)的旋转矩阵、四元数(quaternion)、欧拉角格式(Euler Angle forma)的融合演算数据(需 DMP 支持)
2、具有 131 LSBs/°/sec 敏感度与全格感测范围为±250、±500、±1000 与±2000°/sec的 3 轴角速度感测器(陀螺仪)
3、集成可程序控制,范围为±2g、±4g、±8g 和±16g 的 3 轴加速度传感器
4、移除加速器与陀螺仪轴间敏感度,降低设定给予的影响与感测器的飘移
5、自带数字运动处理(DMP: Digital Motion Processing)引擎可减少 MCU 复杂的融合演算数据、感测器同步化、姿势感应等的负荷
6、内建运作时间偏差与磁力感测器校正演算技术,免除了客户须另外进行校正的需求
7、自带一个数字温度传感器
8、带数字输入同步引脚(Sync pin)支持视频电子影相稳定技术与 GPS
9、可程序控制的中断(interrupt),支持姿势识别、摇摄、画面放大缩小、滚动、快速下降中断、high-G 中断、零动作感应、触击感应、摇动感应功能
10、VDD 供电电压为 2.5V±5%、3.0V±5%、3.3V±5%;VLOGIC 可低至 1.8V± 5%
11、陀螺仪工作电流:5mA,陀螺仪待机电流:5uA;加速器工作电流:500uA,加速器省电模式电流:40uA@10Hz
12、自带 1024 字节 FIFO,有助于降低系统功耗
13、高达 400Khz 的 IIC 通信接口
14、超小封装尺寸:4x4x0.9mm(QFN)
MPU6050 传感器的检测轴如图所示:
MPU6050 的内部框图如图所示:
其中,SCL 和 SDA 是连接 MCU 的 IIC 接口,MCU 通过这个 IIC 接口来控制 MPU6050,另外还有一个 IIC 接口:AUX_CL 和 AUX_DA,这个接口可用来连接外部从设备,比如磁传感器,这样就可以组成一个九轴传感器。VLOGIC 是 IO 口电压,该引脚最低可以到 1.8V,我们一般直接接 VDD 即可。AD0 是从 IIC 接口(接 MCU)的地址控制引脚,该引脚控制 IIC 地址的最低位。如果接 GND,则 MPU6050 的 IIC 地址是:0X68,如果接 VDD,则是 0X69,注意:这里的地址是不包含数据传输的最低位的(最低位用来表示读写)!!
二、瑞萨RL78/G13简介
RL78/G13是瑞萨电子出品的16位单片机,它的特点包括:
1、最短指令执行时间可在高速(0.03125us: @ 32 MHz 高速片上振荡器时钟运行时)至超低速(30.5us: @ 32.768 kHz 副系统时钟运行时)之间更改
2、通用寄存器: 8 位32 个寄存器(8 位8 个寄存器4 组)
3、ROM: 16 至 512 KB,RAM: 2 至 32 KB,数据闪存: /4/8 KB
4、内置高速片上振荡器时钟
·可从 32 MHz (TYP.) , 24 MHz (TYP.), 16 MHz (TYP.), 12 MHz (TYP.), 8 MHz (TYP.), 4 MHz (TYP.)和 1 MHz(TYP.)中选择
5、内置单电源闪存(具有禁止块擦除/写入功能)
6、支持自编程功能(具有引导交换功能/flash 屏蔽窗口功能)
7、On-chip 调试功能
8、内置上电复位(POR)电路和电压检测电路(LVD)
9、内置看门狗定时器(可在专用低速片上振荡器时钟下运行)
10、内置乘除法器和乘加器
·16 位 16 位 = 32 位 (无符号或者有符号)
·32 位 32 位 = 32 位 (无符号)
·16 位 16 位 + 32 位 = 32 位 (无符号或者有符号)
11、内置按键中断功能
12、内置时钟输出/蜂鸣器输出控制电路
13、内置十进制调整(BCD)电路
14、输入/输出端口: 16 至 120 (N 沟开漏:0 至 4)
15、定时器
·16 位定时器: 8 至 16 通道
·看门狗定时器: 1 通道
·实时时钟: 1 通道 (校正时钟输出)
·12 位间隔定时器: 1 通道
16、串行接口
·CSI: 2 至 8 通道
·UART/UART (支持 LIN-bus): 2 至 4 通道
·I2C/简易 I2C 通信: 2 至 8 通道
17、不同电位接口:可以连接 1.8/2.5/3 V 运行的器件
18、8/10 位分辨率 A/D 转换器 (V DD = EV DD =1.6 至 5.5 V): 6 至 26 通道
19、待机功能: HALT, STOP, SNOOZE 模式
20、电源电压: VDD = 1.6 至 5.5 V
21、运行环境温度: T A = -40 至 +85C
三、移植过程
移植DMP库主要需要实现4个函数,即i2c_write,i2c_read,delay_ms 和 get_ms,这四个函数的原形分别如下:
i2c_write(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr,unsigned char length, unsigned char const *data)//i2c写入函数,要求至少能连续写入16字节数据 i2c_read(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr,unsigned char length, unsigned char *data)//i2c读取函数,要求至少能连续读取16字节数据 delay_ms(unsigned long num_ms)//延时函数 get_ms(unsigned long *count)//一般用不到这个函数
1、i2c_write和i2c_read
RL78/G13的硬件i2c需要接上拉电阻,使用比较麻烦,而稳定的模拟i2c在网上很容易获得,因此这两个函数我是基于正点原子的模拟IIC(源代码见附件,包括myiic.h,myiic.c,mpu6050.h,mpu6050.c)修改而成,主要修改管脚映射宏和IIC初始化函数即可,如下:
//宏定义位于myiic.h#define u8 uint8_t //正点原子的模拟IIC使用了数据类型u8,该类型在RL78/G13中对应的类型为uint8_t #define SDA_IN() PM7.5=1 //管脚7.5使用为SDA口,PM为端口配置寄存器,该位为1时输入,为0时输出 #define SDA_OUT() PM7.5=0#define SCL_IN() PM7.6=1 //管脚7.6使用为SCL口 #define SCL_OUT() PM7.6=0#define IIC_SCL P7.6 //P为端口输出寄存器 #define IIC_SDA P7.5 #define READ_SDA P7.5 //IIC初始化函数位于myiic.c,删去了大量代码,因为RL78/G13的管脚配置可以通过代码生成器直接完成,不用手动配置void IIC_Init(void) { SDA_OUT();SCL_OUT();IIC_SCL=1;IIC_SDA=1; }
2、delay_ms和delay_us
delay_ms主要由DMP库调用,而delay_us则由模拟iic调用,代码如下:
//CS+没有提供官方延时函数,因此需要自定义//首先用代码生成器生成一个1ms的定时中断 unsigned long systemtime;//定义全局变量//在定时器中断函数中添加 systemtime++;,该函数位于r_cg_timer_user.c __interrupt static void r_tau0_channel3_interrupt(void) {/* Start user code. Do not edit comment generated here */systemtime++;/* End user code. Do not edit comment generated here */ }//定义delay_ms void delay_ms(unsigned long num_ms){unsigned long now=systemtime;while((systemtime-now)<num_ms){NOP();} }//定义delay_us,该函数由网友提供,据称完成整个调用刚好1us,我没有实测过,但是可以使用 void delay_us(void) {unsigned char n;n = 1;for(; n>0; n--); }//定义完成后,需要将myiic.c和mpu6050.c文件中的所有delay(x)修改为x个delay(),如: void IIC_Stop(void) {SDA_OUT();IIC_SCL=0;IIC_SDA=0;delay_us();delay_us();delay_us();delay_us();//原为delay_us(4)IIC_SCL=1; IIC_SDA=1;delay_us();delay_us();delay_us();delay_us(); }//最后在inv_mpu.c和inv_mpu_dmp_motion_driver.c中添加包含delay_ms函数所在的头文件
3、inv_mpu.c和inv_mpu_dmp_motion_driver.c
这是DMP代码移植的主要部分,官方DMP库共包含6个文件,分别为:dmpKey.h,dmpmap.h,inv_mpu.h,inv_mpu.c,inv_mpu_dmp_motion_driver.h,inv_mpu_dmp_motion_driver.c,其中需要修改的主要是inv_mpu.c和inv_mpu_dmp_motion_driver.c。代码如下:
//首先注释掉#include <stdint.h>,该代码同时位于inv_mpu.c和inv_mpu_dmp_motion_driver.c,头文件stdint.h提供了几个数据类型,但其中定义了64位的int型,而RL78/G13支持的数据类型最高位为32位,不注释掉将无法通过编译//然后添加包含文件 #include "mpu6050.h"//在inv_mpu.c中添加如下宏定义 #define MPU6050 //define used sensor 6050 #define MOTION_DRIVER_TARGET_GL78G13 //define used MCU GL78/G13 #define EMPL_NO_64BIT //在inv_mpu_dmp_motion_driver.c添加如下宏定义 #define MOTION_DRIVER_TARGET_GL78G13 #define EMPL_NO_64BIT //修改如下代码(inv_mpu.c) #if defined MOTION_DRIVER_TARGET_MSP430 #include "msp430.h" #include "msp430_i2c.h" #include "msp430_clock.h" #include "msp430_interrupt.h" #define i2c_write msp430_i2c_write #define i2c_read msp430_i2c_read #define delay_ms msp430_delay_ms #define get_ms msp430_get_clock_ms //修改为: #if defined MOTION_DRIVER_TARGET_GL78G13 #define i2c_write MPU_Write_Len #define i2c_read MPU_Read_Len #define delay_ms delay_ms//该行可注释掉,编译时会警告 #define get_ms mget_ms//修改如下代码(inv_mpu_dmp_motion_driver.c) #if defined MOTION_DRIVER_TARGET_MSP430 #include "msp430.h" #include "msp430_clock.h" #define delay_ms msp430_delay_ms #define get_ms msp430_get_clock_ms #define log_i(...) do {} while (0) #define log_e(...) do {} while (0) //为: #if defined MOTION_DRIVER_TARGET_GL78G13 #define delay_ms delay_ms #define get_ms mget_ms #define log_i ; #define log_e ;//找到如下结构体定义,注释掉unsigned char accel_cfg2;unsigned char lp_accel_odr;unsigned char accel_intel;三个成员变量,这三个值会引起数据飘逸,导致DMP初始化无法通过 struct gyro_reg_s {unsigned char who_am_i;unsigned char rate_div;unsigned char lpf;unsigned char prod_id;unsigned char user_ctrl;unsigned char fifo_en;unsigned char gyro_cfg;unsigned char accel_cfg;//unsigned char accel_cfg2;//unsigned char lp_accel_odr;unsigned char motion_thr;unsigned char motion_dur;unsigned char fifo_count_h;unsigned char fifo_r_w;unsigned char raw_gyro;unsigned char raw_accel;unsigned char temp;unsigned char int_enable;unsigned char dmp_int_status;unsigned char int_status;// unsigned char accel_intel;unsigned char pwr_mgmt_1;unsigned char pwr_mgmt_2;unsigned char int_pin_cfg;unsigned char mem_r_w;unsigned char accel_offs;unsigned char i2c_mst;unsigned char bank_sel;unsigned char mem_start_addr;unsigned char prgm_start_h; #if defined AK89xx_SECONDARYunsigned char s0_addr;unsigned char s0_reg;unsigned char s0_ctrl;unsigned char s1_addr;unsigned char s1_reg;unsigned char s1_ctrl;unsigned char s4_ctrl;unsigned char s0_do;unsigned char s1_do;unsigned char i2c_delay_ctrl;unsigned char raw_compass;/* The I2C_MST_VDDIO bit is in this register. */unsigned char yg_offs_tc; #endif };//结构体实例化一律将: const struct gyro_reg_s reg = {.who_am_i = 0x75,.rate_div = 0x19,.lpf = 0x1A,.prod_id = 0x0C,.user_ctrl = 0x6A,.fifo_en = 0x23,.gyro_cfg = 0x1B,.accel_cfg = 0x1C,.motion_thr = 0x1F,.motion_dur = 0x20,.fifo_count_h = 0x72,.fifo_r_w = 0x74,.raw_gyro = 0x43,.raw_accel = 0x3B,.temp = 0x41,.int_enable = 0x38,.dmp_int_status = 0x39,.int_status = 0x3A,.pwr_mgmt_1 = 0x6B,.pwr_mgmt_2 = 0x6C,.int_pin_cfg = 0x37,.mem_r_w = 0x6F,.accel_offs = 0x06,.i2c_mst = 0x24,.bank_sel = 0x6D,.mem_start_addr = 0x6E,.prgm_start_h = 0x70 #ifdef AK89xx_SECONDARY,.raw_compass = 0x49,.yg_offs_tc = 0x01,.s0_addr = 0x25,.s0_reg = 0x26,.s0_ctrl = 0x27,.s1_addr = 0x28,.s1_reg = 0x29,.s1_ctrl = 0x2A,.s4_ctrl = 0x34,.s0_do = 0x63,.s1_do = 0x64,.i2c_delay_ctrl = 0x67 #endif }; //此种形式的修改为如下形式:(CS+编译器不支持该c特性) const struct gyro_reg_s reg = {0x75,0x19,0x1A,0x0C,0x6A,0x23,0x1B,0x1C,0x1F,0x20,0x72,0x74,0x43,0x3B,0x41,0x38,0x39,0x3A,0x6B,0x6C,0x37,0x6F,0x06,0x24,0x6D,0x6E,0x70 /*#ifdef AK89xx_SECONDARY0x49,0x01,0x25,0x26,0x27,0x28,0x29,0x2A,0x34,0x63,0x64,0x67 #endif*/ };//同时在结构体 gyro_reg_s实例化的地方注释掉相应的值 const struct gyro_reg_s reg = {0x75,0x19,0x1A,0x0C,0x6A,0x23,0x1B,0x1C,// 0x1D,// 0x1E,0x1F,0x20,0x72,0x74,0x43,0x3B,0x41,0x38,0x39,0x3A,//0x69,0x6B,0x6C,0x37,0x6F,0x77,0x24,0x6D,0x6E,0x70 /*#ifdef AK89xx_SECONDARYraw_compass = 0x49,s0_addr = 0x25,s0_reg = 0x26,s0_ctrl = 0x27,s1_addr = 0x28,s1_reg = 0x29,s1_ctrl = 0x2A,s4_ctrl = 0x34,s0_do = 0x63,s1_do = 0x64,i2c_delay_ctrl = 0x67 #endif*/ };//找到inv_mpu_dmp_motion_driver.c中的 int dmp_set_accel_bias(long *bias) {long accel_bias_body[3];unsigned char regs[12];long long accel_sf;//将long long 修改为long,原因为RL78/G13不支持64位数据类型,修改为long后不会影响精度 …… }//找到inv_mpu.c中的: int mpu_read_fifo_stream(unsigned short length, unsigned char *data,unsigned char *more) {unsigned char tmp[2];unsigned short fifo_count;if (!st.chip_cfg.dmp_on)return -1;if (!st.chip_cfg.sensors)return -1;if (i2c_read(st.hw->addr, st.reg->fifo_count_h, 2, tmp))return -1;//fifo_count = (tmp[0] << 8) | tmp[1];//将该行语句修改为下面三行,原因为CS+不会自动将tmp[]数组转换为16位数据类型,需要手动转换fifo_count=tmp[0];fifo_count=fifo_count<<8;fifo_count|=tmp[1];…… }//然后在inv_mpu.c中添加以下代码,以方便调用 #define q30 1073741824.0fint mget_ms(unsigned long *time) {return 0; }static signed char gyro_orientation[9] = { 1, 0, 0,0, 1, 0,0, 0, 1};unsigned short inv_orientation_matrix_to_scalar(const signed char *mtx) {unsigned short scalar; /*XYZ 010_001_000 Identity MatrixXZY 001_010_000YXZ 010_000_001YZX 000_010_001ZXY 001_000_010ZYX 000_001_010*/scalar = inv_row_2_scale(mtx);scalar |= inv_row_2_scale(mtx + 3) << 3;scalar |= inv_row_2_scale(mtx + 6) << 6;return scalar; }unsigned short inv_row_2_scale(const signed char *row) {unsigned short b;if (row[0] > 0)b = 0;else if (row[0] < 0)b = 4;else if (row[1] > 0)b = 1;else if (row[1] < 0)b = 5;else if (row[2] > 0)b = 2;else if (row[2] < 0)b = 6;elseb = 7; // errorreturn b; }uint8_t mpu_dmp_init(void) {uint8_t res=0;long gyro[3], accel[3]; if(mpu_init()==0) { res=mpu_set_sensors(INV_XYZ_GYRO|INV_XYZ_ACCEL);if(res)return 1; res=mpu_configure_fifo(INV_XYZ_GYRO | INV_XYZ_ACCEL);if(res)return 2; res=mpu_set_sample_rate(DEFAULT_MPU_HZ); if(res)return 3; res=dmp_load_motion_driver_firmware(); if(res)return 4; res=dmp_set_orientation(inv_orientation_matrix_to_scalar(gyro_orientation));if(res)return 5; res=dmp_enable_feature(DMP_FEATURE_6X_LP_QUAT|DMP_FEATURE_TAP| DMP_FEATURE_ANDROID_ORIENT|DMP_FEATURE_SEND_RAW_ACCEL|DMP_FEATURE_SEND_CAL_GYRO|DMP_FEATURE_GYRO_CAL);if(res)return 6; res=dmp_set_fifo_rate(DEFAULT_MPU_HZ); if(res)return 7; res=mpu_run_self_test(gyro, accel); if(res==0x3)return 8; res=mpu_set_dmp_state(1); if(res)return 9; return 0;}else{return 10;} }uint8_t mpu_dmp_get_data(float *pitch,float *roll,float *yaw) {float q0=1.0f,q1=0.0f,q2=0.0f,q3=0.0f;unsigned long sensor_timestamp;short gyro[3], accel[3], sensors;unsigned char more;long quat[4]; if(dmp_read_fifo(gyro, accel, quat, &sensor_timestamp, &sensors,&more))return 1; /* Gyro and accel data are written to the FIFO by the DMP in chip frame and hardware units.* This behavior is convenient because it keeps the gyro and accel outputs of dmp_read_fifo and mpu_read_fifo consistent.**//*if (sensors & INV_XYZ_GYRO )send_packet(PACKET_TYPE_GYRO, gyro);if (sensors & INV_XYZ_ACCEL)send_packet(PACKET_TYPE_ACCEL, accel); *//* Unlike gyro and accel, quaternions are written to the FIFO in the body frame, q30.* The orientation is set by the scalar passed to dmp_set_orientation during initialization. **/if(sensors&INV_WXYZ_QUAT) {q0 = quat[0] / q30;q1 = quat[1] / q30;q2 = quat[2] / q30;q3 = quat[3] / q30; *pitch = asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2)* 57.3; // pitch*roll = atan2(2 * q2 * q3 + 2 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2* q2 + 1)* 57.3; // roll*yaw = atan2(2*(q1*q2 + q0*q3),q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3) * 57.3; //yaw}else return 2;return 0; }
至此,DMP代码已移植完毕,将所有代码文件加入工程,写好相关的包含文件就可以开始使用了。
//头文件包含 #include "mpu6050.h" #include "inv_mpu.h" #include "inv_mpu_dmp_motion_driver.h"//MPU6050初始化 MPU_Init();//DMP初始化while(mpu_dmp_init()){//mpu_dmp_init()初始化成功将返回0 NOP(); }//获取俯仰角,横滚角以及偏航角 if(mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw)==0){//成功获取偏航角返回0,建议成功获取数据后再开始相关操作 …… }//其他库函数使用请参照DMP官方手册
附:百度网盘(链接: http://pan.baidu.com/s/1c0lUMRI 密码: dsqs)包含移植完成的测试工程(可直接编译,下载测试)和DMP资料(官方源代码和手册)
注:本文的代码移植基于正点原子的stm32f407板子的MPU6050代码。
转载于:https://www.cnblogs.com/six-m/p/4735326.html
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