标签:
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_SECONDARY unsigned 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_SECONDARY 0x49, 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_SECONDARY raw_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 1073741824.0f int 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 Matrix XZY 001_010_000 YXZ 010_000_001 YZX 000_010_001 ZXY 001_000_010 ZYX 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; else b = 7; // error return 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。
六轴加速度传感器MPU6050官方DMP库到瑞萨RL78/G13的移植
标签:
原文地址:http://www.cnblogs.com/six-m/p/4735326.html