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motion_driver_6.12(官方DMP库)的移植和MPU6050驱动的实现

丁毅桂大约 8 分钟

motion_driver_6.12(官方DMP库)的移植和MPU6050驱动的实现

目录

motion driver_6.12

  • motion driver_6.12 是从invensense网站上下载的最新的DMP库。
  • Motion Driver是传感器驱动程序层的嵌入式软件堆栈，可轻松配置和利用InvenSense运动跟踪解决方案的许多功能。
  • 支持的运动设备为MPU6050 / MPU6500 / MPU9150 / MPU9250。
  • 硬件和板载数字运动处理器（DMP）的许多功能都封装在可以使用和引用的模块化API中。
  • Motion Driver设计为一种可轻松移植到大多数MCU的解决方案。
  • Motion Driver 6.0包括一个用于ARM MCU和TI-MSP430的9轴解决方案。
  • 仅6轴解决方案应继续参考运动驱动程序5.1.2，以便更容易理解软件。

motion_driver_6.12的三个主要目录

  • driver/
    • 包含了与 MPU 传感器通信和控制相关的底层驱动程序和库文件。
    • 实现了对MPU寄存器读写的函数(inv_mpu.c)
    • 基于对MPU寄存器读写的函数（inv_mpu.c），实现了：写入DMP固件、操作DMP的一些函数（inv_mpu_dmp_motion_driver.c）。

    • 只需要对这部分代码做修改就能实现移植，主要为：

      • 修改宏定义，提供通信接口
      • 修改宏定义，提供获取时间的接口
      • 修改宏定义，提供延时函数接口
  • mllite/
    • 应该就是轻量级版本的Motion Processing Library (MPL)
    • 简化版的数据处理和传感器融合功能
  • mpl/ :
    • 完整的 Motion Processing Library
    • 提供了更高级的数据处理和传感器融合功能，包括姿态估计、传感器数据融合等。
    • 但只包含一些头文件，和一个libmpllib.a的静态库文件，没有源代码。

motion_driver_6.12目录结构

motion_driver_6.12/

  • driver/
    • eMPL/
      • inv_mpu.c 实现了与MPU交互的基本功能，如读写寄存器
      • inv_mpu_dmp_motion_driver.c: 实现了与DMP交互的功能，包括：写入DMP固件到MPU、初始化、数据处理。
      • dmpmap.h DMP寄存器映射的定义
      • dmpKey.h DMP 寄存器映射和键值定义
      • inv_mpu.h 头文件
      • inv_mpu_dmp_motion_driver.h: 头文件
    • include/
      • log.h: 日志记录功能的头文件。
      • mlinclude.h: 包含了其他头文件的汇总文件。
      • mlmath.h: 数学函数库的头文件。
      • mlos.h: 操作系统相关功能的头文件。
      • mltypes.h: 数据类型定义的头文件。
      • stdint_invensense.h: 固定宽度整数类型的定义文件。
  • mllite/
    • data_builder.c: 构建数据结构的实现文件。
    • data_builder.h: 构建数据结构的头文件。
    • hal_outputs.c: 实现了硬件抽象层的输出功能。
    • hal_outputs.h: 定义了硬件抽象层的输出接口。
    • invensense.h: InvenSense 库的主头文件。
    • message_layer.c: 实现了消息层的功能。
    • message_layer.h: 定义了消息层的接口。
    • mlmath.c: 数学函数库的实现文件。
    • ml_math_func.c: 数学函数的具体实现。
    • ml_math_func.h: 数学函数的声明。
    • mpl.c: 实现了 Motion Processing Library 的核心功能。
    • mpl.h: 提供了 Motion Processing Library 的函数声明。
    • results_holder.c: 保存结果数据的实现文件。
    • results_holder.h: 定义了保存结果数据的接口。
    • start_manager.c: 管理启动过程的实现文件。
    • start_manager.h: 定义了管理启动过程的接口。
    • storage_manager.c: 管理数据存储的实现文件。
    • storage_manager.h: 定义了数据存储的接口。
  • mpl/
    • accel_auto_cal.h: 加速度计自动校准的头文件。
    • compass_vec_cal.h: 罗盘向量校准的头文件。
    • fast_no_motion.h: 快速静止检测的头文件。
    • fusion_9axis.h: 九轴传感器融合的头文件。
    • gyro_tc.h: 陀螺仪温度补偿的头文件。
    • heading_from_gyro.h: 从陀螺仪计算航向的头文件。
    • invensense_adv.h: InvenSense 高级功能的头文件。
    • inv_math.h: InvenSense 数学函数库的头文件。
    • libmpllib.a: Motion Processing Library 的静态库文件。
    • mag_disturb.h: 磁场扰动检测的头文件。
    • motion_no_motion.h: 运动和静止检测的头文件。
    • no_gyro_fusion.h: 无陀螺仪传感器融合的头文件。
    • quaternion_supervisor.h: 四元数监督的头文件。

DMP

简单来说，

  • DMP 是 MPU-6050 内部的一个硬件加速器，
  • 可以执行复杂的运动处理任务，如传感器数据融合、姿态估计等，无需主处理器的干预。
  • 可以直接输出四元数等姿态信息。
  • DMP是MPU设备中的快速，低功耗，可编程，嵌入式轻量级处理器。
  • 设计是从MCU卸载功能，如传感器融合和手势识别，以节省系统中的总体功率。
  • DMP具有许多功能，可以在运行时动态关闭和打开。
  • 也可以禁用个别功能，同时让其他功能运行。
  • 除计步器外，所有DMP数据都输出到FIFO。
  • DMP还可以编程为通过手势或数据就绪生成中断。
  • 功能
    • ①3轴低功率四元数 --- 仅陀螺四元数。启用此功能后，将以200Hz的频率整合陀螺仪数据，同时以用户请求的速率将传感器融合数据输出到FIFO。200Hz集成将允许更准确的传感器融合数据。在MD6中，如果启用此功能，驱动程序会将3轴四元数推入MPL库，MPL将处理加速度和罗盘集成。
    • ②6轴低功率四元数 --- 陀螺仪和加速四元数。与3轴LPQ类似，以200Hz采样速率集成加速度和陀螺仪将以用户请求的速率输出到FIFO。3轴LPQ和6轴LPQ是互斥的，不应同时运行。如果启用，则可以将6轴四元数推入MPL库，MPL将处理9轴的罗盘集成。
    • ③方向手势识别 ---使用传感器数据检测设备方向是否有纵向，横向，反向纵向和反向方向的变化。非常依赖于方向矩阵。
    • ④点击手势识别 --- 设备上的多方向点击检测。此功能将让用户知道检测到哪个轴位置或负值。它可以检测多达4个多抽头.PSP可用于配置此功能的阈值，死区时间和分接头数。
    • ⑤计步器手势识别 --- 简单的计步器提供步数和时间戳。此功能会自动启用，但在检测到连续5秒的步骤后才会触发。5秒钟后，计数和时间戳将开始，数据可以从DMP存储器中读出。
    • ⑥DMP中断 --- 可以将中断配置为在传感器数据就绪（FIFO输出速率）或检测到抽头或方向手势时生成。

MPL算法

  • Motion Driver 6.12包含一个二进制库，其中包含用于传感器融合和动态校准的InvenSense专有算法。
  • MD 6.12驱动程序将传感器数据推入MPL，MPL将处理包括罗盘集成在内的9轴传感器融合。
  • 在启用MPL库之前配置MPL功能。它们可以通过API调用动态关闭和打开到MPL中。
MPL 算法描述
陀螺仪校准（快速无动作）运行时间校准例程。一旦检测到无运动状态，陀螺校准将被触发。在无运动状态检测5秒内完成校准。
陀螺仪温度补偿在每个陀螺仪校准之后，MPL将记录内部温度。在多个数据点之后，MPL将能够为陀螺仪建立多点温度斜率，并将其应用于校准偏差。这将补偿陀螺仪由于温度造成的漂移。
指南针校准用于MPU9150和MPU9250的运行时间硬铁罗盘校准。MPL读取并建立设备周围的磁场环境。一旦存在足够的数据，可以应用罗盘偏移，并且可以生成9轴四元数。如果你处于一个磁场不稳定的环境，指南针就不会被校准。如果罗盘没有校准，四元数只使用6轴。图8在装置上的运动将加快校准。
Mag干扰拒绝校准后，MPL库将跟踪磁场，如果有异常检测，MPL库将拒绝指南针数据，并切换回6轴融合。在检测到磁干扰之后，MPL库将继续每隔5秒检查指南针数据。在每次检查中，如果干扰不再存在，它将切换回9轴融合，否则它将继续拒绝数据。
3轴融合陀螺角四元数
6轴融合陀螺与加速度传感器的四元数
9轴融合陀螺仪、AccEL和罗盘四元数

motion_driver_6.12的移植

只需要修改inv_mpu.c 和 inv_mpu_dmp_motion_driver.c 文件，添加一些宏定义，即可完成移植

inv_mpu.c

// start ################# 添加的代码 #################
#if defined EMPL_TARGET_STM32F1
#include "Soft_I2C.h" 
#include "Delay.h" 
#include "RTC_Time.h" 
#include "OLED_Printf.h" 
// 提供通信接口 注意这里要求函数当执行成功时返回值0
#define i2c_write(slave_addr,reg_addr,length,p_data) (!Soft_I2C_Write_Device_Register_Datas(slave_addr,reg_addr,p_data,length))
#define i2c_read(slave_addr,reg_addr,length,p_data) (!Soft_I2C_Read_Device_Register_Datas(slave_addr,reg_addr,p_data,length))
// 提供延时接口
#define delay_ms    Delay_ms
// 提供获取时间的接口
#define get_ms      RTC_Time_GetTime_MS
// 提供打印输出的接口
#define log_i       OLED_Printf
#define log_e       OLED_Printf
#define min(a,b) ((a<b)?a:b)
// end ###############################################

#elif defined EMPL_TARGET_STM32F4
#include "i2c.h"   
#include "main.h"
#include "log.h"
#include "board-st_discovery.h"
#define i2c_write   Sensors_I2C_WriteRegister
#define i2c_read    Sensors_I2C_ReadRegister 
#define delay_ms    mdelay
#define get_ms      get_tick_count
#define log_i       MPL_LOGI
#define log_e       MPL_LOGE
#define min(a,b) ((a<b)?a:b)

inv_mpu_dmp_motion_driver.c

// start ################# 添加的代码 #################
#if defined EMPL_TARGET_STM32F1
#include "Soft_I2C.h"
#include "RTC_Time.h"
// 提供通信接口
#define i2c_write(slave_addr,reg_addr,length,p_data) Soft_I2C_Write_Device_Register_Datas(slave_addr,reg_addr,p_data,length)
#define i2c_read(slave_addr,reg_addr,length,p_data) Soft_I2C_Read_Device_Register_Datas(slave_addr,reg_addr,p_data,length)
// 提供获取时间的接口
#define get_ms      RTC_Time_GetTime_MS
// end ###############################################

#elif defined EMPL_TARGET_STM32F4
#include "i2c.h"   
#include "main.h"
#include "board-st_discovery.h"
#define i2c_write   Sensors_I2C_WriteRegister
#define i2c_read    Sensors_I2C_ReadRegister
#define get_ms      get_tick_count

基于motion_driver_6.12实现MPU6050的驱动

/Drivers/mpu6050.h
#ifndef _MPU_6050_H_
#define _MPU_6050_H_

#include "motion_driver_6.12/driver/eMPL/inv_mpu.h"                   // 操作MPU
#include "motion_driver_6.12/driver/eMPL/inv_mpu_dmp_motion_driver.h" // 操作DMP
#include "motion_driver_6.12/mllite/ml_math_func.h"                   // 数学计算

#include "OLED_Printf.h"
#include "math.h"

#define log OLED_Printf

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif

    int MPU6050_DMP_Init();
    int MPU6050_DMP_Get_Data(float *pitch, float *roll, float *yaw);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif
贡献者: YiguiDing
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