概述

本文將介紹如何通過輪詢（Polling）方式從LSM6DSV16X六軸慣性傳感器中獲取陀螺儀數據。輪詢模式是一種常用的傳感器讀取方式，主控MCU定期查詢陀螺儀輸出寄存器，無需依賴中斷機制即可實現數據采集。該方法適用于對響應時延要求不高、系統結構簡單的場景，便于快速驗證陀螺儀功能或進行基礎測試。

最近在瑞薩RA的課程，需要樣片的可以加qun申請：925643491。

視頻教學

https://www.bilibili.com/video/BV11GLNzCEqs/

樣品申請

https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#

源碼下載

硬件準備

首先需要準備一個開發板，這里我準備的是自己繪制的開發板，需要的可以進行申請。
主控為R7FA4L1BD4CFP

參考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/RA4L1_LSM6DSV16X_LIS2MDL

https://gitee.com/CoreMaker/RA4L1_LSM6DSV16X_LIS2MDL

通信模式

對于LSM6DSV16X，可以使用SPI或者IIC進行通訊。
最小系統圖如下所示。

在CS管腳為1的時候，為IIC模式

本文使用的板子原理圖如下所示。

管腳定義

IIC通信模式

在使用IIC通訊模式的時候，SA0是用來控制IIC的地址位的。
對于IIC的地址，可以通過SDO/SA0引腳修改。SDO/SA0引腳可以用來修改設備地址的最低有效位。如果SDO/SA0引腳連接到電源電壓，LSb（最低有效位）為’1’（地址1101011b）；否則，如果SDO/SA0引腳連接到地線，LSb的值為’0’（地址1101010b）。

IIC接口如下所示。
主要使用的管腳為CS、SCL、SDA、SA0。

速率

該模塊支持的速度為普通模式(100k)和快速模式(400k)。

新建工程

工程模板

保存工程路徑

芯片配置

本文中使用R7FA4L1BD4CFP來進行演示。

工程模板選擇

時鐘設置

開發板上的外部高速晶振為8M.

需要修改XTAL為8M。

UART配置

點擊Stacks->New Stack->Connectivity -> UART(r_sci_uart)。

UART屬性配置

設置e2studio堆棧

printf函數通常需要設置堆棧大小。這是因為printf函數在運行時需要使用棧空間來存儲臨時變量和函數調用信息。如果堆棧大小不足，可能會導致程序崩潰或不可預期的行為。
printf函數使用了可變參數列表，它會在調用時使用棧來存儲參數，在函數調用結束時再清除參數，這需要足夠的棧空間。另外printf也會使用一些臨時變量，如果棧空間不足，會導致程序崩潰。
因此，為了避免這類問題，應該根據程序的需求來合理設置堆棧大小。

e2studio的重定向printf設置

在嵌入式系統的開發中，尤其是在使用GNU編譯器集合（GCC）時，–specs 參數用于指定鏈接時使用的系統規格（specs）文件。這些規格文件控制了編譯器和鏈接器的行為，尤其是關于系統庫和啟動代碼的鏈接。–specs=rdimon.specs 和 --specs=nosys.specs 是兩種常見的規格文件，它們用于不同的場景。
–specs=rdimon.specs
用途: 這個選項用于鏈接“Redlib”庫，這是為裸機（bare-metal）和半主機（semihosting）環境設計的C庫的一個變體。半主機環境是一種特殊的運行模式，允許嵌入式程序通過宿主機（如開發PC）的調試器進行輸入輸出操作。
應用場景: 當你需要在沒有完整操作系統的環境中運行程序，但同時需要使用調試器來處理輸入輸出（例如打印到宿主機的終端），這個選項非常有用。
特點: 它提供了一些基本的系統調用，通過調試接口與宿主機通信。
–specs=nosys.specs
用途: 這個選項鏈接了一個非常基本的系統庫，這個庫不提供任何系統服務的實現。
應用場景: 適用于完全的裸機程序，其中程序不執行任何操作系統調用，比如不進行文件操作或者系統級輸入輸出。
特點: 這是一個更“裸”的環境，沒有任何操作系統支持。使用這個規格文件，程序不期望有操作系統層面的任何支持。
如果你的程序需要與宿主機進行交互（如在開發期間的調試），并且通過調試器進行基本的輸入輸出操作，則使用 --specs=rdimon.specs。
如果你的程序是完全獨立的，不需要任何形式的操作系統服務，包括不進行任何系統級的輸入輸出，則使用 --specs=nosys.specs。

R_SCI_UART_Open()函數原型

故可以用 R_SCI_UART_Open()函數進行配置，開啟和初始化UART。

    /* Open the transfer instance with initial configuration. */err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);assert(FSP_SUCCESS == err);printf("hello world!\n");

回調函數user_uart_callback ()

當數據發送的時候，可以查看UART_EVENT_TX_COMPLETE來判斷是否發送完畢。

可以檢查檢查 “p_args” 結構體中的 “event” 字段的值是否等于 “UART_EVENT_TX_COMPLETE”。如果條件為真，那么 if 語句后面的代碼塊將會執行。

fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
volatile bool uart_send_complete_flag = false;
void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args)
{if(p_args->event == UART_EVENT_TX_COMPLETE){uart_send_complete_flag = true;}
}

printf輸出重定向到串口

打印最常用的方法是printf，所以要解決的問題是將printf的輸出重定向到串口，然后通過串口將數據發送出去。
注意一定要加上頭文件#include <stdio.h>

#ifdef __GNUC__                                 //串口重定向#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else#endifPUTCHAR_PROTOTYPE
{err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT();while(uart_send_complete_flag == false){}uart_send_complete_flag = false;return ch;
}int _write(int fd,char *pBuffer,int size)
{for(int i=0;i<size;i++){__io_putchar(*pBuffer++);}return size;
}

IIC配置

點擊Stacks->New Stack->Connectivity -> I2C Master(r_iic_master)。

設置IIC的配置，需要注意從機的地址。

R_IIC_MASTER_Open()函數原型

R_IIC_MASTER_Open()函數為執行IIC初始化，開啟配置如下所示。

    /* Initialize the I2C module */err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg);/* Handle any errors. This function should be defined by the user. */assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Write()函數原型

R_IIC_MASTER_Write()函數是向IIC設備中寫入數據，寫入格式如下所示。

    err = R_IIC_MASTER_Write(&g_i2c_master0_ctrl, &reg, 1, true);assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Read()函數原型

R_SCI_I2C_Read()函數是向IIC設備中讀取數據，讀取格式如下所示。

    /* Read data from I2C slave */err = R_IIC_MASTER_Read(&g_i2c_master0_ctrl, bufp, len, false);assert(FSP_SUCCESS == err);

i2c_master_callback()回調函數

對于數據是否發送完畢，可以查看是否獲取到I2C_MASTER_EVENT_TX_COMPLETE字段。

/* Callback function */
i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
uint32_t  timeout_ms = 1000000;
void i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args)
{i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;if (NULL != p_args){/* capture callback event for validating the i2c transfer event*/i2c_event = p_args->event;}
}

CS和SA0設置

參考程序

https://github.com/STMicroelectronics/lsm6dsv16x-pid/tree/main

初始換管腳

由于需要向LSM6DSV16X_I2C_ADD_L寫入以及為IIC模式。

所以使能CS為高電平，配置為IIC模式。
配置SA0為高電平。

    //LSM6DSV16X SA0->0R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_03, BSP_IO_LEVEL_LOW);//LSM6DSV16X CS1->1R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_05_PIN_05, BSP_IO_LEVEL_HIGH);//LIS2MDL CS2->1R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_03_PIN_01, BSP_IO_LEVEL_HIGH);lsm6dsv16x_reset_t rst;stmdev_ctx_t dev_ctx;/* Initialize mems driver interface */dev_ctx.write_reg = platform_write;dev_ctx.read_reg = platform_read;dev_ctx.mdelay = platform_delay;dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS;/* Init test platform */
//    platform_init(dev_ctx.handle);/* Wait sensor boot time */platform_delay(BOOT_TIME);

獲取ID

可以向WHO_AM_I (0Fh)獲取固定值，判斷是否為0x70。

lsm6dsv16x_device_id_get為獲取函數。

對應的獲取ID驅動程序,如下所示。

  /* Check device ID */lsm6dsv16x_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);printf("LSM6DSV16X_ID=0x%x,whoamI=0x%x",LSM6DSV16X_ID,whoamI);if (whoamI != LSM6DSV16X_ID)while (1);

復位操作

可以向CTRL3 (12h)的SW_RESET寄存器寫入1進行復位。

lsm6dsv16x_reset_set為重置函數。

對應的驅動程序,如下所示。

  /* Restore default configuration */lsm6dsv16x_reset_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_RESTORE_CTRL_REGS);do {lsm6dsv16x_reset_get(&dev_ctx, &rst);} while (rst != LSM6DSV16X_READY);

BDU設置

在很多傳感器中，數據通常被存儲在輸出寄存器中，這些寄存器分為兩部分：MSB和LSB。這兩部分共同表示一個完整的數據值。例如，在一個加速度計中，MSB和LSB可能共同表示一個加速度的測量值。
連續更新模式（BDU = ‘0’）：在默認模式下，輸出寄存器的值會持續不斷地被更新。這意味著在你讀取MSB和LSB的時候，寄存器中的數據可能會因為新的測量數據而更新。這可能導致一個問題：當你讀取MSB時，如果寄存器更新了，接下來讀取的LSB可能就是新的測量值的一部分，而不是與MSB相對應的值。這樣，你得到的就是一個“拼湊”的數據，它可能無法準確代表任何實際的測量時刻。
塊數據更新（BDU）模式（BDU = ‘1’）：當激活BDU功能時，輸出寄存器中的內容不會在讀取MSB和LSB之間更新。這就意味著一旦開始讀取數據（無論是先讀MSB還是LSB），寄存器中的那一組數據就被“鎖定”，直到兩部分都被讀取完畢。這樣可以確保你讀取的MSB和LSB是同一測量時刻的數據，避免了讀取到代表不同采樣時刻的數據。
簡而言之，BDU位的作用是確保在讀取數據時，輸出寄存器的內容保持穩定，從而避免讀取到拼湊或錯誤的數據。這對于需要高精度和穩定性的應用尤為重要。
可以向CTRL3 (12h)的BDU寄存器寫入1進行開啟。

對應的驅動程序,如下所示。

  /* Enable Block Data Update */lsm6dsv16x_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

設置量程和速率

速率可以通過CTRL1 (10h)設置加速度速率和CTRL2 (11h)進行設置角速度速率。

設置加速度量程可以通過CTRL8 (17h)進行設置。
設置角速度量程可以通過CTRL6 (15h)進行設置。

設置加速度和角速度的量程和速率可以使用如下函數。

  /* Set Output Data Rate.* Selected data rate have to be equal or greater with respect* with MLC data rate.*/lsm6dsv16x_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_ODR_AT_7Hz5);lsm6dsv16x_gy_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_ODR_AT_15Hz);/* Set full scale */lsm6dsv16x_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_2g);lsm6dsv16x_gy_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_2000dps);

配置過濾鏈

  /* Configure filtering chain */filt_settling_mask.drdy = PROPERTY_ENABLE;filt_settling_mask.irq_xl = PROPERTY_ENABLE;filt_settling_mask.irq_g = PROPERTY_ENABLE;lsm6dsv16x_filt_settling_mask_set(&dev_ctx, filt_settling_mask);lsm6dsv16x_filt_gy_lp1_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);lsm6dsv16x_filt_gy_lp1_bandwidth_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_GY_ULTRA_LIGHT);lsm6dsv16x_filt_xl_lp2_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);lsm6dsv16x_filt_xl_lp2_bandwidth_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_XL_STRONG);

輪詢讀取數據

進入一個無限循環，不斷檢查是否有新的數據（加速度、角速率、溫度）可用。
對于每種類型的數據（加速度、角速率、溫度），如果有新數據，就讀取原始數據，轉換為對應的單位（毫克、毫度每秒、攝氏度），并通過串行輸出打印。

對于數據是否準備好，可以訪問STATUS_REG (1Eh)進行判斷。

    /* Read output only if new xl value is available */lsm6dsv16x_flag_data_ready_get(&dev_ctx, &drdy);

對于加速度數據，可以通過28-2D進行獲取。


加速度數據首先以原始格式（通常是整數）讀取，然后需要轉換為更有意義的單位，如毫重力（mg）。這里的轉換函數 lsm6dsv16x_from_fs2_to_mg() 根據加速度計的量程（這里假設為±2g）將原始數據轉換為毫重力單位。
acceleration_mg[0] = lsm6dsv16x_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]); 等三行代碼分別轉換 X、Y、Z 軸的加速度數據。

● LSM6DSV16X 加速度計通常會有一個固定的位分辨率，比如 16 位（即輸出值是一個 16 位的整數）。這意味著加速度計可以輸出的不同值的總數是 2^16=65536。這些值均勻地分布在 -2g 到 +2g 的范圍內。
● 因此，這個范圍（4g 或者 4000 mg）被分成了 65536 個步長。
● 每個步長的大小是 4000 mg/65536≈0.061 mg/LSB
所以，函數中的乘法 ((float_t)lsb) * 0.061f 是將原始的整數值轉換為以毫重力（mg）為單位的加速度值。這個轉換對于將加速度計的原始讀數轉換為實際的物理測量值是必需的。

    if (drdy.drdy_xl) {/* Read acceleration field data */memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));lsm6dsv16x_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration);acceleration_mg[0] =lsm6dsv16x_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]);acceleration_mg[1] =lsm6dsv16x_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[1]);acceleration_mg[2] =lsm6dsv16x_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[2]);printf("Acceleration [mg]:%4.2f\t%4.2f\t%4.2f\r\n",acceleration_mg[0], acceleration_mg[1], acceleration_mg[2]);}	

對于角速度數據，可以通過22-2D進行獲取。

在 LSM6DSV16X 傳感器中，函數 lsm6dsv16x_from_fs2000_to_mdps(int16_t lsb) 用于將原始的傳感器數據（以最小可分辨位（Least Significant Bit，簡稱 LSB）為單位）轉換為以毫度每秒（mdps）為單位的角速度值。這里的 70.0f 是一個轉換因子，用于從原始數據單位轉換到實際的物理單位。
具體來說，這個轉換因子是基于傳感器的靈敏度或比例因子。對于 LSM6DSV16X 傳感器，當設置為 ±2000 dps (度每秒) 的滿量程時，每個 LSB 代表的角速度值為 70 mdps。

    /* Read output only if new xl value is available */if (drdy.drdy_gy) {/* Read angular rate field data */memset(data_raw_angular_rate, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));lsm6dsv16x_angular_rate_raw_get(&dev_ctx, data_raw_angular_rate);angular_rate_mdps[0] =lsm6dsv16x_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[0]);angular_rate_mdps[1] =lsm6dsv16x_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[1]);angular_rate_mdps[2] =lsm6dsv16x_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate[2]);printf("Angular rate [mdps]:%4.2f\t%4.2f\t%4.2f\r\n",angular_rate_mdps[0], angular_rate_mdps[1], angular_rate_mdps[2]);}

對于溫度數據，可以通過20-21進行獲取。

    if (drdy.drdy_temp) {/* Read temperature data */memset(&data_raw_temperature, 0x00, sizeof(int16_t));lsm6dsv16x_temperature_raw_get(&dev_ctx, &data_raw_temperature);temperature_degC = lsm6dsv16x_from_lsb_to_celsius(data_raw_temperature);printf("Temperature [degC]:%6.2f\r\n", temperature_degC);}