MPU-6050：正确从 FIFO 寄存器读取数据

Question

介绍

MPU-6050 是一种流行的模块，包含温度传感器、加速度计和陀螺仪。用户可以通过 I2C 或 SPI 读取传感器信息。有两个文件可公开用于从 IC 寄存器中读取数据。这些是：

1. MPU-6000 和 MPU-6050 寄存器映射和描述文档

2. MPU-6000 和 MPU-6050 产品规格

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语境

由于总线通信延迟，通过 I2C 读取 IMU 的各个寄存器会使样本随时间偏移。因此，传感器的 X、Y 和 Z 轴寄存器的顺序读取不同步。为了解决这个问题，该器件提供了一个 1024 字节的内部 FIFO 队列。配置为推送到队列的数据以采样率推送到一起。因此读取 FIFO 会产生同步数据。

见（2），第 7.17 节：

MPU-60X0 包含一个 1024 字节的 FIFO 寄存器，可通过串行接口访问。FIFO 配置寄存器决定将哪些数据写入 FIFO。可能的选择包括陀螺仪数据、加速度计数据、温度读数、辅助传感器读数和 FSYNC 输入。FIFO 计数器会跟踪 FIFO 中包含多少字节的有效数据。FIFO 寄存器支持突发读取。中断函数可用于确定新数据何时可用

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问题

数据表指定为了从 FIFO 读取，您必须执行以下操作：

1. 启用 FIFO（位 6，寄存器0x6A，文档 (1)，第 4.29 节）
2. 使用要推送的传感器信息配置 FIFO（注册0x23，文档 (1)，第 4.7 节）。我通过分别设置第 6、5、4 和 3 位来启用XG_FIFO_EN、YG_FIFO_EN、ZG_FIFO_EN和ACCEL_FIFO_EN。

如果您已执行这些步骤，则它声称（文档 (1)，第 4.33 节）：

数据按寄存器编号的顺序（从低到高）写入 FIFO。如果所有 FIFO 使能标志（见下文）被使能并且所有外部传感器数据寄存器（寄存器 73 至 96）都与从设备相关联，则寄存器 59 至 96 的内容将以采样率按顺序写入。当传感器数据寄存器（寄存器 59 至 96）的内容在 FIFO_EN（寄存器 35）中相应的 FIFO 使能标志设置为 1 时，它们将被写入 FIFO 缓冲区。

然而，我发现这并不成立。鉴于我在配置寄存器中启用的标志，我希望以下序列来自 FIFO：

 * ----------------------------------------------------------- *
 *     BYTE #    |         VALUE          |    Register (dec)  *
 * ----------------------------------------------------------- *
 *       0       |     ACCEL_XOUT[15:8]   |         59         *
 *       1       |     ACCEL_XOUT[7:0]    |         60         *
 * ----------------------------------------------------------- *
 *       2       |     ACCEL_YOUT[15:8]   |         61         *
 *       3       |     ACCEL_YOUT[7:0]    |         62         *
 * ----------------------------------------------------------- *
 *       4       |     ACCEL_ZOUT[15:8]   |         63         *
 *       5       |     ACCEL_ZOUT[7:0]    |         64         *
 * ----------------------------------------------------------- *
 *       6       |     GYRO_XOUT[15:8]    |         67         *
 *       7       |     GYRO_XOUT[7:0]     |         68         *
 * ----------------------------------------------------------- *
 *       8       |     GYRO_YOUT[15:8]    |         69         *
 *       9       |     GYRO_YOUT[7:0]     |         70         *
 * ----------------------------------------------------------- *
 *      10       |     GYRO_ZOUT[15:8]    |         71         *
 *      11       |     GYRO_ZOUT[7:0]     |         72         *
 * ----------------------------------------------------------- *

然而，当读取单个寄存器时，从 FIFO 读取 12 个字节并不对应于相同的数据。当我加速或旋转 IMU 时，它似乎也没有多大意义。因此，我不确定如何准确读取 FIFO。这是我面临的问题

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问答

1. 您确定正确写入寄存器吗？：是的，我可以设置各种配置，例如采样率、中断等。我相信我能够正确地从 FIFO 中读取
2. 您确定 FIFO 中有任何内容要读取吗？: 是的，我启用了 FIFO 溢出中断。我目前等待中断，然后从 FIFO 寄存器中读取。
3. 您在读取之前是否检查了 FIFO 长度寄存器？是的，当发生 FIFO 溢出中断时，它包含 1024 字节（最大容量）。
4. 其他人以前没有这样做过吗？：没有人对如何读取 FIFO 有具体的解释（例如：另一个获得 RTFM 的论坛上的类似问题）。大多数与读取 FIFO 相关的可搜索问题是 (a) 未回答，(b) 被告知使用通用 XYZ Arduino 库（我不能使用它），（c）被告知阅读数据表（我有）。

Answer 1

好的，所以我已经找到了问题所在。问题是我在读取之前未能重置FIFO - 否则一切都或多或少没问题。我将向您展示我现在如何设置 IMU。

源文件

我创建了一个源文件来读取 MPU-6050 寄存器。我已将它们附在此处以供在以下解释中参考：

• 头文件
• 源文件

设置

为了设置 IMU，我在 FreeRTOS 任务中（在主循环之前）执行了以下步骤。

// Performs the I2C configuration for the MPU-6050 IMU. Saves handle
static mpu6050_err_t init_imu (mpu6050_i2c_cfg_t **handle) {
    mpu6050_err_t err = MPU6050_ERR_OK;
    uint8_t flags;

    // Configure the MPU-6050 I2C data structure
    static mpu6050_i2c_cfg_t i2c_cfg = (mpu6050_i2c_cfg_t) {
        .sda_pin        = I2C_SDA_PIN,
        .scl_pin        = I2C_SCL_PIN,
        .slave_addr     = I2C_IMU_SLAVE_ADDR,
        .i2c_port       = I2C_IMU_PORT_NUM,
        .clk_speed      = I2C_APB_CLK_FREQ / 200,    // Requires 400kHz
        .sda_pullup_en  = IMU_ENABLE_INTERNAL_PULLUPS,
        .scl_pullup_en  = IMU_ENABLE_INTERNAL_PULLUPS
    };

    // Initialize I2C
    if ((err = mpu6050_init(&i2c_cfg)) != MPU6050_ERR_OK) {
        return err;
    }

    // Configure Power Management 1 to wake the IMU (don't reset)
    flags = 0x0;
    if ((err = mpu6050_configure_power(&i2c_cfg, flags)) != MPU6050_ERR_OK) {
        return err;
    }

    // Configure accelerometer sensitivity
    flags = A_CFG_8G;
    if ((err = mpu6050_configure_accelerometer(&i2c_cfg, flags)) 
        != MPU6050_ERR_OK) {
        return err;
    }

    // Configure gyro sensitivity
    flags = G_CFG_500;
    if ((err = mpu6050_configure_gyroscope(&i2c_cfg, flags)) 
        != MPU6050_ERR_OK) {
        return err;
    }

    // Configure the Digital-Low-Pass-Filter
    flags = DLFP_CFG_FILTER_2;
    if ((err = mpu6050_configure_dlfp(&i2c_cfg, flags)) 
        != MPU6050_ERR_OK) {
        return err;
    }

    // Set the sampling rate to ~50Hz
    flags = 19;
    if ((err = mpu6050_set_sample_rate_divider(&i2c_cfg, flags)) 
        != MPU6050_ERR_OK) {
        return err;
    }

    // Configure interrupt behavior
    flags = 0x0;
    if ((err = mpu6050_configure_interrupt(&i2c_cfg, flags)) 
        != MPU6050_ERR_OK) {
        return err;
    }

    // Enable interrupts after every sensor refresh
    flags = INTR_EN_DATA_RDY;
    if ((err = mpu6050_enable_interrupt(&i2c_cfg, flags)) 
        != MPU6050_ERR_OK) {
        return err;
    }

    // Enable + Reset the FIFO
    flags = USER_CTRL_FIFO_EN | USER_CTRL_FIFO_RST;
    if ((err = mpu6050_enable_fifo(&i2c_cfg, flags)) 
        != MPU6050_ERR_OK) {
        return err;
    }

    // Configure the data pushed to the FIFO
    flags = FIFO_CFG_GX | FIFO_CFG_GY | FIFO_CFG_GZ | FIFO_CFG_AXYZ;
    if ((err = mpu6050_configure_fifo(&i2c_cfg, flags)) != MPU6050_ERR_OK) {
        return err;
    }

    // Save the configuration
    *handle = &i2c_cfg;

    return err;
}

如果您按照我的描述进行配置，那么它应该可以工作。当然，您可能正在为设备使用不同的库或包装器，但您可以启用的功能应该可以类似地访问。完成所有这些后，我可以在每个中断处读取 FIFO，如下所示：

// Read the FIFO length
if (mpu6050_get_fifo_length(i2c_cfg_p, &len) != MPU6050_ERR_OK) {
    ERR("FIFO length fetch error!");
    break;
} 

// Check if enough samples are ready - else continue (check later)
if (len < FIFO_BURST_LEN) {
    continue;
}

// Fetch data from FIFO
if (mpu6050_receive_fifo(i2c_cfg_p, &data) != MPU6050_ERR_OK) {
    ERR("FIFO data fetch error!");
    break;
}