概述

LSM6DSV16X是一款高性能、低功耗的6軸IMU傳感器，集成了3軸加速度計(jì)和3軸陀螺儀。本文將詳細(xì)介紹如何配置和讀取LSM6DSV16X傳感器的FIFO數(shù)據(jù)，包括初始化、配置以及數(shù)據(jù)處理的完整流程， 以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的批量處理和傳輸，減少系統(tǒng)功耗，提高應(yīng)用的響應(yīng)速度和數(shù)據(jù)處理效率。

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視頻教學(xué)

[https://www.bilibili.com/video/BV12s421T73k/]

樣品申請(qǐng)

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源碼下載

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主要內(nèi)容

1. 初始化LSM6DSV16X傳感器并檢查其設(shè)備ID
2. 恢復(fù)傳感器默認(rèn)配置并設(shè)置必要的參數(shù)
3. 配置FIFO模式和水印閾值
4. 設(shè)置加速度計(jì)和陀螺儀的數(shù)據(jù)速率
5. 連續(xù)讀取FIFO中的傳感器數(shù)據(jù)并解析輸出

LSM6DSV16X傳感器包含一個(gè)FIFO緩沖區(qū)，能夠存儲(chǔ)不同類型的數(shù)據(jù)，以節(jié)省系統(tǒng)功耗。主處理器不需要連續(xù)輪詢傳感器數(shù)據(jù)，而是可以在需要時(shí)喚醒并從FIFO中讀取重要數(shù)據(jù) 。
FIFO緩沖區(qū)可以存儲(chǔ)以下類型的數(shù)據(jù)：
● 陀螺儀數(shù)據(jù)
● 加速度計(jì)數(shù)據(jù)
● 外部傳感器數(shù)據(jù)（最多4個(gè)）
● 計(jì)步器數(shù)據(jù)
● 時(shí)間戳
● 溫度
● 機(jī)器學(xué)習(xí)核心（MLC）特征和過濾數(shù)據(jù)
● 低功耗傳感器融合算法輸出數(shù)據(jù)（如四元數(shù)、陀螺儀偏差、重力向量等）

生成STM32CUBEMX

用STM32CUBEMX生成例程，這里使用MCU為STM32H503CB。 配置時(shí)鐘樹，配置時(shí)鐘為250M。

串口配置

查看原理圖，PB6和PB7設(shè)置為開發(fā)板的串口。

配置串口。

IIC配置

配置IIC速度為1M。

CS和SA0設(shè)置

串口重定向

打開魔術(shù)棒，勾選MicroLIB

在main.c中，添加頭文件，若不添加會(huì)出現(xiàn) identifier "FILE" is undefined報(bào)錯(cuò)。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
/* USER CODE END Includes */

函數(shù)聲明和串口重定向：

/* USER CODE BEGIN PFP */
int fputc(int ch, FILE *f){
    HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch
}
/* USER CODE END PFP */

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。

printf("HELLO!n");
  HAL_GPIO_WritePin(CS_GPIO_Port, CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
  HAL_GPIO_WritePin(SA0_GPIO_Port, SA0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(100);


  lsm6dsv16x_fifo_status_t fifo_status;
  stmdev_ctx_t dev_ctx;
  lsm6dsv16x_reset_t rst;

  /* 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(shù)。

對(duì)應(yīng)的獲取ID驅(qū)動(dòng)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(fù)位操作

可以向CTRL3 (12h)的SW_RESET寄存器寫入1進(jìn)行復(fù)位。

lsm6dsv16x_reset_set為重置函數(shù)。

對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)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(shè)置

在很多傳感器中，數(shù)據(jù)通常被存儲(chǔ)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(gè)完整的數(shù)據(jù)值。例如，在一個(gè)加速度計(jì)中，MSB和LSB可能共同表示一個(gè)加速度的測(cè)量值。
連續(xù)更新模式（BDU = ‘0’）：在默認(rèn)模式下，輸出寄存器的值會(huì)持續(xù)不斷地被更新。這意味著在你讀取MSB和LSB的時(shí)候，寄存器中的數(shù)據(jù)可能會(huì)因?yàn)樾碌臏y(cè)量數(shù)據(jù)而更新。這可能導(dǎo)致一個(gè)問題：當(dāng)你讀取MSB時(shí)，如果寄存器更新了，接下來讀取的LSB可能就是新的測(cè)量值的一部分，而不是與MSB相對(duì)應(yīng)的值。這樣，你得到的就是一個(gè)“拼湊”的數(shù)據(jù)，它可能無法準(zhǔn)確代表任何實(shí)際的測(cè)量時(shí)刻。
塊數(shù)據(jù)更新（BDU）模式（BDU = ‘1’）：當(dāng)激活BDU功能時(shí)，輸出寄存器中的內(nèi)容不會(huì)在讀取MSB和LSB之間更新。這就意味著一旦開始讀取數(shù)據(jù)（無論是先讀MSB還是LSB），寄存器中的那一組數(shù)據(jù)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(cè)量時(shí)刻的數(shù)據(jù)，避免了讀取到代表不同采樣時(shí)刻的數(shù)據(jù)。
簡而言之，BDU位的作用是確保在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，輸出寄存器的內(nèi)容保持穩(wěn)定，從而避免讀取到拼湊或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。這對(duì)于需要高精度和穩(wěn)定性的應(yīng)用尤為重要。
可以向CTRL3 (12h)的BDU寄存器寫入1進(jìn)行開啟。

對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序,如下所示。

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

設(shè)置量程

速率可以通過CTRL1 (10h)設(shè)置加速度速率和CTRL2 (11h)進(jìn)行設(shè)置角速度速率。

設(shè)置加速度量程可以通過CTRL8 (17h)進(jìn)行設(shè)置。 設(shè)置角速度量程可以通過CTRL6 (15h)進(jìn)行設(shè)置。

設(shè)置加速度和角速度的量程和速率可以使用如下函數(shù)。

/* Set full scale */
  lsm6dsv16x_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_2g);
  lsm6dsv16x_gy_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_2000dps);

設(shè)置FIFO水印

FIFO控制寄存器1 (FIFO_CTRL1)：這個(gè)寄存器用于設(shè)置FIFO的水印閾值。
● WTM_[7:0]：FIFO水印閾值。當(dāng)FIFO中寫入的字節(jié)數(shù)大于或等于這個(gè)閾值時(shí)，水印標(biāo)志位會(huì)被置高。
具體描述如下：
● 1 LSb = TAG (1 Byte) + 1 sensor (6 Bytes) written in FIFO：
○ 每個(gè)LSb表示一個(gè)TAG（1字節(jié)）和一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)（6字節(jié)）被寫入FIFO。
○ 因此，每個(gè)水印閾值單位對(duì)應(yīng)的大小是7字節(jié)（1字節(jié)的TAG加上6字節(jié)的傳感器數(shù)據(jù)）。

下面代碼設(shè)置了FIFO的水印閾值。當(dāng)FIFO中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)達(dá)到該閾值時(shí)，傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，以通知主處理器讀取數(shù)據(jù)。水印值是未讀傳感器數(shù)據(jù)TAG和6個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)樣本總數(shù)。

lsm6dsv16x_fifo_watermark_set(&dev_ctx, FIFO_WATERMARK);

在配置LSM6DSV16X傳感器的FIFO功能時(shí)，每個(gè)傳感器數(shù)據(jù)樣本的大小為6字節(jié)。這是因?yàn)榧铀俣扔?jì)和陀螺儀的每個(gè)數(shù)據(jù)樣本都包含三個(gè)軸向的數(shù)據(jù)，每個(gè)軸向的數(shù)據(jù)用2字節(jié)表示。具體來說：
● 加速度計(jì)數(shù)據(jù)：包含X、Y、Z三個(gè)軸向的數(shù)據(jù)，每個(gè)軸向的數(shù)據(jù)大小為2字節(jié)。因此，加速度計(jì)的一個(gè)完整數(shù)據(jù)樣本大小為3軸 * 2字節(jié) = 6字節(jié)。
● 陀螺儀數(shù)據(jù)：同樣包含X、Y、Z三個(gè)軸向的數(shù)據(jù)，每個(gè)軸向的數(shù)據(jù)大小也是2字節(jié)。因此，陀螺儀的一個(gè)完整數(shù)據(jù)樣本大小也是3軸 * 2字節(jié) = 6字節(jié)。
#define FIFO_WATERMARK 64的定義是為了在FIFO中存儲(chǔ)64個(gè)樣本后觸發(fā)中斷。因?yàn)槊總€(gè)樣本大小為7字節(jié)（1字節(jié)的TAG和6字節(jié)的傳感器數(shù)據(jù)），所以當(dāng)FIFO中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)達(dá)到448字節(jié)（64 * 7字節(jié)）時(shí)，會(huì)觸發(fā)中斷通知主處理器讀取數(shù)據(jù)。
這可以通過以下公式計(jì)算：
水印閾值字節(jié)數(shù)=64×(1字節(jié)的TAG+6字節(jié)的傳感器數(shù)據(jù))=448字節(jié)
這個(gè)設(shè)置可以確保在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔內(nèi)讀取數(shù)據(jù)，既避免了頻繁中斷帶來的開銷，又不會(huì)因?yàn)镕IFO溢出而丟失數(shù)據(jù)。

設(shè)置速率

LSM6DSV16X傳感器的FIFO控制寄存器3（FIFO_CTRL3）的內(nèi)容，該寄存器用于選擇陀螺儀和加速度計(jì)數(shù)據(jù)寫入FIFO的批處理數(shù)據(jù)速率（BDR，Batch Data Rate）。以下是詳細(xì)描述：
FIFO_CTRL3寄存器（地址09h）,該寄存器包含兩個(gè)主要字段：
● BDR_GY_[3:0]：選擇陀螺儀數(shù)據(jù)的批處理速率。
● BDR_XL_[3:0]：選擇加速度計(jì)數(shù)據(jù)的批處理速率。

將加速度計(jì)的數(shù)據(jù)速率（Output Data Rate, ODR）設(shè)置為60Hz。這意味著加速度計(jì)的數(shù)據(jù)將以每秒60次的頻率批量寫入FIFO。

將陀螺儀的數(shù)據(jù)速率設(shè)置為15Hz。這意味著陀螺儀的數(shù)據(jù)將以每秒15次的頻率批量寫入FIFO。

/* Set FIFO batch XL/Gyro ODR to 12.5Hz */
  lsm6dsv16x_fifo_xl_batch_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_XL_BATCHED_AT_60Hz);
  lsm6dsv16x_fifo_gy_batch_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_GY_BATCHED_AT_15Hz);

使用流模式

FIFO控制寄存器4（FIFO_CTRL4）用于選擇FIFO模式，并提供以下選項(xiàng)：
FIFO_MODE_[2:0] 字段用于選擇FIFO模式，詳細(xì)描述如下：
000: 旁路模式（FIFO禁用，默認(rèn)）
001: FIFO模式（當(dāng)FIFO滿時(shí)停止收集數(shù)據(jù)）
010: 連續(xù)模式直到水印標(biāo)志被設(shè)置為滿模式（FIFO水印標(biāo)志設(shè)置為滿模式之前，連續(xù)模式）
011: 連續(xù)模式直到解除觸發(fā)，之后為FIFO模式
100: 旁路到連續(xù)模式（旁路模式直到解除觸發(fā)，之后為連續(xù)模式）
101: 保留
110: 連續(xù)模式（如果FIFO滿了，新樣本將覆蓋舊的樣本）
111: 旁路到FIFO模式（旁路模式直到解除觸發(fā)，之后為FIFO模式）

使用流模式有以下優(yōu)點(diǎn)：
持續(xù)數(shù)據(jù)采集：適用于需要連續(xù)監(jiān)控的場(chǎng)景，如運(yùn)動(dòng)跟蹤和實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用。
數(shù)據(jù)最新性：始終獲取到最新的數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)滯后。
無需等待FIFO清空：當(dāng)FIFO填滿時(shí)，新數(shù)據(jù)自動(dòng)覆蓋舊數(shù)據(jù)，無需手動(dòng)清空FIFO。

/* Set FIFO mode to Stream mode (aka Continuous Mode) */
  lsm6dsv16x_fifo_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_STREAM_MODE);

設(shè)置FIFO時(shí)間戳批處理速率

LSM6DSV16X傳感器的時(shí)間戳批處理速率、溫度數(shù)據(jù)批處理速率、增強(qiáng)的EIS陀螺儀輸出批處理，以及FIFO的工作模式。這些配置確保傳感器數(shù)據(jù)能夠以適當(dāng)?shù)乃俾屎湍Ｊ竭M(jìn)行批處理和存儲(chǔ)，以滿足不同的應(yīng)用需求。

/* Set Output Data Rate */
  lsm6dsv16x_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_ODR_AT_60Hz);
  lsm6dsv16x_gy_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_ODR_AT_15Hz);
  lsm6dsv16x_fifo_timestamp_batch_set(&dev_ctx, LSM6DSV16X_TMSTMP_DEC_8);

使能時(shí)間戳

FUNCTIONS_ENABLE寄存器（地址50h） 的TIMESTAMP_EN可以使能時(shí)間戳計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的值可以從TIMESTAMP0（40h），TIMESTAMP1（41h），TIMESTAMP2（42h）和TIMESTAMP3（43h）寄存器讀取。

lsm6dsv16x_timestamp_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

FIFO狀態(tài)寄存器

LSM6DSV16X傳感器的FIFO狀態(tài)寄存器FIFO_STATUS2 (1Ch)的FIFO_WTM_IA可以判斷FIFO水印狀態(tài)。
0：FIFO填充量低于水印。
1：FIFO填充量等于或大于水印。
DIFF_FIFO包括DIFF_FIFO_[7:0]和DIFF_FIFO_8，總共9位，用于精確表示未讀數(shù)據(jù)樣本的數(shù)量。

FIFO_DATA_OUT_TAG寄存器（地址78h）用于標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)在FIFO中的傳感器數(shù)據(jù)類型。以下是詳細(xì)解釋：
字段：
TAG_SENSOR_[4:0]：用于標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)在FIFO中的傳感器數(shù)據(jù)類型。
TAG_CNT_[1:0]：用于標(biāo)識(shí)傳感器時(shí)間槽的2位計(jì)數(shù)器。

LSM6DSV16X傳感器的FIFO數(shù)據(jù)輸出寄存器用于讀取FIFO中的X軸、Y軸和Z軸數(shù)據(jù)。以下是詳細(xì)解釋：
FIFO_DATA_OUT_X_L (79h) 和 FIFO_DATA_OUT_X_H (7Ah) 寄存器
功能：讀取FIFO中X軸的數(shù)據(jù)。
寄存器描述：
FIFO_DATA_OUT_X_L (低字節(jié))：包含X軸數(shù)據(jù)的低8位。
FIFO_DATA_OUT_X_H (高字節(jié))：包含X軸數(shù)據(jù)的高8位。
組合讀取16位X軸數(shù)據(jù)：D[15:0]。
FIFO_DATA_OUT_Y_L (7Bh) 和 FIFO_DATA_OUT_Y_H (7Ch) 寄存器
功能：讀取FIFO中Y軸的數(shù)據(jù)。
寄存器描述：
FIFO_DATA_OUT_Y_L (低字節(jié))：包含Y軸數(shù)據(jù)的低8位。
FIFO_DATA_OUT_Y_H (高字節(jié))：包含Y軸數(shù)據(jù)的高8位。
組合讀取16位Y軸數(shù)據(jù)：D[15:0]。
FIFO_DATA_OUT_Z_L (7Dh) 和 FIFO_DATA_OUT_Z_H (7Eh) 寄存器
功能：讀取FIFO中Z軸的數(shù)據(jù)。
寄存器描述：
FIFO_DATA_OUT_Z_L (低字節(jié))：包含Z軸數(shù)據(jù)的低8位。
FIFO_DATA_OUT_Z_H (高字節(jié))：包含Z軸數(shù)據(jù)的高8位。
組合讀取16位Z軸數(shù)據(jù)：D[15:0]。

其中時(shí)間戳速度單位為21.75us。

演示

實(shí)際測(cè)試如下所示，數(shù)據(jù)為64個(gè)數(shù)據(jù)。
加速度速率為60Hz，角速度速率為15Hz，所以數(shù)據(jù)輸出基本上為4個(gè)ACC數(shù)據(jù)一個(gè)GYR數(shù)據(jù)。
時(shí)間戳速率60Hz/8為7.5Hz(133.33ms)，大概8個(gè)ACC數(shù)據(jù)之后出現(xiàn)一個(gè)時(shí)間戳數(shù)據(jù)。
下圖中的2個(gè)時(shí)間戳數(shù)據(jù)為81998618和81992474，81998618-81992474=6144*21.75us=133.632ms

審核編輯 黃宇