MPU-6050：从 FIFO 寄存器正确读取数据

Question

简介

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。有两个文档可公开获得，用于从 IC 寄存器中读取数据。它们是：

1. The MPU-6000 and MPU-6050 Register Map and Descriptions Document

2. The MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification

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上下文

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发生偏差。因此，传感器的 X、Y 和 Z 轴寄存器的顺序读取是不同步的。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。

参见 (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 计数器跟踪 FIFO 中包含的有效数据字节数。 FIFO 寄存器支持突发读取。中断函数可用于确定何时有新数据可用

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问题

数据表规定，为了从 FIFO 中读取数据，您必须执行以下操作：

1. 启用 FIFO（第 6 位，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（寄存器 0x23，文档 (1)，第 4.7 节）。我通过分别设置位 6、5、4 和 3 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（从最低到最高）写入 FIFO。如果所有 FIFO 启用标志（见下文）均已启用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 的内容将以采样率顺序写入。 当 FIFO_EN（寄存器 35）中相应的 FIFO 使能标志设置为 1 时，传感器数据寄存器（寄存器 59 到 96）的内容被写入 FIFO 缓冲区。

但是，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，从 FIFO 读取 12 个字节并在读取单个寄存器时不对应相同的数据。当我加速 IMU 或旋转它时，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. 您确定您正确写入寄存器吗？：是的，我能够设置各种配置，例如采样率、中断等。我确信我能够正确地从 FIFO 中读取数据
2. 您确定 FIFO 中有什么要读取的吗？：是的，我已启用 FIFO 溢出中断。我目前在等待中断，然后从 FIFO 寄存器中读取。
3. 读取前是否检查 FIFO 长度寄存器？ 是的，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？：没有人具体解释如何读取 FIFO（例如：this similar question on another forum that gets an RTFM）。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，我已经找到了问题所在。问题是我在读取 FIFO 之前未能重置 - 否则一切都或多或少没问题。我将向您展示我现在是如何设置 IMU 的。

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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以下说明参考：

• Header File
• Source File

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设置

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

// 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，我就可以在每次中断时读取 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;
}