本文将探讨如何使用MotionFX库解析空间坐标。MotionFX库是一种用于传感器融合的强大工具，可以将加速度计、陀螺仪和磁力计的数据融合在一起，实现精确的姿态和位置估计。本文将介绍如何初始化和配置MotionFX库，使用FIFO读取传感器数据，FIFO可以作为数据缓冲区，存储传感器的临时数据。这样可以防止数据丢失，特别是在处理器忙于其他任务时，并利用这些数据进行空间坐标的解析。本章案例使用上节的demo进行修改。
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首先需要准备一个开发板，这里我准备的是自己绘制的开发板，需要的可以进行申请。
主控为STM32H503CB，陀螺仪为LSM6DSOW，磁力计为LIS2MDL。
设置串口速率为2000000。
加速度和角速度的速率尽量大于100Hz。
XL_HM_MODE 和 G_HM_MODE 是LSM6DSOW传感器中的配置位，用于设置加速度计和陀螺仪的高性能模式或低功耗模式。这些模式可以根据应用需求选择，以优化功耗或提高性能。
XL_HM_MODE 位于 CTRL6_C (15h) 寄存器中，用于控制加速度计的高性能模式。在高性能模式下，加速度计提供更高的采样率和精度，但功耗也会增加。
XL_HM_MODE 位描述
● 位位置: 4
● 默认值: 0（高性能模式启用）
● 描述: 控制加速度计的高性能模式。
○ 0: 启用高性能操作模式（默认）。
○ 1: 禁用高性能操作模式，启用低功耗模式。
G_HM_MODE 位于 CTRL7_G (16h) 寄存器中，用于控制陀螺仪的高性能模式。在高性能模式下，陀螺仪提供更高的采样率和精度，但功耗也会增加。
G_HM_MODE 位描述
● 位位置: 7
● 默认值: 0（高性能模式启用）
● 描述: 控制陀螺仪的高性能模式。
○ 0: 启用高性能操作模式（默认）。
○ 1: 禁用高性能操作模式，启用低功耗模式。
添加到初始化位置。
lsm6dso_xl_power_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSO_HIGH_PERFORMANCE_MD);
lsm6dso_gy_power_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSO_GY_HIGH_PERFORMANCE);
设置FIFO触发阈值为30.
lsm6dso_fifo_watermark_set(&dev_ctx, 30);
修改定义FIFO存储数组的长度为阈值的2倍。
uint8_t fifo_data[30*2][7];
/* USER CODE BEGIN 2 */
printf("HELLO!n");
HAL_GPIO_WritePin(CS1_GPIO_Port, CS1_Pin, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(SA0_GPIO_Port, SA0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(CS2_GPIO_Port, CS2_Pin, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(100);
/* Uncomment to configure INT 1 */
lsm6dso_pin_int1_route_t int1_route;
/* 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();
/* Wait sensor boot time */
platform_delay(BOOT_TIME);
/* Check device ID */
lsm6dso_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);
printf("LSM6DSO_ID=0x%x,whoamI=0x%x",LSM6DSO_ID,whoamI);
if (whoamI != LSM6DSO_ID)
while (1);
/* Restore default configuration */
lsm6dso_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
do {
lsm6dso_reset_get(&dev_ctx, &rst);
} while (rst);
/* Disable I3C interface */
lsm6dso_i3c_disable_set(&dev_ctx, LSM6DSO_I3C_DISABLE);
/* Enable Block Data Update */
lsm6dso_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
/* Set full scale */
lsm6dso_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSO_2g);
lsm6dso_gy_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSO_2000dps);
/* Set FIFO watermark (number of unread sensor data TAG + 6 bytes
* stored in FIFO) to 10 samples
*/
lsm6dso_fifo_watermark_set(&dev_ctx, 30);
/* Set FIFO batch XL/Gyro ODR to 12.5Hz */
lsm6dso_fifo_xl_batch_set(&dev_ctx, LSM6DSO_XL_BATCHED_AT_417Hz);
lsm6dso_fifo_gy_batch_set(&dev_ctx, LSM6DSO_GY_BATCHED_AT_417Hz);
/* Set FIFO mode to Stream mode (aka Continuous Mode) */
lsm6dso_fifo_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSO_STREAM_MODE);
/* Enable drdy 75 μs pulse: uncomment if interrupt must be pulsed */
lsm6dso_data_ready_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSO_DRDY_PULSED);
/* Uncomment if interrupt generation on Free Fall INT1 pin */
lsm6dso_pin_int1_route_get(&dev_ctx, &int1_route);
int1_route.fifo_th = PROPERTY_ENABLE;
lsm6dso_pin_int1_route_set(&dev_ctx, int1_route);
/* Uncomment if interrupt generation on Free Fall INT2 pin */
//lsm6dso_pin_int2_route_get(&dev_ctx, &int2_route);
//int2_route.reg.int2_ctrl.int2_fifo_th = PROPERTY_ENABLE;
//lsm6dso_pin_int2_route_set(&dev_ctx, &int2_route);
/* Set Output Data Rate */
lsm6dso_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSO_XL_ODR_417Hz);
lsm6dso_gy_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSO_GY_ODR_417Hz);
lsm6dso_fifo_timestamp_decimation_set(&dev_ctx, LSM6DSO_DEC_1);
/* Enable timestamp */
lsm6dso_timestamp_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
lsm6dso_xl_power_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSO_HIGH_PERFORMANCE_MD);
lsm6dso_gy_power_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSO_GY_HIGH_PERFORMANCE);
lsm6dso_init();
/* USER CODE END 2 */
主要包含lsm6dso_app.c和lsm6dso_app.h，这两个文件主要负责初始化和管理LSM6DSOW传感器的交互。它们提供了配置传感器、初始化通信接口以及读取传感器数据的功能。
该文件包含与LSM6DSOW传感器交互所需函数的实现。它提供了配置传感器、初始化通信接口以及读取传感器数据的功能。
lsm6dso_init(): 初始化MotionFX算法。
lsm6dso_motion_fx_determin(): 该函数主要用于读取传感器数据并使用MotionFX库进行数据融合处理。
运行卡尔曼滤波传播算法MotionFX_propagate。
根据需要更新卡尔曼滤波器MotionFX_update。
需要注意的是这2各算法非常吃资源，需要注意MCU算力分配。
函数结构如下所示。
对应的demo在2.2.9有提供。
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
if(fifo_flag)// 如果 FIFO 中断标志被设置
{
uint8_t acc_flag=0,gyr_flag=0;//加速度角速度标志位
uint8_t deltatime_flag=0;//时间标志位
// printf("fifo_num=%dn",fifo_num);
for(int i=0;i< fifo_num;i++)// 遍历 FIFO 数据数组
{
// 获取数据指针
datax = (int16_t *)&fifo_data[i][1];
datay = (int16_t *)&fifo_data[i][3];
dataz = (int16_t *)&fifo_data[i][5];
// 根据数据标签处理不同类型的数据
switch (fifo_data[i][0]) {
case LSM6DSO_XL_NC_TAG:// 加速度数据
acc_flag=1;
acc_x=lsm6dso_from_fs2_to_mg(*datax);
acc_y=lsm6dso_from_fs2_to_mg(*datay);
acc_z=lsm6dso_from_fs2_to_mg(*dataz);
// printf("Acceleration [mg]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
// acc_x, acc_y, acc_z);
break;
case LSM6DSO_GYRO_NC_TAG:// 角速度数据
gyr_flag=1;
gyr_x=lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(*datax);
gyr_y=lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(*datay);
gyr_z=lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(*dataz);
// printf("Angular rate [mdps]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
// gyr_x,gyr_y,gyr_z);
break;
case LSM6DSO_TIMESTAMP_TAG:// 时间戳数据
deltatime_flag=1;
/* 读取时间戳数据 */
uint32_t timestamp=0;
timestamp+= fifo_data[i][1];
timestamp+= fifo_data[i][2]< < 8;
timestamp+= fifo_data[i][3]< < 16;
timestamp+= fifo_data[i][4]< < 24;
if(deltatime_first==0)//第一次
{
deltatime_1=timestamp;
deltatime_2=deltatime_1;
deltatime_first=1;
}
else
{
deltatime_2=timestamp;
}
// printf("timestamp=%drn",timestamp);
break;
default:
break;
}
// 如果加速度、角速度和时间戳数据都已获取
if(acc_flag&&gyr_flag&&deltatime_flag)
{
lsm6dso_motion_fx_determin();// 调用 MotionFX 处理函数
acc_flag=0;
gyr_flag=0;
deltatime_flag=0;
deltatime_1=deltatime_2; // 更新时间戳
}
}
// 清除 FIFO 标志和数据量
fifo_flag=0;
fifo_num=0;
}
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
欧拉角（Euler Angles）是一种表示三维旋转的方式，通过三个角度来描述物体在三维空间中的姿态。这三个角度通常称为滚转角（Roll）、俯仰角（Pitch）和偏航角（Yaw），它们分别表示绕物体的自身坐标系的三个轴的旋转。
横滚roll，俯仰pitch，偏航yaw的实际含义如下图：
● 优点
表示简单直观，易于理解。
适用于描述固定顺序的旋转操作。
● 缺点
存在万向节死锁问题（Gimbal Lock），即当俯仰角接近±90度时，会失去一个自由度，导致系统无法确定物体的姿态。
旋转顺序不同会导致不同的最终姿态，需要特别注意旋转顺序。
初始位置和数据输出如下所示。
逆时针旋转90°
逆时针旋转180°
逆时针旋转270°
审核编辑 黄宇
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