四轴飞行器1.3 MPU6050(大端)和M4的FPU开启方法

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      最近时间花在最多的地方就是STM32的I2C上了。之前就知道STM32的I2C并不好用，因为之前用过模拟的I2C，也写过AVR的I2C也就是TWI的硬件驱动，所以想试试写STM32的硬件I2C。。。为了避免库带来的麻烦，之前和特意将STM32F4的标准库升级到了1.3.0，但是貌似问题依旧。于是在网上找到了ST转为I2C写的CPAL的库，拿着它的英文手册和例子看了下，觉得很不错，功能相当的齐全，按照手册配置用起来应该不错，于是开始加载到自己的项目中。它需要一个定时器，用来管理超时，当通讯出现问题的时候，通过这个超时机制可以见得到，从而可以做一些简单的处理，它默认用的是systick中断，这个好办啊，用RTT的一个线程来替代systick或者用另外一个定时器就可以了，它还有一个要求，需要用到I2C相关的两个中断设置为最高优先级，虽然觉得优点不舒服哈，但是只能这样设置了，其实STM32中I2C的硬件缺陷就在这，需要第一时间响应I2C中断，否则就可能出现问题，就算自己写STM32的I2C，这两个中断优先级也需要设定的很高，可是之后发现了一个我认为可能接受不了的东西，就是在中断里面有一个宏，__CPAL_I2C_TIMEOUT ，定义如下

 1 #define __CPAL_I2C_TIMEOUT_DETECT                ((pDevInitStruct->wCPAL_Timeout == CPAL_I2C_TIMEOUT_MIN) || 2                                                  (pDevInitStruct->wCPAL_Timeout == CPAL_I2C_TIMEOUT_DEFAULT))
 3
 4 #define __CPAL_I2C_TIMEOUT(cmd, timeout)         pDevInitStruct->wCPAL_Timeout = CPAL_I2C_TIMEOUT_MIN + (timeout); 5                                                  while (((cmd) == 0) && (!__CPAL_I2C_TIMEOUT_DETECT)); 6                                                  if (__CPAL_I2C_TIMEOUT_DETECT) 7                                                  { 8                                                    return CPAL_I2C_Timeout (pDevInitStruct);  9                                                  }10                                                  pDevInitStruct->wCPAL_Timeout = CPAL_I2C_TIMEOUT_DEFAULT 

也就是说，这个CPAL库需要试用最高优先级的中断，而且在最高优先级的中断里面有个while，这可是最高优先级中断好么，我其他的中断还要不要响应了？RTT的线程调度还能不能愉快的调度了？积分还能不能在正确的时间内完成了， 积分出来的数据会不会漂的更厉害？果断弃之。。
      放弃CPAL库后，还有三个选择，买的板子是有写好的I2C的硬件库的，没有开源，为了快点做出来，就用他的库吧，当放进来编译好没错误后，下到板子里面运行，发现会卡死。。用不了。。当时不知道什么问题，后来想应该是没有用c99的原因，MDK默认是c89。还有两个选择，自己写硬件I2C或者用简单暴力的模拟I2C。。。折腾了好几天，进度太慢，我们首要任务是先飞起来，后面慢慢改，于是决定用模拟I2C，只要好点封装起来，后面把写好的更好的I2C放进去还是很容易的。
     模拟I2C就不多说了， 说下MPU6050吧。。。MPU6050网络上的资料那是非常的多，设置什么的都比较简单，我比较懒哈，没用FIFO，懒得设置，就打算从0x3B移植读到0X48，把所有数据读出来，简单的方法就是一个byte一个byte的读出来，然后强制转换成U16格式的再进行计算就可以了，可是这真的行得通吗？用union测试了下，STM32F4的是小端模式，也就是说数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位保存在内存的高地址中，可是看看MPU6050的手册，你会发现它是大端模式，数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中。如下图：

如果全部顺序读出来，LSB和MSB是反的，要转换一次。。于是又懒了，I2C连续读都已经写好了，但是不用算了，利用struct和union解决这个问题好了，用如下的方式定义一个struct和union的混合结构：

 1 typedef struct
 2 {
 3 union
 4 {
 5 struct
 6 {
 7       u8 data_L;
 8   u8 data_H;
 9 } b;
10 u16 data;
11 } acce_x;
12 union
13 {
14 struct
15 {
16       u8 data_L;
17   u8 data_H;
18 } b;
19 u16 data;
20 } acce_y;
21 union
22 {
23 struct
24 {
25       u8 data_L;
26   u8 data_H;
27 } b;
28 u16 data;
29 } acce_z;
30
31 union
32 {
33 struct
34 {
35   u8 data_L;
36   u8 data_H;
37 } b;
38 u16 data;
39 } temp;
40
41 union
42 {
43 struct
44 {
45   u8 data_L;
46   u8 data_H;
47 } b;
48 u16 data;
49 } gyro_x;
50 union
51 {
52 struct
53 {
54   u8 data_L;
55   u8 data_H;
56 } b;
57 u16 data;
58 } gyro_y;
59 union
60 {
61 struct
62 {
63   u8 data_L;
64   u8 data_H;
65 } b;
66 u16 data;
67 } gyro_z;
68
69 }MPU6050_DATA_T;

读数据的时候就容易了，一个字节一个字节的读，例如读ACCX的高字节，读到mpu6050_data_t->acce_x.b.data_H中， 低字节读到mpu6050_data_t->acce_x.b.data_L中，而我们取数据的时候用mpu6050_data_t.acce_x.data就可以了，不需要进行LSB和MSB的数据转换了，哈，懒人用懒人的方法，不过这个方法毕竟效率不高，等飞机飞起来再改。。哈。。
读到的数据如下：

好像gyro_z的数据有点问题哈，后面再细看下，这些数值都是没有处理过的，裸数据，还要根据我们选的量程来进行转换才行。。

以前用过lsm303dlh算出过姿态数据的哈，就是反三角函数算，用的场合不一样，数据也没有滤波什么的，就这样算了。。这里终点是我们要用到反三角函数，M4可是带FPU的，不用白不用。。用了速度快很多。。哈。。开启FPU。。需要下面几个步骤：
在SystemIni 中有如下一句话

1   /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
2   #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
3     SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
4   #endif

所以第一步需要设置这两个宏，__FPU_PRESENT，__FPU_USED，寻找一番，发现在STM32F4XX.h中

1 #define __MPU_PRESENT             1       /*!< STM32F4XX provides an MPU
2 #define __FPU_PRESENT             1       /*!< FPU present 已经定义好了

如果我们需要用到FPU，我们需要使用ARM为我们提供的数学函数，我们需要包涵arm_math.h头文件，
还需要添加arm_cortexMxx_math.lib到工程文件中，位于\Libraries\CMSIS\Lib\ARM中。

* The library installer contains prebuilt versions of the libraries in the <code>Lib</code> folder.
   * - arm_cortexM4lf_math.lib (Little endian and Floating Point Unit on Cortex-M4)
   * - arm_cortexM4bf_math.lib (Big endian and Floating Point Unit on Cortex-M4)
   * - arm_cortexM4l_math.lib (Little endian on Cortex-M4)
   * - arm_cortexM4b_math.lib (Big endian on Cortex-M4)
   * - arm_cortexM3l_math.lib (Little endian on Cortex-M3)
   * - arm_cortexM3b_math.lib (Big endian on Cortex-M3)
   * - arm_cortexM0l_math.lib (Little endian on Cortex-M0)

* - arm_cortexM0b_math.lib (Big endian on Cortex-M3)

STM32F407我们用的是小端模式，并且带FPU，支持浮点运算的，所以我们要添加的库是 arm_cortexM4lf_math.lib ，编译后会发现有错误，需要添加 ARM_MATH_CM4宏，好了，一切准备就绪，可以使用M4的FPU了。。哈。。
看一下stm32f40x\Libraries\CMSIS\DSP_Lib\Source目录，发现有不少文件，如下图：

解释看个名字也能直到大概哈，草靠网上的解释，矩阵计算，滤波函数说不定后面可以用到。。瞬间感觉高大上。。

BasicMathFunctions
提供浮点数的各种基本运算函数，如加减乘除等运算。
CommonTables
arm_common_tables.c文件提供位翻转或相关参数表。
ComplexMathFunctions
复述数学功能，如向量处理，求模运算的。
ControllerFunctions
控制功能，主要为PID控制函数。arm_sin_cos_f32/-q31.c函数提供360点正余弦函数表和任意角度的正余弦函数值计算功能。
FastMathFunctions
快速数学功能函数，提供256点正余弦函数表和任意任意角度的正余弦函数值计算功能，和Q值开平方运算：
Arm_cos_f32/_q15/_q31.c：提供256点余弦函数表和任意角度余弦值计算功能。
Arm_sin_f32/_q15/_q31.c：提供256点正弦函数表和任意角度正弦值计算功能。
Arm_sqrt_q15/q31.c：提供迭代法计算平方根的函数。对于M4F的平方根运算，通过执行VSQRT指令完成。
FilteringFunctions
滤波函数功能，主要为FIR和LMS（最小均方根）滤波函数。
MatrixFunctions
矩阵处理函数。
StatisticsFunctions
统计功能函数，如求平均值、计算RMS、计算方差/标准差等。
SupportFunctions
支持功能函数，如数据拷贝，Q格式和浮点格式相互转换，Q任意格式相互转换。
TransformFunctions
变换功能。包括复数FFT（CFFT）/复数FFT逆运算（CIFFT）、实数FFT（RFFT）/实数FFT逆运算（RIFFT）、和DCT（离散余弦变换）和配套的初始化函数。

接下来要做的就是把MPU6050裸数据处理下，传到matlab进行数据处理了。。要写matlab的串口咯。。。。

通讯协议也可能开始需要简单的策划下了，因为后面准备自己通过2401做遥控器的，通讯协议也应该开始考虑了。。

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