概述

本文檔旨在詳細介紹如何配置和讀取LSM6DSOW傳感器的FIFO數據。LSM6DSOW是一款高性能的6軸IMU（慣性測量單元），集成了三軸加速度計和三軸陀螺儀。FIFO（先進先出）緩沖區是LSM6DSOW的重要功能之一，它能夠有效地存儲傳感器數據，減少主機的讀取頻率，從而降低功耗和提高數據采集效率。

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視頻教學

https://www.bilibili.com/video/BV1Dw4m1r712/

樣品申請

https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#

源碼下載

https://download.csdn.net/download/qq_24312945/89592307

硬件準備

首先需要準備一個開發板，這里我準備的是自己繪制的開發板，需要的可以進行申請。主控為STM32H503CB，陀螺儀為LSM6DSOW，磁力計為LIS2MDL。

主要內容

初始化LSM6DSOW傳感器并檢查其設備ID
恢復傳感器默認配置并設置必要的參數
配置FIFO模式和水印閾值
設置加速度計和陀螺儀的數據速率
連續讀取FIFO中的傳感器數據并解析輸出

LSM6DSOW支持六種不同的FIFO模式，每種模式適用于不同的應用場景：

Bypass Mode（旁路模式）：
○ 在旁路模式下，FIFO不運行，傳感器數據直接輸出，不存儲在FIFO中。該模式常用于實時數據讀取。
FIFO Mode（FIFO模式）：
○ 在FIFO模式下，數據連續存儲到FIFO中，直到FIFO滿。當FIFO滿時，舊數據將被新數據覆蓋。適用于需要連續存儲數據供后續處理的情況。
Continuous Mode（連續模式）：
○ 在連續模式下，FIFO始終保存最新的數據，當FIFO滿時，舊數據被丟棄，新數據繼續寫入FIFO。適用于需要實時監控最新數據的應用。
Continuous to FIFO Mode（連續到FIFO模式）：
○ 開始時處于連續模式，當檢測到某個事件時切換到FIFO模式。適用于在特定事件發生后保存數據。
Bypass to Continuous Mode（旁路到連續模式）：
○ 開始時處于旁路模式，當檢測到某個事件時切換到連續模式。適用于事件發生后開始實時數據監控。
Bypass to FIFO Mode（旁路到FIFO模式）：
○ 開始時處于旁路模式，當檢測到某個事件時切換到FIFO模式，開始存儲數據。適用于事件發生后開始數據記錄。

生成STM32CUBEMX

用STM32CUBEMX生成例程，這里使用MCU為STM32H503CB。

配置時鐘樹，配置時鐘為250M。

串口配置

查看原理圖，PA9和PA10設置為開發板的串口。

配置串口，速率為2000000。

IIC配置

LSM6DSOW最大IIC通訊速率為400k。

配置IIC速度為400k

CS和SA0設置

由于還有一個磁力計，需要把該CS也使能。

INT設置

配置為輸入檢測模式。

ICASHE

修改堆棧

串口重定向

打開魔術棒，勾選MicroLIB

在main.c中，添加頭文件，若不添加會出現 identifier "FILE" is undefined報錯。

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

函數聲明和串口重定向：

/* 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 */

參考驅動程序

https://github.com/STMicroelectronics/lsm6dso-pid

初始化管腳

由于需要向LSM6DSO_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為低電平。

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);


  stmdev_ctx_t dev_ctx;
  /* 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);

獲取ID

可以向WHO_AM_I (0Fh)獲取固定值，判斷是否為0x6C

lsm6dso_device_id_get為獲取函數。

對應的獲取ID驅動程序,如下所示。

/* 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);

復位操作

可以向CTRL3 (12h)的SW_RESET寄存器寫入1進行復位。

lsm6dso_reset_set為重置函數。

對應的驅動程序,如下所示。

/* Restore default configuration */
  lsm6dso_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

  do {
    lsm6dso_reset_get(&dev_ctx, &rst);
  } while (rst);

關閉I3C

/* Disable I3C interface */
  lsm6dso_i3c_disable_set(&dev_ctx, LSM6DSO_I3C_DISABLE);

BDU設置

在很多傳感器中，數據通常被存儲在輸出寄存器中，這些寄存器分為兩部分：MSB和LSB。這兩部分共同表示一個完整的數據值。例如，在一個加速度計中，MSB和LSB可能共同表示一個加速度的測量值。
連續更新模式（BDU = ‘0’）：在默認模式下，輸出寄存器的值會持續不斷地被更新。這意味著在你讀取MSB和LSB的時候，寄存器中的數據可能會因為新的測量數據而更新。這可能導致一個問題：當你讀取MSB時，如果寄存器更新了，接下來讀取的LSB可能就是新的測量值的一部分，而不是與MSB相對應的值。這樣，你得到的就是一個“拼湊”的數據，它可能無法準確代表任何實際的測量時刻。
塊數據更新（BDU）模式（BDU = ‘1’）：當激活BDU功能時，輸出寄存器中的內容不會在讀取MSB和LSB之間更新。這就意味著一旦開始讀取數據（無論是先讀MSB還是LSB），寄存器中的那一組數據就被“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是同一測量時刻的數據，避免了讀取到代表不同采樣時刻的數據。
簡而言之，BDU位的作用是確保在讀取數據時，輸出寄存器的內容保持穩定，從而避免讀取到拼湊或錯誤的數據。這對于需要高精度和穩定性的應用尤為重要。
可以向CTRL3 (12h)的BDU寄存器寫入1進行開啟。

對應的驅動程序,如下所示。

/* Enable Block Data Update */
  lsm6dso_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

設置量程和速率

速率可以通過CTRL1 (10h)設置加速度速率和CTRL2 (11h)進行設置角速度速率。

設置加速度量程可以通過CTRL1 (10h)進行設置。

設置角速度量程可以通過CTRL2 (11h)進行設置。

設置加速度和角速度的量程和速率可以使用如下函數。

/* Set Output Data Rate */
  lsm6dso_xl_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSO_XL_ODR_12Hz5);
  lsm6dso_gy_data_rate_set(&dev_ctx, LSM6DSO_GY_ODR_12Hz5);
  /* Set full scale */
  lsm6dso_xl_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSO_2g);
  lsm6dso_gy_full_scale_set(&dev_ctx, LSM6DSO_2000dps);

設置FIFO水印

可編程FIFO閾值可以通過FIFO_CTRL1（07h）和FIFO_CTRL2（08h）寄存器中的WTM8[0]位設置。為了監視FIFO狀態，可以讀取專用寄存器（FIFO_STATUS1（3Ah），FIFO_STATUS2（3Bh）），以檢測FIFO溢出事件、FIFO滿狀態、FIFO空狀態、FIFO水位狀態和FIFO中存儲的未讀樣本數。

LSM6DSOW傳感器通過一系列控制寄存器來配置和管理FIFO。通過配置WTM，用戶可以靈活地管理傳感器數據的批處理。當數據量達到設定的閾值時，主處理器可以一次性讀取大量數據，提高數據讀取效率，減少頻繁的I/O操作。 1 LSB = 1傳感器（6字節） + TAG（1字節）寫入FIFO

/* Set FIFO watermark (number of unread sensor data TAG + 6 bytes
   * stored in FIFO) to 10 samples
   */
  lsm6dso_fifo_watermark_set(&dev_ctx, 10);

FIFO_CTRL3寄存器用于選擇陀螺儀和加速度計數據在FIFO中的批處理數據速率（BDR）。每個傳感器都有獨立的控制位，可以設置不同的批處理數據速率，從而控制數據寫入FIFO的頻率。

/* Set FIFO batch XL/Gyro ODR to 12.5Hz */
  lsm6dso_fifo_xl_batch_set(&dev_ctx, LSM6DSO_XL_BATCHED_AT_12Hz5);
  lsm6dso_fifo_gy_batch_set(&dev_ctx, LSM6DSO_GY_BATCHED_AT_12Hz5);

FIFO_CTRL4寄存器用于配置LSM6DSOW傳感器的FIFO模式、時間戳批處理和溫度數據批處理速率。該寄存器包含多個字段，每個字段的功能如下所述。
FIFO_MODE[2:0]: FIFO模式選擇
● 用于選擇FIFO的工作模式。
● 000: Bypass mode（旁路模式），FIFO禁用
● 001: FIFO mode（FIFO模式），FIFO滿時停止收集數據
● 010: 保留
● 011: Continuous-to-FIFO mode（連續到FIFO模式），連續模式直到觸發器釋放，然后進入FIFO模式
● 100: Bypass-to-continuous mode（旁路到連續模式），旁路模式直到觸發器釋放，然后進入連續模式
● 101: 保留
● 110: Continuous mode（連續模式），FIFO滿時新數據覆蓋舊數據
● 111: Bypass-to-FIFO mode（旁路到FIFO模式），旁路模式直到觸發器釋放，然后進入FIFO模式

/* Set FIFO mode to Stream mode (aka Continuous Mode) */
  lsm6dso_fifo_mode_set(&dev_ctx, LSM6DSO_STREAM_MODE);

設置中斷

COUNTER_BDR_REG1寄存器用于配置批處理數據速率計數器的相關參數。該寄存器允許用戶選擇數據準備模式、重置內部計數器以及選擇批處理事件的觸發器。以下是COUNTER_BDR_REG1寄存器的詳細描述。
COUNTER_BDR_REG1寄存器位字段
● dataready_pulsed: 啟用脈沖數據準備模式
○ 0: 數據準備鎖存模式（默認），僅在接口讀取后返回0；
○ 1: 數據準備脈沖模式（數據準備脈沖持續時間為75微秒）。

INT1_CTRL寄存器用于配置INT1引腳的控制信號。該寄存器的每個位可以啟用一個信號，當MIPI I3CSM動態地址未分配時，信號可以通過INT1引腳傳輸。一些位還可以在使用MIPI I3CSM接口時觸發IBI（帶內中斷）。引腳的輸出是此處選擇的信號與MD1_CFG（5Eh）中的信號的或組合。
INT1_CTRL寄存器字段描述
● DEN_DRDY_flag: 發送DEN_DRDY（DEN標記在傳感器數據標志上）到INT1引腳。
● INT1_CNT_BDR: 啟用COUNTER_BDR_IA中斷在INT1引腳上。
● INT1_FIFO_FULL: 啟用FIFO滿中斷在INT1引腳上。當使用MIPI I3CSM接口時，它還可以用于觸發IBI。
● INT1_FIFO_OVR: 啟用FIFO溢出中斷在INT1引腳上。當使用MIPI I3CSM接口時，它還可以用于觸發IBI。
● INT1_FIFO_TH: 啟用FIFO閾值中斷在INT1引腳上。當使用MIPI I3CSM接口時，它還可以用于觸發IBI。
● INT1_BOOT: 啟用引導狀態在INT1引腳上。
● INT1_DRDY_G: 啟用陀螺儀數據準備中斷在INT1引腳上。當使用MIPI I3CSM接口時，它還可以用于觸發IBI。
● INT1_DRDY_XL: 啟用加速度計數據準備中斷在INT1引腳上。當使用MIPI I3CSM接口時，它還可以用于觸發IBI。

lsm6dso_pin_int1_route_get(&dev_ctx, &int1_route);
  int1_route.fifo_th = PROPERTY_ENABLE;
  lsm6dso_pin_int1_route_set(&dev_ctx, int1_route);

獲取FIFO數據

FIFO_STATUS寄存器用于監控LSM6DSOW傳感器FIFO的狀態。它們包括FIFO_STATUS1（3Ah）和FIFO_STATUS2（3Bh），分別用于報告未讀數據和FIFO狀態信息。

當FIFO中的數據量達到或超過預設的水位線時，FIFO_WTM_IA位將被置為1。這意味著主處理器可以通過讀取該位的狀態來確定何時需要處理FIFO中的數據。例如，當數據量達到水位線時，觸發一次中斷，主處理器讀取并處理FIFO中的數據，然后繼續下一輪數據采集。

DIFF_FIFO 位于 FIFO_STATUS1 (3Ah) 和 FIFO_STATUS2 (3Bh) 寄存器中，用于指示FIFO中未讀傳感器數據的數量。它包括兩個部分：
● DIFF_FIFO7:07:07:0: 位于 FIFO_STATUS1 寄存器中，表示未讀數據的低8位。
● DIFF_FIFO9:89:89:8: 位于 FIFO_STATUS2 寄存器中，表示未讀數據的高2位。
DIFF_FIFO字段用于跟蹤FIFO中未讀的數據量。通過讀取DIFF_FIFO，可以確定FIFO中當前存儲了多少數據，這對于決定何時讀取FIFO中的數據非常重要。該字段的值在數據從FIFO中讀取時會自動更新。

FIFO_DATA_OUT_TAG (78h)寄存器用于標識FIFO中的傳感器數據來源。該寄存器包含標識符（TAG），用于指示數據是由哪個傳感器生成的，并幫助用戶正確地解析FIFO中的數據。
TAG_SENSOR: 標識FIFO中的傳感器數據源。根據傳感器類型和數據源，該字段值表示具體的傳感器數據。詳細見下表。
FIFO_DATA_OUT_TAG 寄存器提供了數據標簽，用于識別FIFO中存儲的數據來源。這對于解析和處理從FIFO中讀取的數據非常重要。通過TAG字段，用戶可以區分不同傳感器的數據，并采取適當的處理措施。

FIFO_DATA_OUT_X, FIFO_DATA_OUT_Y 和 FIFO_DATA_OUT_Z 寄存器，這些寄存器用于讀取LSM6DSOW傳感器的FIFO中的X、Y和Z軸數據。每個軸的數據由兩個寄存器組成：一個低字節寄存器（_L）和一個高字節寄存器（_H）。
為了從FIFO中讀取加速度計或陀螺儀的X、Y、Z軸數據，需要依次讀取對應的低字節和高字節寄存器，并將它們組合成一個完整的16位數據。

/* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    uint16_t num = 0;
    uint8_t wmflag = 0;
    lsm6dso_fifo_tag_t reg_tag;
    axis3bit16_t dummy;

        if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_0))
        {
    /* Read watermark flag */
    lsm6dso_fifo_wtm_flag_get(&dev_ctx, &wmflag);

    if (wmflag > 0) {
      /* Read number of samples in FIFO */
      lsm6dso_fifo_data_level_get(&dev_ctx, &num);

      while (num--) {
        /* Read FIFO tag */
        lsm6dso_fifo_sensor_tag_get(&dev_ctx, ®_tag);

        switch (reg_tag) {
          case LSM6DSO_XL_NC_TAG:
            memset(data_raw_acceleration.u8bit, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
            lsm6dso_fifo_out_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration.u8bit);
            acceleration_mg[0] =
              lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration.i16bit[0]);
            acceleration_mg[1] =
              lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration.i16bit[1]);
            acceleration_mg[2] =
              lsm6dso_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration.i16bit[2]);
            printf("Acceleration [mg]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
                    acceleration_mg[0], acceleration_mg[1], acceleration_mg[2]);
            break;

          case LSM6DSO_GYRO_NC_TAG:
            memset(data_raw_angular_rate.u8bit, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
            lsm6dso_fifo_out_raw_get(&dev_ctx, data_raw_angular_rate.u8bit);
            angular_rate_mdps[0] =
              lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate.i16bit[0]);
            angular_rate_mdps[1] =
              lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate.i16bit[1]);
            angular_rate_mdps[2] =
              lsm6dso_from_fs2000_to_mdps(data_raw_angular_rate.i16bit[2]);
            printf("Angular rate [mdps]:%4.2ft%4.2ft%4.2frn",
                    angular_rate_mdps[0], angular_rate_mdps[1], angular_rate_mdps[2]);
            break;                

          default:
            /* Flush unused samples */
            memset(dummy.u8bit, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
            lsm6dso_fifo_out_raw_get(&dev_ctx, dummy.u8bit);
            break;
        }
      }
    }            
        }
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */