Przedstawiona na listingu 2 funkcja gyro_init() realizuje wyłącznie prostą operację zapisu za pomocą wywołania write(). W przypadku funkcji realizujących odczyt danych z wybranych rejestrów (np. rejestru statusu lub rejestrów przechowujących dane pomiarowe) nie możemy wykorzystać najprostszych wywołań systemowych read()/write(), ponieważ każde z tych wywołań generuje bit stopu. Układy peryferyjne I2C o „organizacji rejestrowej” wymagają złożonych sekwencji zapis/odczyt bez generowania bitu stopu pomiędzy tymi operacjami. Do tego celu należy wykorzystać wywołanie systemowe ioctl (fd, I2C_RDWR, struct i2c_rdwr_ioctl_data *msgset), które umożliwia wykonanie dowolnej transakcji na magistrali I2C w formie pojedynczej sekwencji. Ostatni argument powyższego wywołania stanowi wskaźnik do struktury i2c_rdwr_ioctl_data:
|
1 2 3 4 5 |
struct i2c_rdwr_ioctl_data { struct i2c_msg *msgs; __u32 nmsgs; }; |
Pole nmsgs określa liczbę transakcji w pojedynczej sekwencji, natomiast pole msgs zawiera wskaźnik do tablicy struktur opisujących poszczególne transakcje w postaci:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
struct i2c_msg { __u16 addr; /* slave address */ __u16 flags; #define I2C_M_TEN 0x0010 #define I2C_M_RD 0x0001 /* ... */ #define I2C_M_RECV_LEN 0x0400 __u16 len; /* msg length */ __u8 *buf; /* pointer to msg data */ }; |
Pole addr struktury i2c_msg opisuje sprzętowy adres układu peryferyjnego którego dotyczy dana transakcja. Pole flags umożliwia sterowanie daną transakcją poprzez zestaw dodatkowych flag, np. flaga I2C_M_RD informuje, że dana transakcja jest transakcją odczytu. Pole len określa długość bufora z danymi do wysłania/odebrania, natomiast pole *buf zawiera wskaźnik do bufora danych.
Na bazie wywołania ioctl (fd, I2C_RDWR, struct i2c_rdwr_ioctl_data *msgset) utworzono funkcję gyro_get_xyz() odczytującą prędkości kątowe w osiach X, Y i Z – listing 3.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 |
static int gyro_get_xyz (int i2c_fd, float *x, float *y, float *z) { unsigned char reg_addr = OUT_X_L | AUTO_INCREMENT; unsigned char reg_data[6]; int ret; struct i2c_msg messages[] = { { GYRO_ADDR, 0, sizeof(reg_addr), ®_addr }, { GYRO_ADDR, I2C_M_RD, sizeof(reg_data), reg_data } }; struct i2c_rdwr_ioctl_data packets = { messages, sizeof(messages) / sizeof(struct i2c_msg) }; ret = ioctl (i2c_fd, I2C_RDWR, &packets); if (ret < 0) return ret; *x = (short) (reg_data[0] + ((short)reg_data[1] << 8)); *y = (short) (reg_data[2] + ((short)reg_data[3] << 8)); *z = (short) (reg_data[4] + ((short)reg_data[5] << 8)); return 0; } |
Listing 3. Funkcja odczytu prędkości kątowych w osiach X, Y i Z
W sposób analogiczny do funkcji gyro_get_xyz() utworzono również funkcję gyro_get_status(), której zadaniem jest odczyt rejestru statusu STATUS_REG i sprawdzanie bitu informującego o gotowości danych do odczytu. Ze względu na to, że projekt wykorzystuje wyłącznie pomiary żyroskopowe (bez korelacji danych np. z pomiarami z akcelerometru), niezbędna jest również najprostsza kalibracja układu – funkcja gyro_calib() na podstawie 200. pomiarów wartości spoczynkowej określa przedziały wyznaczające brak ruchu żyroskopu. W głównej pętli programu, prędkość kątowa przeliczana jest na wartość kąta obrotu (drogę) na podstawie prostego całkowania – funkcja get_timestamp() określa wartości przedziałów czasowych dt pomiędzy kolejnymi iteracjami pętli. Choć tak zrealizowana metoda pomiarowa jest obarczona dość dużym błędem, wystarczy ona do odwzorowania ruchu obiektu w postaci animowanej kostki 3D wyświetlanej w graficznym interfejsie użytkownika. Kompletny kod źródłowy programu gyro-i2c został przedstawiony na Listingu 4.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 |
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/ioctl.h> #include <linux/i2c-dev.h> #include <linux/i2c.h> #include <sys/time.h> #define WHO_AM_I 0x0F #define CTRL_REG1 0x20 #define CTRL_REG2 0x21 #define CTRL_REG3 0x22 #define CTRL_REG4 0x23 #define CTRL_REG5 0x24 #define REFERENCE 0x25 #define OUT_TEMP 0x26 #define STATUS_REG 0x27 #define OUT_X_L 0x28 #define OUT_X_H 0x29 #define OUT_Y_L 0x2A #define OUT_Y_H 0x2B #define OUT_Z_L 0x2C #define OUT_Z_H 0x2D #define FIFO_CTRL_REG 0x2E #define FIFO_SRC_REG 0x2F #define INT1_CFG 0x30 #define INT1_SRC 0x31 #define INT1_TSH_XH 0x32 #define INT1_TSH_XL 0x33 #define INT1_TSH_YH 0x34 #define INT1_TSH_YL 0x35 #define INT1_TSH_ZH 0x36 #define INT1_TSH_ZL 0x37 #define INT1_DURATION 0x38 #define GYRO_ADDR 0x6b #define AUTO_INCREMENT 0x80 int x_low = 0, y_low = 0, z_low = 0; int x_high = 0, y_high = 0, z_high = 0; static unsigned long get_timestamp () { struct timeval tv; gettimeofday (&tv,NULL); return tv.tv_sec * 1000000UL + tv.tv_usec; } static int gyro_init (int i2c_fd) { unsigned char init_seq[6]; init_seq[0] = (CTRL_REG1 | AUTO_INCREMENT); init_seq[1] = 0xCF; /* CTRL_REG1: normal mode, xyz enable */ init_seq[2] = 0x01; /* CTRL_REG2: <default value> */ init_seq[3] = 0x00; /* CTRL_REG3: <default value> */ init_seq[4] = 0x80; /* CTRL_REG4: 250dps, Block Data Update */ init_seq[5] = 0x02; /* CTRL_REG5: <default value> */ if (write (i2c_fd, init_seq, 6) != 6) return -1; return 0; } static int gyro_get_status (int i2c_fd) { unsigned char reg_addr = STATUS_REG; unsigned char reg_data[1]; int ret; struct i2c_msg messages[] = { { GYRO_ADDR, 0, sizeof(reg_addr), ®_addr }, { GYRO_ADDR, I2C_M_RD, sizeof(reg_data), reg_data } }; struct i2c_rdwr_ioctl_data packets = { messages, sizeof(messages) / sizeof(struct i2c_msg) }; ret = ioctl (i2c_fd, I2C_RDWR, &packets); if (ret < 0) return ret; return (reg_data[0] & (1 << 3)); } static int gyro_get_xyz (int i2c_fd, float *x, float *y, float *z) { unsigned char reg_addr = OUT_X_L | AUTO_INCREMENT; unsigned char reg_data[6]; int ret; struct i2c_msg messages[] = { { GYRO_ADDR, 0, sizeof(reg_addr), ®_addr }, { GYRO_ADDR, I2C_M_RD, sizeof(reg_data), reg_data } }; struct i2c_rdwr_ioctl_data packets = { messages, sizeof(messages) / sizeof(struct i2c_msg) }; ret = ioctl (i2c_fd, I2C_RDWR, &packets); if (ret < 0) return ret; *x = (short) (reg_data[0] + ((short)reg_data[1] << 8)); *y = (short) (reg_data[2] + ((short)reg_data[3] << 8)); *z = (short) (reg_data[4] + ((short)reg_data[5] << 8)); return 0; } static int gyro_calib (int i2c_fd) { float x_raw, y_raw, z_raw; int ret; for (int i =0 ; i < 200 ; i++) { while (!gyro_get_status (i2c_fd)); ret = gyro_get_xyz (i2c_fd, &x_raw, &y_raw, &z_raw); if (ret < 0) break; if (x_raw > x_high) x_high = x_raw; else if (x_raw < x_low) x_low = x_raw; if (y_raw > y_high) y_high = y_raw; else if (y_raw < y_low) y_low = y_raw; if (z_raw > z_high) z_high = z_raw; else if (z_raw < z_low) z_low = z_raw; } return ret; } int main (void) { int i2c_fd, ret; float x_raw, y_raw, z_raw; unsigned long pt = 0; /* actual angles */ float angX = 0; float angY = 0; float angZ = 0; /* previous angles for calculation */ float p_angX = 0; float p_angY = 0; float p_angZ = 0; /* open i2c device */ i2c_fd = open ("/dev/i2c-1", O_RDWR); if (i2c_fd < 0) { printf ("Failed to open the i2c bus\n"); return EXIT_FAILURE; } /* set slave address */ ret = ioctl (i2c_fd, I2C_SLAVE, GYRO_ADDR); if (ret < 0) { printf ("Failed to acquire bus access and/or talk to slave\n"); goto exit; } /* gyro init */ ret = gyro_init (i2c_fd); if (ret < 0) { printf ("gyro_init error!\n"); goto exit; } /* gyro calib */ puts ("Calibration..."); ret = gyro_calib (i2c_fd); if (ret < 0) { printf ("gyro_calib error!\n"); goto exit; } while (1) { while (!gyro_get_status (i2c_fd)); /* read xyz raw values */ gyro_get_xyz (i2c_fd, &x_raw, &y_raw, &z_raw); /* get timestamp */ unsigned long ct = get_timestamp(); if (pt == 0) { pt = get_timestamp(); continue; } float dt = (float) (ct - pt) / 1000000.0; pt = get_timestamp(); /* x-axis */ if (x_raw >= x_high || x_raw <= x_low) { angX += ((p_angX + (x_raw * 0.00875))/2) * dt; p_angX = x_raw * 0.00875; } else p_angX = 0; /* y-axis */ if (y_raw >= y_high || y_raw <= y_low) { angY += ((p_angY + (y_raw * 0.00875))/2) * dt; p_angY = y_raw * 0.00875; } else p_angY = 0; /* z-axis */ if (z_raw >= z_high || z_raw <= z_low) { angZ += ((p_angZ + (z_raw * 0.00875))/2) * dt; p_angZ = z_raw * 0.00875; } else p_angZ = 0; printf ("%.1f %.1f %.1f\n", angX, angY, angZ); fflush (stdout); } exit: return EXIT_FAILURE; } |
Listing 4. Kompletny kod źródłowy aplikacji gyro-i2c
