代码收藏家技术教程 2024-05-28

STM32F4软件IIC移植MPU9250记录【Hal库】

文章还没有完结……

1. 废话

五一稍微空一点了，做了一下MPU9250移植。这是去年8月就想做的事情，但因为种种原因，一直拖到了现在。一方面是比较忙，另一方面是上次6050DMP移植花了整整三天时间，有点阴影了。但是机器人省赛将近，不能再拖了。

简单浏览了一下，在网上没有找到特别合适的教程。大部分资料都是正点原子的，但是因为我的代码都不是他们框架的，所以之前的移植都被狠狠地折磨了。又是sys.h，又是iic里面一堆冗余的函数，又是好多个delay函数，最后还有莫名其妙的结算缓慢的现象。故这次决定不再使用他们家的代码。

2. 资源

在github上简单搜索了一下，找到下面这个资源，看了一下，代码还是比较简洁的。虽然是硬件IIC，但是简单改一下就可以转换为软件IIC。

MPU9250-DMP-STM32

3. 开始移植

（1）首先是最基本的下载文件，解压缩，创建文件夹，keil包含路径，添加文件。

（2）阐述一下几个文件的功能：

stm32_mpu9250_i2c: 撰写底层的IIC函数，如收发等。需要移植硬件IIC或者标准库的话，主要修改的就是这里的内容。

MPU9250-DMP: 用户接口，最后执行角度读取的任务就是调用这里的函数。

其他：几乎不用修改的部分。我们只需要管硬件层和应用层即可，中间的主要为算法以及寄存器部分。

（3）`stm32_mpu9250_i2c.c` 和 `stm32_mpu9250_i2c.c` 内容填充

因为原来作者使用的是Hal的硬件IIC，因此，我把这部分全部换成自己的东西。函数命名很随意，大家自己改一下吧。

stm32_mpu9250_i2c.c

#include "stm32_mpu9250_i2c.h"

void MYIIC_Delayus(uint32_t u_sec)
{
	uint16_t cnt = 0;
 
	while(u_sec--)
	{
		for(cnt=0; cnt>0; cnt--);
	}
}

void MYIIC_W_SDA(uint8_t i)
{
	if(i==0)
	{
		IIC_SDA(GPIO_PIN_RESET);
//		MYIIC_Delayus(1);
	}		
	else if(i==1)
	{
		IIC_SDA(GPIO_PIN_SET);
//		MYIIC_Delayus(1);
	}		
}

void MYIIC_W_SCL(uint8_t i)
{
	if(i==0)
	{
		IIC_SCL(GPIO_PIN_RESET);
//		MYIIC_Delayus(1);
	}		
	else if(i==1)
	{
		IIC_SCL(GPIO_PIN_SET);
//		MYIIC_Delayus(1);
	}	
}

uint8_t MYIIC_R_SDA(void)
{
	uint8_t BitVal;
	if(IIC_SDA_R()==GPIO_PIN_SET) 
		BitVal=1;	
	else if(IIC_SDA_R()==GPIO_PIN_RESET)
		BitVal=0;
//	MYIIC_Delayus(1);
	return BitVal;
}

void MYIIC_Start(void)
{
	MYIIC_W_SDA(1);
	MYIIC_W_SCL(1);
	MYIIC_W_SDA(0);
	MYIIC_W_SCL(0);
}

void MYIIC_Stop(void)
{
	MYIIC_W_SDA(0);
	MYIIC_W_SCL(1);
	MYIIC_W_SDA(1);
}

/*   following function are needed in transplant of DMP    */
void MYIIC_SendByte(uint8_t Byte)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		if(Byte & (0x80 >> i))
			MYIIC_W_SDA(1);
		else 
			MYIIC_W_SDA(0);
		MYIIC_W_SCL(1);
		MYIIC_W_SCL(0);
	}
}

//return 1:success 0:failed
uint8_t IIC_Wait_Ack(void)		
{
	uint8_t ucErrTime=0;  
	MYIIC_W_SDA(1);   
	MYIIC_W_SCL(1);	 
	while(MYIIC_R_SDA())
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>100)
		{
			MYIIC_Stop();  
			return 0;
		}
	}
	MYIIC_W_SCL(0);
	return 1;  
}

void MYIIC_SendAck(uint8_t AckBit)		//0——ack 1——nack
{
	MYIIC_W_SDA(AckBit);
	MYIIC_W_SCL(1);
	MYIIC_W_SCL(0);
}

uint8_t IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
  for(i=0;i<8;i++ )
	{
		MYIIC_W_SCL(0); 
		MYIIC_W_SCL(1);
		receive<<=1;
		if(MYIIC_R_SDA())
			receive++;   
  }					 
	if (ack)
			MYIIC_SendAck(0);		//send ACK 
	else
			MYIIC_SendAck(1);		//send nACK  
	return receive;
} 

int stm32_i2c_write(uint8_t dev, uint8_t reg, uint8_t length, uint8_t* data)
{
 	int count = 0;
	MYIIC_Start();
	MYIIC_SendByte(dev);	   //发送写命令
	IIC_Wait_Ack();
	MYIIC_SendByte(reg);   //发送地址
    IIC_Wait_Ack();	  
	for(count=0;count<length;count++){
		MYIIC_SendByte(data[count]); 
		IIC_Wait_Ack(); 
	 }
	MYIIC_Stop();//产生一个停止条件

  return 1; //status == 0;
}


int stm32_i2c_read(uint8_t dev, uint8_t reg, uint8_t length, uint8_t* data)
{
 	int count = 0;
	
	MYIIC_Start();
	MYIIC_SendByte(dev);	   //发送写命令
	IIC_Wait_Ack();
	MYIIC_SendByte(reg);   //发送地址
	IIC_Wait_Ack();	  
	MYIIC_Start();
	MYIIC_SendByte(dev+1);  //进入接收模式	
	IIC_Wait_Ack();
	
	for(count=0;count<length;count++)
	{	 
		 if(count!=length-1)data[count]=IIC_Read_Byte(1);  //带ACK的读数据
		 	else  data[count]=IIC_Read_Byte(0);	 //最后一个字节NACK
	}
	MYIIC_Stop();		//产生一个停止条件
	return count;
}

stm32_mpu9250_i2c.h（记得把宏改成自己的引脚）

#include "main.h"

#ifndef _STM32_MPU9250_I2C_H_
#define _STM32_MPU9250_I2C_H_

#define I2C_SCL_Pin GPIO_PIN_9
#define I2C_SCL_GPIO_Port GPIOB
#define I2C_SDA_Pin GPIO_PIN_10
#define I2C_SDA_GPIO_Port GPIOB

#define IIC_SCL(a)		HAL_GPIO_WritePin(IIC_GPIO_PORT, IIC_SCL_PIN, a)
#define IIC_SDA(a)		HAL_GPIO_WritePin(IIC_GPIO_PORT, IIC_SDA_PIN, a)
#define IIC_SDA_R()		HAL_GPIO_ReadPin(IIC_GPIO_PORT, IIC_SDA_PIN)

int stm32_i2c_write(uint8_t dev, uint8_t reg,
                       uint8_t length, uint8_t * data);
int stm32_i2c_read(uint8_t dev, uint8_t reg,
                       uint8_t length, uint8_t * data);

#endif // _STM32_MPU9250_I2C_H_

（4）为系统添加宏

第一次编译后的报错来自inv_mpu.h此处：

#elif defined EMPL_TARGET_STM32F4
    void (*cb)(void);
#endif

当时参考了这篇文章

在工程设置中添加如下宏（EMPL_TARGET_STM32F4根据自己设备调整）：

MPL_LOG_NDEBUG=1,EMPL,MPU9250,EMPL_TARGET_STM32F4

（5）`dmpmap.h`小改

第二次编译后这么报错：

…\MPU9250\dmpmap.h(6): error: #37: the #endif for this directive is missing

就是字面意思，不要想复杂了，第一话 #ifndef DMPMAP_H，没有对应的 #endif。总共需要两个，那么我们再补上一个。

（6）`MPU9250-DMP.c`替换

第四次编译，如是报错：

Project\Project.axf: Error: L6218E: Undefined symbol constrain (referred from mpu9250-dmp.o).
Project\Project.axf: Error: L6218E: Undefined symbol constrainU16 (referred from mpu9250-dmp.o).
Project\Project.axf: Error: L6218E: Undefined symbol dmpEnableFeatures (referred from mpu9250-dmp.o).
Project\Project.axf: Error: L6218E: Undefined symbol dmpGetEnabledFeatures (referred from mpu9250-dmp.o).

看了好久才发现，h文件里的相关内容都是MPU9250_constrain 这种，而c文件里面却没有头衔constrain。

请使用快捷键Ctrl + F，如上搜索MPU9250-DMP.c文件（尽量搜整个工程，不过这步错误都出现在这个c文件里面），做以下替换：

constrain 替换为 MPU9250_constrain
constrainU16 替换为 MPU9250_constrainU16
dmpEnableFeatures 替换为 MPU9250_dmpEnableFeatures
dmpGetEnabledFeatures 替换为 MPU9250_dmpGetEnabledFeatures

github的分享者到底是怎么把代码跑起来的……

（7）`MPU9250-DMP.h`变量搬家

第四次编译，就没什么问题了。

我很想调用了，所以做了一些准备工作，在main.h里面声明了外部变量：

extern float pitch_inside, roll_inside, yaw_inside;

之后进行第五次编译，出现462个报错😅，发现都是这种：

Project\Project.axf: Error: L6200E: Symbol yaw_inside multiply defined (by stm32_mpu9250_i2c.o and main.o).

观察这些变量发现，它们都被定义在MPU9250-DMP.h里面，然后会被MPU9250-DMP.c调用。现在我还要在main.h里面声明，然后在main.c里面调用，可能由此产生了重复定义。

我选择把下面这坨变量从MPU9250-DMP.h移动到MPU9250-DMP.c里面，我是一直这么做的，但不知道这是不是最优雅的做法。

unsigned short _aSense;
float _gSense, _mSense;

int ax, ay, az;
int gx, gy, gz;
int mx, my, mz;
long qw, qx, qy, qz;
long temperature;
unsigned long time_inside;
float pitch_inside, roll_inside, yaw_inside;
float heading;

（8）在main中调用

作者没有教怎么调用，但是通过各h文件的包含关系，我们可以知道MPU9250_DMP就是一切的终点。所以我把两个文件发给GPT，让它教我使用。给出了如下代码，添加到main函数中去。第六次编译没有任何报错。

	// 初始化MPU9250
    if (MPU9250_begin() != INV_SUCCESS) {
        printf("Unable to initialize MPU9250\n");
        return -1;
    }

    // 启用DMP特性和设置FIFO采样率
    unsigned short dmpFeatures = DMP_FEATURE_6X_LP_QUAT | DMP_FEATURE_SEND_RAW_ACCEL | DMP_FEATURE_SEND_CAL_GYRO | DMP_FEATURE_GYRO_CAL;
    if (MPU9250_dmpBegin(dmpFeatures, 50) != INV_SUCCESS) { // 50Hz FIFO rate
        printf("Failed to initialize DMP\n");
        return -1;
    }

    // 启用中断，这样每当有新数据可读时，MPU9250会通知MCU
    if (MPU9250_enableInterrupt(1) != INV_SUCCESS) {
        printf("Failed to enable interrupts\n");
        return -1;
    }
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    // 检查是否有新的数据
    if (MPU9250_dataReady()) {
        // 读取所有传感器数据
        if (MPU9250_update(UPDATE_ACCEL | UPDATE_GYRO | UPDATE_COMPASS) != INV_SUCCESS) {
            printf("Failed to read sensor data\n");
        }

        // 计算欧拉角
        MPU9250_computeEulerAngles(true);

        // 输出计算得到的欧拉角
        printf("Pitch: %f degrees\n", pitch_inside);
        printf("Roll: %f degrees\n", roll_inside);
        printf("Yaw: %f degrees\n", yaw_inside);
    }
    HAL_Delay(200);
  }