來源：嵌入式單片機MCU開發

概述

本文將介紹實時獲取和處理加速度數據。程序的核心流程包括初始化硬件接口、配置加速度計的參數，以及通過輪詢檢查中斷信號來不斷讀取加速度數據。

新建工程

工程模板

保存工程路徑

芯片配置

本文中使用R7FA4M2AD3CFL來進行演示。

工程模板選擇

時鐘設置

開發板上的外部高速晶振為12M.

需要修改XTAL為12M。

UART配置

點擊Stacks->New Stack->Driver->Connectivity -> UART Driver on r_sci_uart。

UART屬性配置

設置e2studio堆棧

printf函數通常需要設置堆棧大小。這是因為printf函數在運行時需要使用棧空間來存儲臨時變量和函數調用信息。如果堆棧大小不足，可能會導致程序崩潰或不可預期的行為。
printf函數使用了可變參數列表，它會在調用時使用棧來存儲參數，在函數調用結束時再清除參數，這需要足夠的棧空間。另外printf也會使用一些臨時變量，如果棧空間不足，會導致程序崩潰。
因此，為了避免這類問題，應該根據程序的需求來合理設置堆棧大小。

e2studio的重定向printf設置

在嵌入式系統的開發中，尤其是在使用GNU編譯器集合（GCC）時，–specs 參數用于指定鏈接時使用的系統規格（specs）文件。這些規格文件控制了編譯器和鏈接器的行為，尤其是關于系統庫和啟動代碼的鏈接。–specs=rdimon.specs 和 --specs=nosys.specs 是兩種常見的規格文件，它們用于不同的場景。
–specs=rdimon.specs
用途: 這個選項用于鏈接“Redlib”庫，這是為裸機（bare-metal）和半主機（semihosting）環境設計的C庫的一個變體。半主機環境是一種特殊的運行模式，允許嵌入式程序通過宿主機（如開發PC）的調試器進行輸入輸出操作。
應用場景: 當你需要在沒有完整操作系統的環境中運行程序，但同時需要使用調試器來處理輸入輸出（例如打印到宿主機的終端），這個選項非常有用。
特點: 它提供了一些基本的系統調用，通過調試接口與宿主機通信。
–specs=nosys.specs
用途: 這個選項鏈接了一個非常基本的系統庫，這個庫不提供任何系統服務的實現。
應用場景: 適用于完全的裸機程序，其中程序不執行任何操作系統調用，比如不進行文件操作或者系統級輸入輸出。
特點: 這是一個更“裸”的環境，沒有任何操作系統支持。使用這個規格文件，程序不期望有操作系統層面的任何支持。
如果你的程序需要與宿主機進行交互（如在開發期間的調試），并且通過調試器進行基本的輸入輸出操作，則使用 --specs=rdimon.specs。
如果你的程序是完全獨立的，不需要任何形式的操作系統服務，包括不進行任何系統級的輸入輸出，則使用 --specs=nosys.specs。

R_SCI_UART_Open()函數原型

故可以用 R_SCI_UART_Open()函數進行配置，開啟和初始化UART。

/* Open the transfer instance with initial configuration. */ err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg); assert(FSP_SUCCESS == err);

回調函數user_uart_callback ()

當數據發送的時候，可以查看UART_EVENT_TX_COMPLETE來判斷是否發送完畢。

可以檢查檢查 "p_args" 結構體中的 "event" 字段的值是否等于 "UART_EVENT_TX_COMPLETE"。如果條件為真，那么 if 語句后面的代碼塊將會執行。

fsp_err_t err = FSP_SUCCESS; volatile bool uart_send_complete_flag = false; void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args) { if(p_args- >event == UART_EVENT_TX_COMPLETE) { uart_send_complete_flag = true; } }

printf輸出重定向到串口

打印最常用的方法是printf，所以要解決的問題是將printf的輸出重定向到串口，然后通過串口將數據發送出去。 注意一定要加上頭文件#include

#ifdef __GNUC__ //串口重定向 #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch) #else #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f) #endif PUTCHAR_PROTOTYPE { err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1); if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT(); while(uart_send_complete_flag == false){} uart_send_complete_flag = false; return ch; } int _write(int fd,char *pBuffer,int size) { for(int i=0;i< size;i++) { __io_putchar(*pBuffer++); } return size; }

IIC屬性配置

查看手冊，可以得知LIS2DW12的IIC地址為“0011000” 或者 “0011001”，即0x18或0x19。

初始換管腳

由于需要向LIS2DW12_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。

R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_HIGH); R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_01, BSP_IO_LEVEL_LOW);

IIC配置

配置RA4M2的I2C接口，使其作為I2C master進行通信。 查看開發板原理圖，對應的IIC為P407和P408。

點擊Stacks->New Stack->Connectivity -> I2C Master(r_iic_master)。

設置IIC的配置，需要注意從機的地址。

R_IIC_MASTER_Open()函數原型

R_IIC_MASTER_Open()函數為執行IIC初始化，開啟配置如下所示。

/* Initialize the I2C module */ err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg); /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */ assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Write()函數原型

R_IIC_MASTER_Write()函數是向IIC設備中寫入數據，寫入格式如下所示。

err = R_IIC_MASTER_Write(&g_i2c_master0_ctrl, ?, 1, true); assert(FSP_SUCCESS == err);

R_IIC_MASTER_Read()函數原型

R_SCI_I2C_Read()函數是向IIC設備中讀取數據，讀取格式如下所示。

/* Read data from I2C slave */ err = R_IIC_MASTER_Read(&g_i2c_master0_ctrl, bufp, len, false); assert(FSP_SUCCESS == err);

sci_i2c_master_callback()回調函數

對于數據是否發送完畢，可以查看是否獲取到I2C_MASTER_EVENT_TX_COMPLETE字段。

/* Callback function */ i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED; uint32_t timeout_ms = 100000; void sci_i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args) { i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED; if (NULL != p_args) { /* capture callback event for validating the i2c transfer event*/ i2c_event = p_args- >event; } }

INT1設置

數據準備完畢可以通過INT1獲取中斷信號。

INT1接入P015，需要配置P015為輸入模式。

配置如下所示。

參考程序

https://github.com/STMicroelectronics/lis2dw12-pid

初始換管腳

由于需要向LIS2DW12_I2C_ADD_H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為高電平。

R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_HIGH); R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_01, BSP_IO_LEVEL_LOW); /* Initialize the I2C module */ err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg); /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */ assert(FSP_SUCCESS == err); /* Initialize mems driver interface */ stmdev_ctx_t dev_ctx; lis2dw12_reg_t int_route; dev_ctx.write_reg = platform_write; dev_ctx.read_reg = platform_read; dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS; /* Wait sensor boot time */ platform_delay(BOOT_TIME);

獲取ID

我們可以向WHO_AM_I (0Fh)獲取固定值，判斷是否為0x44。

lis2dw12_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 */ lis2dw12_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI); printf("LIS2DW12_ID=0x%x,whoamI=0x%xn",LIS2DW12_ID,whoamI); if (whoamI != LIS2DW12_ID) while (1) { /* manage here device not found */ }

復位操作

可以向CTRL2 (21h)的SOFT_RESET寄存器寫入1進行復位。

lis2dw12_reset_set為重置函數。

對應的驅動程序,如下所示。

/* Restore default configuration */ lis2dw12_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE); do { lis2dw12_reset_get(&dev_ctx, &rst); } while (rst);

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CTRL2 (21h)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 */ lis2dw12_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);

開啟INT1中斷

設置中斷通知方式。LIS2DW12_INT_LATCHED 表明使用鎖存型中斷，意味著中斷信號會保持激活狀態，直到被讀取或者清除。

lis2dw12_int_notification_set(&dev_ctx, LIS2DW12_INT_LATCHED);

設置中斷引腳的極性。LIS2DW12_ACTIVE_LOW 指示中斷引腳在激活時是低電平。

lis2dw12_pin_polarity_set(&dev_ctx, LIS2DW12_ACTIVE_LOW);

讀取 INT1 引腳的當前中斷路由配置到 ctrl4_int1_pad 結構體中，（CTRL4_INT1_PAD_CTRL, 地址為 0x23h）這個寄存器用于配置加速度計的中斷1引腳（INT1）的行為。
INT1_6D: 當設置為1時，6D定位識別的中斷會被路由到INT1引腳。
INT1_SINGLE_TAP: 單擊識別中斷的啟用/禁用。
INT1_WU: 喚醒識別中斷的啟用/禁用。
INT1_FF: 自由落體識別中斷的啟用/禁用。
INT1_TAP: 雙擊識別中斷的啟用/禁用。
INT1_DIFF5: FIFO滿識別中斷的啟用/禁用。
INT1_FTH: FIFO閾值中斷的啟用/禁用。
INT1_DRDY: 數據就緒（Data-Ready）中斷的啟用/禁用。

需要將INT1_DRDY置為1。 然后再將數據寫入到(CTRL4_INT1_PAD_CTRL, 地址為 0x23h）這個寄存器中。

lis2dw12_pin_int1_route_get(&dev_ctx, &ctrl4_int1_pad); ctrl4_int1_pad.int1_drdy = PROPERTY_ENABLE; lis2dw12_pin_int1_route_set(&dev_ctx, &ctrl4_int1_pad);

設置傳感器的量程

FS[1:0] - 全量程選擇：這兩個位用于設置傳感器的量程。量程決定了傳感器可以測量的最大加速度值。例如，量程可以設置為±2g、±4g、±8g或±16g。這允許用戶根據應用的特定需求調整傳感器的靈敏度。

對應的驅動程序,如下所示。

/* Set full scale */ lis2dw12_full_scale_set(&dev_ctx, LIS2DW12_2g);

配置過濾器鏈

lis2dw12_filter_path_set(&dev_ctx, LIS2DW12_LPF_ON_OUT);：設置加速度計輸出的過濾器路徑。這里選擇了輸出上的低通濾波器（LPF），用于去除高頻噪聲。
lis2dw12_filter_bandwidth_set(&dev_ctx, LIS2DW12_ODR_DIV_10);設置過濾器的帶寬。LIS2DW12_ODR_DIV_10 表明帶寬設置為輸出數據率（ODR）的十分之一。

配置電源模式

lis2dw12_power_mode_set(&dev_ctx, LIS2DW12_CONT_LOW_PWR_12bit);配置電源模式。這里設置為連續低功耗模式，且以 12 位分辨率運行。

設置輸出數據速率

lis2dw12_data_rate_set(&dev_ctx, LIS2DW12_XL_SET_SW_TRIG);設置加速度計的數據輸出速率。LIS2DW12_XL_SET_SW_TRIG 可能表示使用軟件觸發來設置數據輸出速率。

/* Wait sensor boot time */ platform_delay(BOOT_TIME); /* Check device ID */ lis2dw12_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI); if (whoamI != LIS2DW12_ID) while (1) { /* manage here device not found */ } /* Restore default configuration */ lis2dw12_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE); do { lis2dw12_reset_get(&dev_ctx, &rst); } while (rst); /* Enable Block Data Update */ lis2dw12_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE); lis2dw12_int_notification_set(&dev_ctx, LIS2DW12_INT_LATCHED); lis2dw12_pin_polarity_set(&dev_ctx, LIS2DW12_ACTIVE_LOW); lis2dw12_pin_int1_route_get(&dev_ctx, &ctrl4_int1_pad); ctrl4_int1_pad.int1_drdy = PROPERTY_ENABLE; lis2dw12_pin_int1_route_set(&dev_ctx, &ctrl4_int1_pad); /* Set full scale */ lis2dw12_full_scale_set(&dev_ctx, LIS2DW12_2g); /* Configure filtering chain accelerometer */ lis2dw12_filter_path_set(&dev_ctx, LIS2DW12_LPF_ON_OUT); lis2dw12_filter_bandwidth_set(&dev_ctx, LIS2DW12_ODR_DIV_10); /* Configure power mode and Output Data Rate */ lis2dw12_power_mode_set(&dev_ctx, LIS2DW12_CONT_LOW_PWR_12bit); lis2dw12_data_rate_set(&dev_ctx, LIS2DW12_XL_SET_SW_TRIG);

中斷判斷加速度數據狀態

通過判斷INT1管腳來判斷數據是否準備完畢。
如果電平為低電平說明加速度數據已經準備完畢。

數據在28h-2Dh中。

加速度數據首先以原始格式（通常是整數）讀取，然后需要轉換為更有意義的單位，如毫重力（mg）。這里的轉換函數 lis2dw12_from_fs2_to_mg() 根據加速度計的量程（這里假設為±2g）將原始數據轉換為毫重力單位。
acceleration_mg[0] = lis2dw12_from_fs2_to_mg(data_raw_acceleration[0]); 等三行代碼分別轉換 X、Y、Z 軸的加速度數據。

● LIS2DW12 加速度計通常會有一個固定的位分辨率，比如 16 位（即輸出值是一個 16 位的整數）。這意味著加速度計可以輸出的不同值的總數是 2^16=65536。這些值均勻地分布在 -2g 到 +2g 的范圍內。
● 因此，這個范圍（4g 或者 4000 mg）被分成了 65536 個步長。
● 每個步長的大小是 4000 mg/65536≈0.061 mg/LSB
所以，函數中的乘法 ((float_t)lsb) * 0.061f 是將原始的整數值轉換為以毫重力（mg）為單位的加速度值。這個轉換對于將加速度計的原始讀數轉換為實際的物理測量值是必需的。

while(1) { bsp_io_level_t p_port_value_port_015; R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_15, &p_port_value_port_015); if(p_port_value_port_015==0) { /* Read acceleration data */ memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t)); lis2dw12_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration); acceleration_mg[0] = lis2dw12_from_fs2_lp1_to_mg( data_raw_acceleration[0]); acceleration_mg[1] = lis2dw12_from_fs2_lp1_to_mg( data_raw_acceleration[1]); acceleration_mg[2] = lis2dw12_from_fs2_lp1_to_mg( data_raw_acceleration[2]); lis2dw12_data_rate_set(&dev_ctx, LIS2DW12_XL_SET_SW_TRIG); printf("Acceleration [mg]:X=%4.2ftY=%4.2ftZ=%4.2frn",acceleration_mg[0], acceleration_mg[1], acceleration_mg[2]); } }

主程序

#include "hal_data.h" #include < stdio.h > #include "lis2dw12_reg.h" fsp_err_t err = FSP_SUCCESS; volatile bool uart_send_complete_flag = false; void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args) { if(p_args- >event == UART_EVENT_TX_COMPLETE) { uart_send_complete_flag = true; } } /* Callback function */ i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED; uint32_t timeout_ms = 100000; void sci_i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args) { i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED; if (NULL != p_args) { /* capture callback event for validating the i2c transfer event*/ i2c_event = p_args- >event; } } #ifdef __GNUC__ //串口重定向 #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch) #else #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f) #endif PUTCHAR_PROTOTYPE { err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1); if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT(); while(uart_send_complete_flag == false){} uart_send_complete_flag = false; return ch; } int _write(int fd,char *pBuffer,int size) { for(int i=0;i< size;i++) { __io_putchar(*pBuffer++); } return size; } FSP_CPP_HEADER void R_BSP_WarmStart(bsp_warm_start_event_t event); FSP_CPP_FOOTER #define SENSOR_BUS g_i2c_master0_ctrl /* Private macro -------------------------------------------------------------*/ #define BOOT_TIME 20 //ms /* Private variables ---------------------------------------------------------*/ static int16_t data_raw_acceleration[3]; static float acceleration_mg[3]; static uint8_t whoamI, rst; static uint8_t tx_buffer[1000]; /* Extern variables ----------------------------------------------------------*/ /* Private functions ---------------------------------------------------------*/ /* * WARNING: * Functions declare in this section are defined at the end of this file * and are strictly related to the hardware platform used. * */ static int32_t platform_write(void *handle, uint8_t reg, const uint8_t *bufp, uint16_t len); static int32_t platform_read(void *handle, uint8_t reg, uint8_t *bufp, uint16_t len); static void tx_com( uint8_t *tx_buffer, uint16_t len ); static void platform_delay(uint32_t ms); static void platform_init(void); static int16_t data_raw_acceleration[3]; static float acceleration_mg[3]; static lis2dw12_ctrl4_int1_pad_ctrl_t ctrl4_int1_pad; /*******************************************************************************************************************//** * main() is generated by the RA Configuration editor and is used to generate threads if an RTOS is used. This function * is called by main() when no RTOS is used. **********************************************************************************************************************/ void hal_entry(void) { /* TODO: add your own code here */ /* Open the transfer instance with initial configuration. */ err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg); assert(FSP_SUCCESS == err); printf("hello world!n"); R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_00, BSP_IO_LEVEL_HIGH); R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_01, BSP_IO_LEVEL_LOW); /* Initialize the I2C module */ err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg); /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */ assert(FSP_SUCCESS == err); /* Initialize mems driver interface */ stmdev_ctx_t dev_ctx; dev_ctx.write_reg = platform_write; dev_ctx.read_reg = platform_read; dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS; /* Wait sensor boot time */ platform_delay(BOOT_TIME); /* Check device ID */ lis2dw12_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI); printf("LIS2DW12_ID=0x%x,whoamI=0x%xn",LIS2DW12_ID,whoamI); if (whoamI != LIS2DW12_ID) while (1) { /* manage here device not found */ } /* Restore default configuration */ lis2dw12_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE); do { lis2dw12_reset_get(&dev_ctx, &rst); } while (rst); /* Enable Block Data Update */ lis2dw12_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE); lis2dw12_int_notification_set(&dev_ctx, LIS2DW12_INT_LATCHED); lis2dw12_pin_polarity_set(&dev_ctx, LIS2DW12_ACTIVE_LOW); lis2dw12_pin_int1_route_get(&dev_ctx, &ctrl4_int1_pad); ctrl4_int1_pad.int1_drdy = PROPERTY_ENABLE; lis2dw12_pin_int1_route_set(&dev_ctx, &ctrl4_int1_pad); /* Set full scale */ lis2dw12_full_scale_set(&dev_ctx, LIS2DW12_2g); /* Configure filtering chain accelerometer */ lis2dw12_filter_path_set(&dev_ctx, LIS2DW12_LPF_ON_OUT); lis2dw12_filter_bandwidth_set(&dev_ctx, LIS2DW12_ODR_DIV_10); /* Configure power mode and Output Data Rate */ lis2dw12_power_mode_set(&dev_ctx, LIS2DW12_CONT_LOW_PWR_12bit); lis2dw12_data_rate_set(&dev_ctx, LIS2DW12_XL_SET_SW_TRIG); while(1) { bsp_io_level_t p_port_value_port_015; R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_15, &p_port_value_port_015); if(p_port_value_port_015==0) { /* Read acceleration data */ memset(data_raw_acceleration, 0x00, 3 * sizeof(int16_t)); lis2dw12_acceleration_raw_get(&dev_ctx, data_raw_acceleration); acceleration_mg[0] = lis2dw12_from_fs2_lp1_to_mg( data_raw_acceleration[0]); acceleration_mg[1] = lis2dw12_from_fs2_lp1_to_mg( data_raw_acceleration[1]); acceleration_mg[2] = lis2dw12_from_fs2_lp1_to_mg( data_raw_acceleration[2]); lis2dw12_data_rate_set(&dev_ctx, LIS2DW12_XL_SET_SW_TRIG); printf("Acceleration [mg]:X=%4.2ftY=%4.2ftZ=%4.2frn",acceleration_mg[0], acceleration_mg[1], acceleration_mg[2]); } } #if BSP_TZ_SECURE_BUILD /* Enter non-secure code */ R_BSP_NonSecureEnter(); #endif }

演示

INT端口電平邏輯如下所示。