描述

當(dāng)我們將智能手機(jī)從縱向傾斜到橫向時……它如何知道我們正在傾斜手機(jī)？

那是因?yàn)槲覀?a href='http://www.brongaenegriffin.com/v/' target='_blank' class='arckwlink_none'>智能手機(jī)中的加速度計！為了解其工作原理，讓我們使用Apache NuttX RTOS（實(shí)時操作系統(tǒng)）從PINE64 PinePhone中窺探原始加速度計數(shù)據(jù)。

構(gòu)建和啟動 NuttX RTOS

按照以下步驟使用 microSD 卡在 PinePhone 上啟動 NuttX RTOS（它不會觸及內(nèi)部 eMMC 存儲）...

(1) 安裝構(gòu)建先決條件

(2) 下載適用于AArch64 裸機(jī)目標(biāo)的 ARM64 工具鏈：（跳過測試版部分）aarch64-none-elf

(3) 下載并構(gòu)建NuttX RTOS for PinePhone ...

git clone https://github.com/apache/nuttx nuttx

git clone https://github.com/apache/nuttx-apps apps

cd nuttx

tools/configure.sh pinephone:sensor

make

cp nuttx.bin Image

rm -f Image.gz

gzip Image

(4) 這會生成 NuttX 圖像文件Image.gz。我們一會兒將它復(fù)制到 PinePhone 中。

(5) 下載PinePhone Jumpdrive鏡像：pine64-pinephone.img.xz

(6) 使用Balena Etcher或GNOME Disks將下載的鏡像寫入 microSD 卡。

(7) 還記得Image.gz之前的事嗎？復(fù)制并覆蓋 microSD 卡上的文件。

(8) 將 microSD 卡插入 PinePhone 并將隱私開關(guān) 6（耳機(jī)）撥至關(guān)閉。

(9) 將PinePhone Serial Console Cable連接到我們的電腦并給PinePhone 上電。

(10) 在我們的電腦上，使用screen或以115.2 kbps 的速度putty連接到 PinePhone 串口控制臺（假設(shè)“usbserial-1410”是 USB 串口）...

screen /dev/tty.usbserial-1410 115200

(11) 在提示符下，輸入：ls /dev

NuttShell (NSH) NuttX-12.0.3
nsh> ls /dev
/dev:
console
imu0
null
ram0
ram2
ttyS0
userleds
zero

NuttX 表示，PinePhone 加速度計InvenSense MPU-6050現(xiàn)在可以在. （那是慣性測量單元）/dev/imu0

獲取加速度計數(shù)據(jù)

讓我們從 PinePhone 的加速度計中讀取原始加速度計數(shù)據(jù)。

將我們的 PinePhone 豎直放在縱向。輸入這個命令...

hexdump /dev/imu0 count=14

這會從加速度計轉(zhuǎn)儲 14 個字節(jié)的原始數(shù)據(jù)...

/dev/imu0 at 00000000:
0000: 10 21 00 05 01 6a f7 9e ff d8 00 13 ff fd

現(xiàn)在將我們的 PinePhone 逆時針旋轉(zhuǎn) 90 度，進(jìn)入橫向。輸入相同的命令...

hexdump /dev/imu0 count=14

我們將看到一組不同的 14 字節(jié)原始數(shù)據(jù)......

/dev/imu0 at 00000000:
0000: 00 19 f0 48 01 12 f8 80 ff d6 00 0f ff fe

但是這些數(shù)字是什么意思？

解碼加速度計數(shù)據(jù)

NuttX 內(nèi)核將MPU-6050 加速度計數(shù)據(jù)格式定義為...

/* MPU-6050 Accelerometer Data Format
 * (14 bytes, big-endian) */
struct sensor_data_s {
  int16_t x_accel;  /* Accelerometer X */
  int16_t y_accel;  /* Accelerometer Y */
  int16_t z_accel;  /* Accelerometer Z */
  int16_t temp;     /* Temperature */
  int16_t x_gyro;   /* Gyroscope X */
  int16_t y_gyro;   /* Gyroscope Y */
  int16_t z_gyro;   /* Gyroscope Z */
};

（來源）

當(dāng)我們從上面解碼數(shù)據(jù)時，我們得到......

縱向：

• 加速度計 X = 4129 (0x1021) ??
• 加速度計 Y = 5 (0x0005)
• 加速度計 Z = 362 (0x016A)
• 溫度 = -2146 (0xF79E)
• 陀螺儀 X = -40 (0xFFD8)
• 陀螺儀 Y = 19 (0x0013)
• 陀螺儀 Z = -3 (0xFFFD)

橫向：

• 加速度計 X = 25 (0x0019)
• 加速度計 Y = -4024 (0xF048) ??
• 加速度計 Z = 274 (0x0112)
• 溫度 = -1920 (0xF880)
• 陀螺儀 X = -42 (0xFFD6)
• 陀螺儀 Y = 15 (0x000F)
• 陀螺儀 Z = -2 (0xFFFE)

啊哈，加速度計的 X 和 Y 值發(fā)生了顯著變化！

是的，加速度計測量三軸的加速度......

• X軸：指向PinePhone 的頂部邊緣
• Y軸：指向PinePhone 的左邊緣
• Z軸：指向PinePhone后蓋

加速度計檢測到加速度發(fā)生變化：在我們旋轉(zhuǎn)手機(jī)后，從 X 軸到 Y 軸。

但是我們沒有水平或垂直“加速”手機(jī)？

這是因?yàn)?/font>重力！地球表面對我們的手機(jī)施加向上的法向力。這是在我們旋轉(zhuǎn)手機(jī)時由加速度計測量的。

/* MPU-6050 Accelerometer Data Format
 * (14 bytes, big-endian)
 * Based on NuttX Kernel: https://github.com/apache/nuttx/blob/master/drivers/sensors/mpu60x0.c#L218-L233 */
struct sensor_data_s
{
  int16_t x_accel;  /* Accelerometer X */
  int16_t y_accel;  /* Accelerometer Y */
  int16_t z_accel;  /* Accelerometer Z */
  int16_t temp;     /* Temperature */
  int16_t x_gyro;   /* Gyroscope X */
  int16_t y_gyro;   /* Gyroscope Y */
  int16_t z_gyro;   /* Gyroscope Z */
};

/* Open the MPU-6050 Accelerometer for reading */
int fd = open("/dev/imu0", O_RDONLY);
assert(fd > 0);  /* Check that it exists */

/* Accelerometer Data will have 14 bytes */
struct sensor_data_s data;
assert(sizeof(data) == 14);  /* We expect to read 14 bytes */

/* Read the Accelerometer Data (14 bytes) */
int bytes_read = read(fd, &data, sizeof(data));
assert(bytes_read == sizeof(data));  /* We expect 14 bytes read */

/* Flip the bytes from Big-Endian to Little-Endian for PinePhone.
 * ntohs() is explained here: https://developer.ibm.com/articles/au-endianc/ */
int16_t x_accel = ntohs(data.x_accel);
int16_t y_accel = ntohs(data.y_accel);
int16_t z_accel = ntohs(data.z_accel);
int16_t temp    = ntohs(data.temp);
int16_t x_gyro  = ntohs(data.x_gyro);
int16_t y_gyro  = ntohs(data.y_gyro);
int16_t z_gyro  = ntohs(data.z_gyro);

/* Print the Accelerometer Data */
printf("Accelerometer X: %d\n", x_accel);
printf("Accelerometer Y: %d\n", y_accel);
printf("Accelerometer Z: %d\n", z_accel);
printf("Temperature:     %d\n", temp);
printf("Gyroscope X:     %d\n", x_gyro);
printf("Gyroscope Y:     %d\n", y_gyro);
printf("Gyroscope Z:     %d\n", z_gyro);

/* Close the Accelerometer */
close(fd);

/* To register the IMU Driver for MPU-6050 Accelerometer at Port TWI1... */

/* Init the Power Management Integrated Circuit */
ret = pinephone_pmic_init();

/* Wait 15 milliseconds for power supply and power-on init */
up_mdelay(15);

/* Allocate the IMU Driver struct */
mpu_config = kmm_zalloc(sizeof(struct mpu_config_s));
mpu_config->i2c  = i2c1;
mpu_config->addr = 0x68;

/* Register the IMU Driver at /dev/imu0 */
mpu60x0_register("/dev/imu0", mpu_config);

/* Initialize TWI1 as I2C Bus 1 */
i2c1 = a64_i2cbus_initialize(i2c1_bus);

/* Register I2C Driver for I2C Bus 1 at TWI1 */
ret = i2c_register(i2c1, i2c1_bus);

/* To register the IMU Driver for MPU-6050 Accelerometer at Port TWI1... */

/* Init the Power Management Integrated Circuit */
ret = pinephone_pmic_init();

/* Omitted: Start the IMU Driver at /dev/imu0 */