Beaglebone Black – 连接 GY-91 MPU9250+BMP280 九轴传感器

Posted 2020-06-19 Leptonation

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Beaglebone Black – 连接 GY-91 MPU9250+BMP280 九轴传感器相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

这次用 SPI。BBB 有两套 SPI 接口可用，两套都是默认 disable，需要用 overlay 方式启用，即：

echo BB-SPIDEV0 > /sys/devices/bone_capemgr.9/slots

我的 BBB 当前配置当前配置

/opt/source/Userspace-Arduino/overlay/BB-SPI0-01-00A0.dts

/dts-v1/;
/plugin/;

/ {
compatible = "ti,beaglebone", "ti,beaglebone-black";

/* identification */
part-number = "spi0pinmux";

    fragment@0 {
        target = <&am33xx_pinmux>;
        __overlay__ {
            spi0_pins_s0: spi0_pins_s0 {
                pinctrl-single,pins = <
                  0x150 0x30 /* spi0_sclk, INPUT_PULLUP | MODE0 */
                  0x154 0x30 /* spi0_d0, INPUT_PULLUP | MODE0 */
                  0x158 0x10 /* spi0_d1, OUTPUT_PULLUP | MODE0 */
                  0x15c 0x10 /* spi0_cs0, OUTPUT_PULLUP | MODE0 */
                >;
            };
        };
    };

    fragment@2 {
        target = <&spi0>;
        __overlay__ {
             #address-cells = <1>;
             #size-cells = <0>;

             status = "okay";
             pinctrl-names = "default";
             pinctrl-0 = <&spi0_pins_s0>;

             spidev@0 {
                 spi-max-frequency = <24000000>;
                 reg = <0>;
                 compatible = "linux,spidev";
            };
        };
    };
};

说明书第三十页，BMP280 支持 Mode 00 和 11，自动选的。可三线或四线连接。

dts 档内可见，当前就是 mode 0，可以直接连 BMP280了。

SPI 接线 – BMP280

原理图在上一篇博文，从图可以得知，BMP280 的片选是 CSB，NCS 是九轴 MPU9250 的片选引脚。

我那很烂的焊接，锡明显过多，烙铁温度过高，家里没洗板水，脏兮兮的。SPI0 的接线如下：

BBB	GY-91	说明
P9_1	GND	地
P9_3	3V3	电源
P9_22	SCL	时钟
P9_17	CSB	片选
P9_18	SDA	MOSI
P9_21	SA0	MISO

启用 SPI0 ：

echo BB-SPIDEV0 > /sys/devices/bone_capemgr.9/slots

然后在 /dev 就会出现了：

spidev1.0 代表总线号 1 片选号 0。

SPI 读取 BMP280 的 ID Register 值

注意事项如上图，图片截取自 BMP280 Datasheet，BMP280 的 SPI Read 方式从 BBB 发出的一个 byte 是 Control byte，Control byte 的 bit 7 用来控制读写，地址是后面余下的 7 个 bits。上图Control byte 后面的 Data byte 是接收的，比如我四线情况，它在 MISO 出现的，上图这样表达比较难理解……。

看一下时序图，看这个我比较好理解一些：

通讯过程中片选 pull down。

毕竟主角是九轴，BMP280温度气压就快速试一次，试试而已。C 代码。

有好几段小插曲，我首先想用 Python，易写易改，找到了SPIDEV，可是无论如何都无法用双工连，最终由于时间关系，放弃了。PY-SPIDEV见以此链接：

https://pypi.python.org/pypi/spidev 。后来改用 C，各种百度FQ再 Google，多半是 Arduino 和用上 Adafruit 的类库，看到各种 Digital Write，最后也放弃了。最后直接用 linux/spi/spidev 自己参考一下别人就直接写。

#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/spi/spidev.h>

char buf[1];
char buf2[10];

struct spi_ioc_transfer xfer[2];

int spi_init(char filename[40]) {
        int file;
        __u8 mode = 0; 
	__u8 lsb = 0;
        __u8 bits = 8;
        __u32 speed = 10000000;

        if ((file = open(filename,O_RDWR)) < 0) {
                printf("Failed to open the bus.");
                exit(1);
        }

        if (ioctl(file, SPI_IOC_WR_MODE, &mode)<0) {
                perror("can\'t set spi mode");
                return;
        }

        if (ioctl(file, SPI_IOC_RD_MODE, &mode) < 0) {
                perror("SPI rd_mode");
                return;
        }
        if (ioctl(file, SPI_IOC_RD_LSB_FIRST, &lsb) < 0) {
                perror("SPI rd_lsb_fist");
                return;
        }
        if (ioctl(file, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits)<0) {
                perror("can\'t set bits per word");
                return;
        }
        if (ioctl(file, SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &bits) < 0) {
                perror("SPI bits_per_word");
                return;
        }
        if (ioctl(file, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed)<0) {
                perror("can\'t set max speed hz");
                return;
        }
        if (ioctl(file, SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, &speed) < 0) {
                perror("SPI max_speed_hz");
                return;
        }
        printf("%s: spi mode %d, %d bits %sper word, %d Hz max\\n",filename, mode, bits, lsb ? "(lsb first) " : "", speed);
        return file;
}

char * spi_read(int addr,int nbytes,int file) {
        int status;

        memset(buf, 0, sizeof buf);
        memset(buf2, 0, sizeof buf2);
        buf[0] = addr | 128;
        xfer[0].tx_buf = (unsigned long)buf;
        xfer[0].len = 1; 
        xfer[1].rx_buf = (unsigned long) buf2;
        xfer[1].len = nbytes; 
        status = ioctl(file, SPI_IOC_MESSAGE(2), xfer);
        if (status < 0) {
                perror("SPI_IOC_MESSAGE");
                return;
        }
        return buf2;
}

int main(){
        char * buffer;
        int file=spi_init("/dev/spidev1.0");
        buffer = spi_read(0xD0,1,file);
        printf("0x%x\\n",*buffer);
}

代码改自这里：http://linux-sunxi.org/SPIdev，原版是 SUNXI 的，我已修改并去掉些不合理地方。

首先配置, 默认 mode 0 ，8 bit per word 再把速度调到BMP280 的上限 10MHz，然后用 read 方法，两个 xfer 丢进去，一个是写 0xD0，代表我想读取 ID Register，一个是读取的 buf2，返回 buf2 到 main 再打印出来。read 里面的 bitwise OR 是为了确保 bit 7 是 1，以免我敲错地址错误地操作了写入。效果：

返回 0x58，ID 正确。

SPI 写入 BMP280 Register，读取当前温度

对 BMP280 的 ctrl_meas 写入值，连续测量，最高精度，只检测温度不管气压（地址和值见上一篇），然后读取气温原始数据和温度补偿，再转换为摄氏 printf 出来，代码：

#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/spi/spidev.h>

#define DIG_START 0x88
#define TEMP_START 0xFA
#define CTRL_MEAS 0xF4
#define TEMP_ONLY_NORMAL_MODE 0xE3 // 111 000 11

char buf[10];
char buf2[10];

struct spi_ioc_transfer xfer[2];

int spi_init(char filename[40]) {
        int file;
        __u8  lsb = 0;
        __u8 mode = 0;
        __u8 bits = 8;
        __u32 speed = 10000000;

        if ((file = open(filename,O_RDWR)) < 0) {
                printf("Failed to open the bus.");
                exit(1);
        }

        if (ioctl(file, SPI_IOC_WR_MODE, &mode)<0) {
                perror("can\'t set spi mode");
                return;
        }

        if (ioctl(file, SPI_IOC_RD_MODE, &mode) < 0) {
                perror("SPI rd_mode");
                return;
        }
        if (ioctl(file, SPI_IOC_RD_LSB_FIRST, &lsb) < 0) {
                perror("SPI rd_lsb_fist");
                return;
        }
        if (ioctl(file, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD, &bits)<0) {
                perror("can\'t set bits per word");
                return;
        }
        if (ioctl(file, SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &bits) < 0) {
                perror("SPI bits_per_word");
                return;
        }
        if (ioctl(file, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed)<0) {
                perror("can\'t set max speed hz");
                return;
        }
        if (ioctl(file, SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, &speed) < 0) {
                perror("SPI max_speed_hz");
                return;
        }
        return file;
}

char * spi_read(int addr,int nbytes,int file) {
        int status;

        memset(buf, 0, sizeof buf);
        memset(buf2, 0, sizeof buf2);
        buf[0] = addr | 128;
        xfer[0].tx_buf = (unsigned long)buf;
        xfer[0].len = 1; 
        xfer[1].rx_buf = (unsigned long) buf2;
        xfer[1].len = nbytes; 
        status = ioctl(file, SPI_IOC_MESSAGE(2), xfer);
        if (status < 0) {
                perror("SPI_IOC_MESSAGE");
                return;
        }
        return buf2;
}

void spi_write(int addr, char value, int file) {
        int status;

        memset(buf, 0, sizeof buf);
        buf[0] = addr & 127;
        buf[1] = value;
        xfer[0].tx_buf = (unsigned long)buf;
        xfer[0].len = 2;
        status = ioctl(file, SPI_IOC_MESSAGE(1), xfer);
        if (status < 0) {
                perror("SPI_IOC_MESSAGE");
        }
}

float myFunc(uint32_t adc_T, unsigned short dig_T1, short dig_T2, short dig_T3){
        uint32_t var1, var2;
        float T;
        var1 = (((double)adc_T)/16384.0-((double)dig_T1)/1024.0)*((double)dig_T2);
        var2 = ((((double)adc_T)/131072.0-((double)dig_T1)/8192.0)*(((double)adc_T)/131072.0-((double)dig_T1)/8192.0))*((double)dig_T2);
        T = (var1+var2)/5120.0;
        return T;
}

int main() {
        int i;
        char * id;
        char * mode;
        char dig_buff[6];
        char tmp_buff[3];

        int file=spi_init("/dev/spidev1.0");
        id = spi_read(0xD0,1,file);
        printf("ID: 0x%02x\\n",*id);
        spi_write(CTRL_MEAS,TEMP_ONLY_NORMAL_MODE,file);
        mode = spi_read(CTRL_MEAS,1,file);
        printf("Mode: 0x%02x\\n", *mode);

        memcpy(dig_buff, spi_read(DIG_START, 6, file), 6);
        memcpy(tmp_buff,  spi_read(TEMP_START, 3, file), 3);

        printf("Dump:\\n");
        for (i=0; i<6; i++){
                printf("%02x ",dig_buff[i]);
        }
        printf("\\n");
        for (i=0; i<3; i++){
                printf("%02x ",tmp_buff[i]);
        }
        printf("\\n");
        int adc_T = ((tmp_buff[0]<<16)|(tmp_buff[1]<<8)|(tmp_buff[2]))>>4;
        unsigned short dig_T1 = (dig_buff[1]<<8)|(dig_buff[0]);
        short dig_T2 = (dig_buff[3]<<8)|(dig_buff[2]);
        short dig_T3 = (dig_buff[5]<<8)|(dig_buff[4]);
        printf("adc_T is : %d \\n", adc_T);
        printf("dig_T1 is : %d \\n", dig_T1);
        printf("dig_T2 is : %d \\n", dig_T2);
        printf("dig_T3 is : %d \\n", dig_T3);
        printf("Temperature is : %f \\n", myFunc(adc_T, dig_T1, dig_T2, dig_T3));
        return 0;
}

效果：

$`783_`6G1J5@Z{P[SSQPNP9$

关于温度补偿和实际摄氏温度计算，请看上一篇 I2C 示范。spi_write 里面的 bitwise AND 是为了确保 bit 7 是零，写入模式。由于我全部用相同的 buf 和 buf2，实际应用 read 时候需要 copy 出来。我还没很好地理解 linux 的 spidev 库（比如读取时两个 xfer buffer 是否需要大小一致，片选结束拉低的时间点是取决于 xfer[0] 长度还是 xfer[0] 和 xfer[1] 两者较长的值，初始化后 SPI 参数能否修改，user space 能否改 mode 等等的问题），但以上代码勉强够用了，将来有空再慢慢研究。将来的项目里不是 embedded linux 的。

我纠结于尝试用 Python 做 SPI 双工浪费了很多时间，最终还是没结果做不出来。最后放弃那一层层的封装，直接用 C 的 spidev，顿时春天了，28°C。

下一篇，用 SPI 调用加速传感和倾斜角。

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以上是关于Beaglebone Black – 连接 GY-91 MPU9250+BMP280 九轴传感器的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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