CN115098424A - 基于dma的阵列memsimu的数据同步采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及单片机数据传输技术领域，提供了基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法。该方法包括：根据SPI的通信方式进行数据交互，配置SPI；根据单片机的指令，配置SPI对应的DMA通道；采用单片机的定时器外设，设置定时器中断时间，以配置定时器中断服务函数；开启所述SPI的DMA通道，并基于配置DMA中断服务函数，完成传输后中断，并获得导航解算需要的IMU传感器数据；将所述导航解算需要的IMU传感器数据传输至上位机，完成基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集。本发明方案同时获得多个MEMSIMU采集到的数据，留给CPU足够的时间进行导航解算，实现了MEMSIMU的同步采集。
Description
技术领域
本发明涉及单片机数据传输技术领域，尤其涉及基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法。
背景技术
近年来迅速发展的微机电(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)惯性器件具有低成本、小型化、高可靠性，易于批量生产等诸多优势。基于MEMS陀螺仪和加速度计的惯导系统可以有效降低成本，能真正做到系统的单板集成或者芯片级集成。然而MEMS惯性器件存在着精度较差、随机噪声大等问题，将会严重制约导航精度。
传统的MEMS惯导系统，无法同时采集多个传感器敏感到数据，也就无法保证导航精度，并且在采集过程中，占用太多时间在数据传输上，不能留给CPU足够的时间进行导航解算。
因此，需要一种至少克服上述缺点之一的数据同步采集方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法，以解决现有技术中传统的采集方式，会占用大量CPU时间，一个周期内无法进行完数据解算，并且无法同步采集的问题。
本发明提供了基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法，包括：
S1根据SPI的通信方式进行数据交互，配置SPI；
S2根据单片机的指令，配置SPI对应的DMA通道；
S3采用单片机的定时器外设，设置定时器中断时间，以配置定时器中断服务函数；
S4开启所述SPI的DMA通道，并基于配置DMA中断服务函数，完成传输后中断，并获得导航解算需要的IMU传感器数据；
S5将所述导航解算需要的IMU传感器数据传输至上位机，完成基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集。
进一步地，所述S1，包括：
将单片机上电后，阵列MEMSIMU在接收到指令，发送相应数据到主机，并选择SPI的通信方式进行数据交互；
基于所述SPI的通信方式，初始化SPI接口，配置单片机为主机模式，配置SPI模式为0模式。
进一步地，所述S2，包括：
配置SPI的DMA通道，根据数据手册查找所述SPI的DMA通道号，初始化所述SPI对应的DMA通道，当单片机发送指令时，配置DMA传输方向为存储器到外设；当单片机接收MEMSIMU的传输回来的数据时，配置DMA传输方向为外设到存储器。
进一步地，所述S3，包括：
采用单片机的定时器外设，设置所述单片机的定时器中断事件，达到所述单片机的定时器中断事件时，在定时器中断函数内配置一个片选信号，对其他片选信号配置为反逻辑，并在定时器中断服务函数中开启DMA中断。
进一步地，所述S3中的中断事件，包括：传输过半中断、传输完成中断、传输错误中断。
进一步地，所述S4，包括：
基于配置DMA中断服务函数，在定时器DMA中断服务函数里开启所述SPI的DMA通道，DMA将数据从存储器传输到SPI的数据寄存器，在传输完毕后，进入DMA中断；
关闭片选，并在关闭所述片选后关闭所述SPI对应的DMA通道；
将所述数据累加到预设的数组之中，并将标志位加一，当所述标志位累加十次之后，将累加的所述数据求平均值，获得所述导航解算导航解算需要的IMU传感器数据。
进一步地，所述S5，包括：
配置所述单片机的USART传输方式，并配置USART对应的DMA通道，设置高波特率，将所述导航解算导航解算需要的IMU传感器数据通过USB串口的形式传输到上位机。
进一步地，所述S5中将所述导航解算的数据传输至上位机，是由所述单片机通过USB转TTL模块将单片机与个人电脑连接，并将所述导航解算的数据传输至个人电脑的。
进一步地，所述S5中将所述导航解算的数据传输至上位机之后，包括：
引进DMA中断服务函数，并关闭串口DMA通道。
本发明与现有技术相比存在的有益效果是：
1.本发明采用SPI的DMA传输模式，使单片机通过DMA通道与MEMSIMU进行通讯，避免了CPU的干涉；
2.本发明采用单片机的定时器中断，在定时器中断服务函数中设置对MEMIMU的片选，在1ms内可完成对四片MEMSIMU数据的采集，实现了单片机在1ms内对4片MEMSIMU的同步采集。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明提供的基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法的框架示意图；
图2是本发明提供的闭环数据同步采集控制流程图；
图3是本发明提供的采集多组MEMSIMU时序示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
下面将结合附图详细说明根据本发明的基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法。
图1是本发明提供的基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法的框架示意图。
如图1所示，该阵列MEMSIMU的数据同步采集方法包括：
S1，根据SPI的通信方式进行数据交互，配置SPI；
所述S1，包括：
S11，将单片机上电后，阵列MEMSIMU在接收到指令，发送相应数据到主机，并选择SPI的通信方式进行数据交互；
S12，MEMSIMU在与单片机进行数据交互时，都是扮演“从机”的角色，当作为“主机”的单片机发送传输指令时，MEMSIMU在接收到指令后，会发送相应的数据到主机，选择SPI的通信方式进行数据交互，以满足快速的数据传输。
S13，基于所述SPI的通信方式，初始化SPI接口，配置单片机为主机模式，配置SPI模式为0模式。
其中，配置SPI模式为0模式，即时钟相位和时钟极性都配置为0模式，时钟空闲时为逻辑低电平，传输数据发生在时钟信号的上升沿。采样率设置为1MHz就能传输完数据。
S2，根据单片机的指令，配置SPI对应的DMA通道；
所述S2，包括：
配置SPI的DMA通道，根据数据手册查找所述SPI的DMA通道号，初始化所述SPI对应的DMA通道，当单片机发送指令时，配置DMA传输方向为存储器到外设；当单片机接收MEMSIMU的传输回来的数据时，配置DMA传输方向为外设到存储器。
其中，配置SPI对应的DMA通道，在使用SPI进行单片机与MEMSIMU通讯时，外设地址为SPI数据寄存器，存储器地址为单片机内部RAM数组地址。
其中，当主机发送，从机接收时，配置传输方向为存储器到外设；当主机接收，从机发送时，配置传输方向为外设到存储器，配置通道的缓冲区长度为一帧数据的长度。
S3，采用单片机的定时器外设，设置定时器中断时间，以配置定时器中断服务函数；
其中，所述阵列MEMSIMU与单片机通讯时，采用主机轮询的方式，即每路MEMSIMU的SPI时钟线与两路数据传输线采用并联的形式连接。
在片选所述阵列MEMSIMU中任一MEMSIMU时，其他的片选与任一所述MEMSIMU相反；
采用单片机的定时器外设，设置所述单片机的定时器中断事件，达到所述单片机的定时器中断事件时，在定时器中断函数内配置一个片选信号，对其他片选信号配置为反逻辑，并在定时器中断服务函数中开启DMA中断。
其中，在片选所述阵列MEMSIMU中任一MEMSIMU时，其他的片选与任一所述MEMSIMU相反；
所述S3中的中断事件：传输过半中断、传输完成中断、传输错误中断，本实例采用传输完成中断。
其中，对其他片选信号配置为反逻辑，为了保证在传输数据时没有互相干扰。
S4，开启所述SPI的DMA通道，并基于配置DMA中断服务函数，完成传输后中断，并获得导航解算需要的IMU传感器数据。
S41，基于配置DMA中断服务函数，在定时器DMA中断服务函数里开启所述SPI的DMA通道，DMA将数据从存储器传输到SPI的数据寄存器，在传输完毕后，进入DMA中断；
S42，关闭片选，并在关闭所述片选后关闭所述SPI对应的DMA通道；
S43，将所述数据累加到预设的数组之中，并将标志位加一，当所述标志位累加十次之后，将累加的所述数据求平均值，获得所述导航解算导航解算需要的IMU传感器数据。
开启所述SPI的DMA通道，并基于配置DMA中断服务函数，将数据从存储器传输至所述SPI的数据寄存器，且在传输后中断，并进行所述数据处理，获得导航解算的数据。
在定时器中断服务函数里开启SPI的DMA通道后，DMA就会将数据从存储器传输到SPI的数据寄存器，在传输完毕后，就会进入DMA中断。进入DMA中断服务函数后，首先关闭片选，随后关闭SPI的DMA通道，最后进行数据处理，将数据累加到预设的数组之中，并将标志位加一。每当累加十次之后，即标志位到十之后，对这十组数据进行平滑处理，即将累加的数据求平均值，获得的数据作为导航解算的数据。通过求平均值以抑制MEMS陀螺仪和加速度计的随机误差。
图2是本发明提供的闭环数据同步采集控制流程图。
图3是本发明提供的采集多组MEMSIMU时序示意图。
S5，将所述导航解算需要的IMU传感器数据传输至上位机，完成基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集。
配置所述单片机的USART传输方式，并配置USART对应的DMA通道，设置高波特率，将所述导航解算导航解算需要的IMU传感器数据通过USB串口的形式传输到上位机。
其中，设置高波特率，为了保证多组MEMSIMU的数据能够传输完成。
所述S5中将所述导航解算的数据传输至上位机，是由所述单片机通过USB转TTL模块将单片机与个人电脑连接，并将所述导航解算的数据传输至个人电脑的。
通过上述步骤得到的数据需要发送到上位机，单片机发送数据到个人电脑可以通过串口的形式发送，通过USB转TTL模块将单片机与个人电脑连接。配置串口波特率，本实例中，四个IMU的数据为144位，为保证数据能够传输完成，配置串口波特率为921600。同时为了有充分的时间进行导航解算，配置串口DMA，使用DMA的方式使待发送的数据直接从单片机的存储器到串口的数据寄存器。在主函数中设置标志位，每当获得四个MEMSIMU数据时，进入IF语句中，使能串口DMA和串口DMA中断。每当传输完成时，进DMA中断服务函数，在DMA传输完成中断中，关闭串口DMA通道，以此避免发送重复的数据。
所述S5中将所述导航解算的数据传输至上位机之后，包括：引进DMA中断服务函数，并关闭串口DMA通道。
本发明采用SPI的DMA传输模式，避免了通过CPU的干涉；采用单片机的定时器中断，在定时器中断服务函数中设置对MEMIMU的片选，在短时间内实现了对数片MEMSIMU数据的采集。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法，其特征在于，包括：
S1根据SPI的通信方式进行数据交互，配置SPI；
S2根据单片机的指令，配置SPI对应的DMA通道；
S3采用单片机的定时器外设，设置定时器中断时间，以配置定时器中断服务函数；
S4开启所述SPI的DMA通道，并基于配置DMA中断服务函数，完成传输后中断，并获得导航解算需要的IMU传感器数据；
S5将所述导航解算需要的IMU传感器数据传输至上位机，完成基于DMA的阵列MEMSIMU的数据同步采集。
2.根据权利要求1所述的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法，其特征在于，所述S1，包括：
将单片机上电后，阵列MEMSIMU在接收到指令，发送相应数据到主机，并选择SPI的通信方式进行数据交互；
基于所述SPI的通信方式，初始化SPI接口，配置单片机为主机模式，配置SPI模式为0模式。
3.根据权利要求1所述的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法，其特征在于，所述S2，包括：
配置SPI的DMA通道，根据数据手册查找所述SPI的DMA通道号，初始化所述SPI对应的DMA通道，当单片机发送指令时，配置DMA传输方向为存储器到外设；当单片机接收MEMSIMU的传输回来的数据时，配置DMA传输方向为外设到存储器。
4.根据权利要求1所述的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法，其特征在于，所述S3，包括：
采用单片机的定时器外设，设置所述单片机的定时器中断事件，达到所述单片机的定时器中断事件时，在定时器中断函数内配置一个片选信号，对其他片选信号配置为反逻辑，并在定时器中断服务函数中开启DMA中断。
5.根据权利要求4所述的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法，其特征在于，所述S3中的中断事件，包括：传输过半中断、传输完成中断、传输错误中断。
6.根据权利要求1所述的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法，其特征在于，所述S4，包括：
基于配置DMA中断服务函数，在定时器DMA中断服务函数里开启所述SPI的DMA通道，DMA将数据从存储器传输到SPI的数据寄存器，在传输完毕后，进入DMA中断；
关闭片选，并在关闭所述片选后关闭所述SPI对应的DMA通道；
将所述数据累加到预设的数组之中，并将标志位加一，当所述标志位累加十次之后，将累加的所述数据求平均值，获得所述导航解算导航解算需要的IMU传感器数据。
7.根据权利要求1所述的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法，其特征在于，所述S5，包括：
配置所述单片机的USART传输方式，并配置USART对应的DMA通道，设置高波特率，将所述导航解算导航解算需要的IMU传感器数据通过USB串口的形式传输到上位机。
8.根据权利要求1所述的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法，其特征在于，所述S5中将所述导航解算的数据传输至上位机，是由所述单片机通过USB转TTL模块将单片机与个人电脑连接，并将所述导航解算的数据传输至个人电脑的。
9.根据权利要求1所述的阵列MEMSIMU的数据同步采集方法，其特征在于，所述S5中将所述导航解算的数据传输至上位机之后，包括：
引进DMA中断服务函数，并关闭串口DMA通道。
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