# MSPM0高精度单轴-六轴串口陀螺仪

**Repository Path**: louisaerdsai/MSPM0_IMU

## Basic Information

- **Project Name**: MSPM0高精度单轴-六轴串口陀螺仪
- **Description**: MSPM0高精度单轴-六轴串口陀螺仪，固件源码带iap和上位机和使用手册
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: MIT
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 1
- **Forks**: 0
- **Created**: 2026-10-22
- **Last Updated**: 2026-11-07

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# ICMM0 串口陀螺仪固件

MSPM0G3507 上的单轴 / 六轴姿态模组固件，对外提供 UART 与 I²C 两套接口。

固件只有一份：上电自动探测板载传感器，按探测结果加载单轴或六轴路径，无需按轴型分别出包。

| 轴型 | 传感器 | 对外寄存器契约 |
|---|---|---|
| 单轴 | XV70xx（Z 轴陀螺，4 线 SPI） | 单轴格式（35 项寄存器） |
| 六轴 | LSM6DSOWTR（6 轴 IMU） | 标准格式（11 字节帧） |

- MCU：MSPM0G3507SRHBR（Cortex-M0+ @32 MHz，128 KB Flash / 32 KB SRAM）
- 许可证：**MIT**（见 `LICENSE`）
- 升级：内置明文 IAP 引导程序，串口即可升级

---

## 1. 目录结构

```
code/
├── main.c                  入口 + 中断向量转发
├── ti_msp_dl_config.c/h    TI 模板改造版（引脚/外设初始化，生成物已入库）
├── iap/                    IAP 引导程序（独立构建，见 §5）
├── app/
│   ├── app_main.c/h        初始化 + 主循环 + 输出调度
│   ├── app_axis1.c/h       单轴应用层（1 kHz 采样 → 算法 → 0x52/0x53）
│   └── app_data.h          全局数据快照（算法 ↔ 协议共享）
├── bsp/
│   ├── bsp_spi.c/h         SPI0 抽象：共享三线 + 软件片选
│   ├── bsp_imu.c/h         六轴 IMU 驱动
│   ├── bsp_gyro_axis1.c/h  单轴陀螺驱动（4 线 SPI）
│   ├── bsp_uart.c/h        串口 + 双环形缓冲（TX 入队即发）
│   ├── bsp_i2c_slave.c/h   I²C 从机（16-bit 寄存器寻址）
│   ├── bsp_led.c/h         状态灯（PA8，高有效）
│   └── bsp_tick.c/h        SysTick 时基 + 采样节拍
├── algo/
│   ├── algo_rate.c/h       单轴角速率积分 + 零偏补偿
│   ├── algo_fusion.c/h     互补滤波 + 自适应增益（六轴）
│   ├── algo_quat.c/h       四元数与欧拉角
│   ├── algo_calib.c/h      零偏标定 / 静态判定
│   ├── algo_autocal.c/h    零偏自动校准状态机
│   ├── algo_axis.c/h       安装方向映射
│   └── algo_types.h        公共数据结构
├── param/
│   ├── param_core.c/h      参数模型 + Flash 持久化（A/B 双份 + CRC + 版本校验）
│   ├── param_axis1.c/h     单轴寄存器模型
│   └── param_std.c/h       标准格式寄存器视图
├── proto/
│   ├── proto_tx.c/h        上行组帧（0x55 + DataID + 4×int16 + SUM）
│   └── proto_rx.c/h        下行解析（0xFF 0xAA ADDR L H）
├── math/ma_wrap.c/h        数学封装（float 接口，可切 MATHACL）
├── cfg/                    协议表、编译期配置、版本号、OTA 共享定义
│   ├── ax1_device.h        XV70xx 器件常量（寄存器 / 时序 / 标度）
│   ├── ax1_rate_tune.h     单轴积分器整定参数
├── tools/icmm0_pack.py     固件打包器（生成 IAP 升级文件）
└── build/ticlang/          makefile / makefile.iap / release.cmd / 链接脚本
```

---

## 2. 对外协议要点

### 2.1 标准格式（11 字节帧）

**上行**（模组 → 主机，主动流式推送）

| DataID | 内容 | D4 |
|---|---|---|
| `0x51` | 加速度 | 温度 |
| `0x52` | 角速度 | 温度 |
| `0x53` | 角度 | 温度 |
| `0x59` | 四元数 | — |
| `0x5F` | 寄存器值 | — |

`SUM = 前 10 字节累加 & 0xFF`；温度 `T = raw/100 ℃`。

**下行**（主机 → 模组）：`0xFF 0xAA ADDR L H`（配置类**不回包**）
**读寄存器**：`0xFF 0xAA 0x27 RegL RegH` → 回 `0x55 0x5F + 4×int16 + SUM`

**实现的寄存器**：`0x00` SAVE ｜ `0x01` CALSW ｜ `0x02` RSW ｜ `0x03` RATE ｜ `0x04` BAUD ｜ `0x1A` IICADDR ｜ `0x1B` LEDOFF ｜ `0x23` ORIENT ｜ `0x27` READADDR ｜ `0x2E` VERSION；其余静默忽略。

### 2.2 单轴格式（5 字节帧）

上行 `5A <type> <int16 L H> <SUM>`，`type`：`0xAA` 角速度、`0xBB` 角度、`0xCC` 索引读回。
下行 `55 AA <addr> <L> <H>`；索引读 `55 AA 08 <idx> 00`。
寄存器表 35 项，地址空间 `0x00..0x7F`，未定义地址读 0。

### 2.3 兼容格式

另识别 `55 AA …` 下行与 `5A` 上行（11 字节）。收到合法旧格式帧即锁存，收到 `FF AA` 帧切回标准格式（运行期状态，不持久化）。

### 2.4 I²C 从机

地址 `0x50`（寄存器 `0x1A` 可改，重启生效），16-bit 寄存器地址（先高后低）、数据小端；写支持地址自增连续写，读经 Sr 且自动递增。六轴映射标准格式寄存器表、单轴映射单轴寄存器表；未实现寄存器返回 `0`。

读阶段靠**时钟延展**保证不丢字节：TX FIFO 空时从机拉低 SCL，主循环按 `SSR.TREQ`（主机正在取数）补下一个 16-bit 字后放行。
因此**主机必须支持时钟延展**；读操作必须用重复起始（写寄存器地址 → Sr → 读），两次独立事务会从寄存器 0 开始返回。

### 2.5 私有扩展

| 寄存器 | 说明 |
|---|---|
| `0x77` SETYAW | 设置当前 yaw，编码与上行角度一致，不打断积分、不落盘 |
| `0x7E` BUILD | 固件构建号（只读） |
| `0x7B/0x7C/0x7D` | 三轴零偏自动校准状态（低 3 位状态码，高 5 位拒绝原因） |


---

## 3. 引脚分配

| 功能 | 引脚 | 说明 |
|---|---|---|
| I²C0 SDA / SCL | PA0 / PA1 | 对外从机 0x50，板载 4.7 kΩ 上拉 |
| SPI0 POCI / PICO / SCK | PA4 / PA5 / PA6 | mode3，8 MHz |
| IMU 片选 | PA3 | **软件 GPIO 控制**（默认高） |
| IMU INT1 | PA7 | 可选 |
| LED | PA8 | 高有效；正常 1 Hz 心跳，异常常亮 |
| UART0 TX / RX | PA10 / PA11 | 默认 **115200** 8N1 |
| SWDIO / SWCLK | PA19 / PA20 | 调试 |
| ROSC | PA2 | 100 kΩ，FCL 用（**不可作 GPIO**） |
| BSL_INV | PA18 | 常态须为低（10 kΩ 下拉） |

---

## 4. 构建

### 4.1 依赖

| 组件 | 版本 | 说明 |
|---|---|---|
| MSPM0 SDK | 2.03.00.07 | 提供 driverlib 与启动文件 |
| TI ARM Clang | 5.1.1.LTS | `tiarmclang` / `tiarmobjcopy` |
| SysConfig | —— | 构建**不需要**（生成物已入库） |
| Python 3 | ≥ 3.8 | 仅打包工具使用 |

路径通过环境变量或 make 变量覆盖：

```bash
export MSPM0_SDK_INSTALL_DIR=/path/to/mspm0_sdk_2_03_00_07
export TICLANG_ARMCOMPILER=/path/to/ti-cgt-armllvm_5.1.1.LTS
```

### 4.2 构建

```bash
cd code
make -f build/ticlang/makefile
```

产物：`build/ticlang/icmm0.out`（+ `.map` / `.hex` / `.bin`）

> **改动头文件或配置宏后请加 `-B` 全量重建。**

### 4.3 为什么 `ti_msp_dl_config` 是改造版

在 SysConfig 1.28.1 + SDK 2.03 下，SPI 模块无法生成 driverlib 代码，且 SPI0 会强制占用 PA3（与 GPIO 片选冲突）。因此本工程以 SysConfig 生成物为骨架，改造出 `ti_msp_dl_config.c/h`：PINCM 编号与 PF 功能值取自器件头文件并逐项核对；SPI 片选从外设 CS 改为 GPIO 软件控制。

| 引脚 | PINCM | 功能 |
|---|---|---|
| PA0 / PA1 | 1 / 2 | `I2C0_SDA` / `I2C0_SCL` |
| PA3 / PA4 / PA5 / PA6 | 8 / 9 / 10 / 11 | `SPI0_CS1_POCI1` / `POCI` / `PICO` / `SCLK` |
| PA8 | 19 | GPIO（LED） |
| PA10 / PA11 | 21 / 22 | `UART0_TX` / `UART0_RX` |

### 4.4 型号 ID

VERSION 寄存器（`0x2E`）默认回本产品自定义值 `0x0001`（单轴）/ `0x0002`（六轴），定义在 `cfg/project_config.h`。联调时可用 `-DICMM0_MODEL_ID_AX1=...` / `-DICMM0_MODEL_ID_AX6=...` 覆盖。

---

## 5. IAP 与固件升级

### 5.1 Flash 分区

```
0x0000_0000 ┌──────────────────────┐
            │ IAP 引导程序 12 KB   │  本工程 iap/ 独立编译
0x0000_3000 ├──────────────────────┤
            │ 包头区 4 KB          │  128 B 包头 + 填充
0x0000_4000 ├──────────────────────┤
            │ App 64 KB            │  应用固件
0x0001_4000 ├──────────────────────┤
            │ 参数区 48 KB         │  升级不触碰
0x0002_0000 └──────────────────────┘
```

### 5.2 构建 IAP

```bash
make -f build/ticlang/makefile.iap
```

### 5.3 打包与升级

```bash
# 打包：裸 bin → 升级文件
python tools/icmm0_pack.py pack --in build/ticlang/icmm0.bin \
       --out build/dist/icmm0_v1.0.0.bin --ver 1.0.0

# 查看包头
python tools/icmm0_pack.py info --in build/dist/icmm0_v1.0.0.bin
```

升级串口协议（明文，115200 8N1）：

| 步骤 | 主机发送 | IAP 回应 |
|---|---|---|
| 查版本 | `check_vision`（12 B） | `IAP_vision_1.0.0` |
| 请求升级 | `updata_prepare`（14 B，命令字如此） | `Updata_prepare_finish` |
| 灌数据 | 4 KB 头块（128 B 包头 + 3968 B 填充）+ 固件流 | 无回应 |
| 完成 | — | `Updata_Success` / `Updata_Fail` |

> 回应字符串按 `sizeof` 发送，**含末尾 `\0`**（如 `IAP_vision_1.0.0` 实发 16 字节）。
>
> **发送端必须控速：每块 ≤64 B，块间 ≥8 ms。**
> 本板 UART RX FIFO 仅 4 字节，且写 Flash 期间不轮询接收；块越大丢得越多——
> 实测 **256 B / 10 ms 会稳定丢 9 字节**，导致累加和校验失败（`Updata_Fail`）。
> IAP 侧已把单次写入限制为 `IAP_WRITE_CHUNK`（64 B，见 `iap_config.h`），
> 但发送端仍须按上述参数，否则 19704 B 的镜像仍会出错。
> 按 64 B / 8 ms 实测：19704 B 用时约 2.7 s，校验一次通过。

### 5.4 App 侧进入 IAP

主机发送 `A5 5A 01` → App 写 RAM 标志 `0xAA96BB97` 到 `0x2020_0000` → 软复位 → IAP 驻留升级模式。

---

## 6. 运行时结构

```
中断层（只搬运/置标志）
  SysTick 1ms → 分频出采样节拍
  UART RX → rx_ring；UART TX → tx_ring（入队即启动）
  I²C 从机（START/STOP/阈值中断 + 主循环按 TREQ 补 FIFO，FIFO 空时硬件延展 SCL）

主循环
  采样节拍 → 读 IMU → 安装映射 → 扣零偏 → 融合 → 欧拉角 → 快照
           → 按 RSW/RATE 分频输出
  轮询下行指令（含 0x27 读寄存器回包）
  I²C 从机轮询（搬 RX、TREQ 时补 TX）
  处理 save/restart/factory/calib/yawzero/baud 标志
```

**关键设计**：
- 采样与输出解耦：改 RATE 不影响融合
- TX 入队即发（含 kick），控制回复不受节拍约束
- 丢拍检测：节拍间隔 > 1 时按倍率补偿 dt（应对 Flash 写入）

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## 7. 参数与标定

- 参数区 A/B 双份 + CRC32 + 版本校验；版本不符或双份皆坏时恢复出厂值。
- 单轴零偏：开机种子来自 `GYROBAIS`，运行期由静止窗估计器持续维护并回写。
- 静止检测、零偏估计、积分与角度归一化的门限集中在 `cfg/project_config.h`，可按器件与安装方式重新标定。

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## 8. 已知限制

| 项 | 说明 |
|---|---|
| XV70xx 量程 | 本板实测片型额定 ±400 °/s（70 LSB/(°/s)）；超限即削顶，软件不可恢复 |
| 静止零偏 | 受温度与器件个体差异影响，长时间静置仍有缓慢漂移 |
| IAP 完整性 | 明文传输 + 32 位回绕累加和，无签名、无版本防护，可刷任意固件 |
| 六轴标度 | 陀螺分母 28571 为标称值，精密应用需转台标定 |
| 温补 | 未实现，需高低温箱标定 |

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## 9. 构建依赖与商标

- 构建依赖 TI MSPM0 SDK 与 TI ARM Clang，按 TI 的许可条款使用。
- 文中出现的器件型号（MSPM0G3507、XV70xx、LSM6DSO）仅用于说明硬件兼容性，
  相关商标归各自权利人。
- 本产品与上述器件厂商无隶属、授权或认证关系。

## 10. 许可证

MIT。见 `LICENSE` 与 `NOTICE`；`build/ticlang/` 下三个 TI 文件为 BSD-3-Clause。