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.10–FIFO 水位中断与六轴数据读取)

概述

本章介绍如何使用 STM32C542CCT6 驱动六轴传感器，通过 FIFO 水位中断实现三轴加速度和三轴角速度数据的批量读取。六轴传感器内置 FIFO，可缓存加速度计和陀螺仪数据；当 FIFO 中未读记录达到设定水位阈值时，传感器通过 INT1 产生中断通知 STM32。主循环收到中断后，读取 FIFO 状态和未读记录数量，检查是否发生溢出，再逐条读取 FIFO 记录，根据 TAG 区分加速度和角速度数据，完成单位换算、累加和平均值输出。
需要样片的可以加qun申请：925643491 / 615061293 。

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硬件准备

首先需要准备一个开发板，这里我准备的是自己绘制的开发板，需要的可以进行申请。
主控为STM32C542CCT6，陀螺仪为ISM330DHCX，磁力计为LIS2MDL。

参考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/STM32C542_ISM330DHCX_LIS2MDL
https://gitee.com/CoreMaker/STM32C542_ISM330DHCX_LIS2MDL

串口配置

查看原理图，PA9和PA10设置为开发板的串口。

选择 Connectivity → USART1，设置为 Async 异步模式，波特率 115200、8 位数据、无校验、1 位停止位，启用收发模式。
串口的TX、RX 分别选择 PA9、PA10，均设置为复用模式（Alternate）、无上下拉、推挽输出，速度选择 Low。

IIC配置

STM32C542CCT6通过扩展接口与传感器模块连接，其中PB6作为I²C时钟线SCL，PB7作为I²C数据线SDA

首先在 STM32CubeMX2 中进入 Peripherals 外设配置页面，在 Connectivity 分类中选择 I2C1，并将 I2C1 外设使能。
如图所示，本实验的 I2C1 配置步骤如下：

1. 点击左侧 Peripherals 外设配置入口
2. 在 Connectivity 分类中选择 I2C1
3. 将 I2C1 Mode 设置为 I2C，并确认 I2C1 显示为 Active
4. Speed frequency 设置为 Fast mode - 400 kHz
5. 确认 I2C1 的 GPIO 引脚映射，SCL 为 PB6，SDA 为 PB7
   

CS和SA0设置

确认I2C 模式选择和地址选择：
CS 需要处于 I2C 模式对应电平
SA0 需要固定为高电平或低电平
将 PA1 和 PB2 配置为普通 GPIO。

在 Pinout 页面，将 PA1、PB2 设置为 GPIO → Configured，分别用于 SA0（I²C 地址选择）和 CS（通信接口选择）。
进入 System → GPIO，将 PA1、PB2 设置为推挽输出、无上下拉、低速，由程序控制输出电平。

板载 LIS2MDL 的 CS 引脚连接 PA6。在 Pinout 页面，将 PA6 设置为 GPIO → Configured。

进入 System → GPIO，将 PA6 命名为 CS2，设置为推挽输出、无上下拉、低速，由程序控制输出电平。

INT设置

IMU 的 INT1（Pin4）连接 STM32C542 的 PB0，用于接收陀螺仪数据就绪中断。

将 PB0 配置为输入、无上下拉，开启 EXTI0，选择下降沿触发（Falling edge），使能中断及 IRQ Handler 生成。

生成项目

1. 修改配置后，左下角会提示 Click to save，需要先保存当前工程配置
2. 点击左侧 Project settings，进入工程生成设置页面
3. 在 IDE Project Generation 中选择工程格式和工具链，本例选择 CMake + GCC，然后点击 Generate IDE project 生成工程
   

导入STM32CubeIDE

打开 STM32CubeIDE，选择 File → Import，导入 STM32CubeMX2 生成的 CMake 工程。
展开 Import STM32 Project，选择 STM32 CMake Project，点击 Next，进入工程路径选择页面。

1. Project name：填写导入到 STM32CubeIDE 中显示的工程名称
2. Source directory：选择 STM32CubeMX2 生成的 CMake 工程目录
3. 点击 Next，继续完成工程导入

1. Toolchain：选择 MCU ARM GCC，表示使用 ARM GCC 工具链进行编译
2. MCU：确认芯片型号为 STM32C542CCTx，与前面 STM32CubeMX2 中选择的 MCU 保持一致
3. CPU/Core：确认内核为 Cortex-M33，Core 为 0
4. 点击 Finish，完成 CMake 工程导入
   

设置工程编码

在 Project Explorer 中选中工程，点击 Project → Properties。
选择 Resource，将 Text file encoding 设置为 Other → GBK，点击 Apply and Close 保存。

串口 printf 重定向

在 main.c 中添加以下头文件，并在 main() 前实现 _write()，将 printf() 输出重定向到 USART1，用于打印 MEMS 数据和调试信息。

#include"mx_usart1.h"#include<stdio.h>#include<string.h>int_write(intfile,char*ptr,intlen){hal_uart_handle_t*huart1=mx_usart1_uart_gethandle();if(huart1!=NULL){HAL_UART_Transmit(huart1,ptr,len,1000);}returnlen;}

参考程序

https://github.com/CoreMaker-lab/STM32C542_ISM330DHCX_LIS2MDL
添加对应驱动程序。

CMake设置

在 CMakeLists.txt 中，将 .c 加入编译，并添加 -u _printf_float，启用 printf() 浮点输出支持。

target_sources(${CMAKE_PROJECT_NAME}PRIVATE ism330dhcx_reg.c)target_link_options(${CMAKE_PROJECT_NAME}PUBLIC-u _printf_float)

驱动接口与中断回调配置

在 main.c 中引入 .h，并定义启动等待时间 BOOT_TIME 为 10 ms、读取ID。变量 whoamI 用于保存读取到的设备 ID，dev_ctx 用于绑定底层通信接口，thread_wake 用于标记中断事件。
声明 platform_write()、platform_read() 和 platform_delay()，分别实现寄存器写入、读取及延时。同时，通过 _write() 将 printf() 重定向至 USART1，方便输出检测结果。
在外部中断回调 HAL_EXTI_TriggerCallback() 中，判断中断是否来自 GPIO EXTI0，若匹配则将 thread_wake 置为 1。主循环随后读取传感器状态，判断是否发生事件。回调中仅设置标志位，寄存器读取和串口输出均在主循环中完成。

#include"ism330dhcx_reg.h"#defineBOOT_TIME10U#defineBOARD_EXPECTED_IDISM330DHCX_ID#defineFIFO_WATERMARK128Ustaticstmdev_ctx_tdev_ctx;staticvolatileuint8_tthread_wake=0;staticint32_tplatform_write(void*handle,uint8_treg,constuint8_t*bufp,uint16_tlen);staticint32_tplatform_read(void*handle,uint8_treg,uint8_t*bufp,uint16_tlen);staticvoidplatform_delay(uint32_tms);/** * @brief EXTI trigger callback */voidHAL_EXTI_TriggerCallback(hal_exti_handle_t*hexti,hal_exti_trigger_ttrigger){(void)trigger;if(HAL_EXTI_GetInstance(hexti)==HAL_EXTI_GPIO_0){thread_wake=1;}}

传感器接口初始化与设备检查

系统初始化完成后，设置 CS1、CS2 为高电平，SA0 为低电平，并将寄存器读写函数、延时函数及 I²C1 句柄绑定到 dev_ctx，建立传感器通信接口。
等待 10 ms 后，读取并通过串口打印设备 ID。当 ID 不匹配 时，程序停止运行；检查通过后，执行软件复位并再次等待 10 ms，随后使能 BDU（块数据更新），为后续检测配置做好准备。

printf("HELLO\r\n");HAL_GPIO_WritePin(CS1_PORT,CS1_PIN,HAL_GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(SA0_PORT,SA0_PIN,HAL_GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(CS2_PORT,CS2_PIN,HAL_GPIO_PIN_SET);uint8_twhoamI=0;ism330dhcx_pin_int1_route_tpin_int={0};/* Initialize driver interface. */dev_ctx.write_reg=platform_write;dev_ctx.read_reg=platform_read;dev_ctx.mdelay=platform_delay;dev_ctx.handle=mx_i2c1_i2c_gethandle();platform_delay(BOOT_TIME);/* Check device ID. */ism330dhcx_device_id_get(&dev_ctx,&whoamI);printf("ISM330DHCX_ID=0x%x,id=0x%x\r\n",(unsignedint)BOARD_EXPECTED_ID,(unsignedint)whoamI);if(whoamI!=BOARD_EXPECTED_ID)while(1);/* Reset device. */ism330dhcx_reset_set(&dev_ctx,PROPERTY_ENABLE);platform_delay(BOOT_TIME);/* Enable Block Data Update. */ism330dhcx_block_data_update_set(&dev_ctx,PROPERTY_ENABLE);

配置中断引脚的输出方式

根据数据手册，CTRL3_C 寄存器中的 PP_OD 和 H_LACTIVE 用于设置中断引脚的输出类型和有效电平。
代码先读取寄存器，修改这两个位后再写回，保留其他配置。配置完成后，INT1 在中断有效时拉低，未触发时通过上拉保持高电平。因此，MCU 对应引脚需要配置上拉，并采用下降沿触发 EXTI。

/* INT1: open-drain + active low. */ism330dhcx_pin_mode_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_OPEN_DRAIN);ism330dhcx_pin_polarity_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_ACTIVE_LOW);

设置加速度计与陀螺仪量程

将 Low-G 加速度计量程设置为 ±2 g，陀螺仪量程设置为 ±2000 dps。

/* Set full scales before starting the sensors. */ism330dhcx_xl_full_scale_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_2g);ism330dhcx_gy_full_scale_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_2000dps);

配置加速度计与陀螺仪低通滤波器

分别开启陀螺仪的 LPF1 低通滤波器和加速度计的 LPF2 低通滤波器，用于抑制高频变化，使输出数据更加平滑。

/* Configure accelerometer and gyroscope low-pass filters. */ism330dhcx_gy_filter_lp1_set(&dev_ctx,PROPERTY_ENABLE);ism330dhcx_xl_filter_lp2_set(&dev_ctx,PROPERTY_ENABLE);

清空 FIFO 并设置水位阈值

这段代码先将 FIFO 设置为 Bypass 旁路模式，清空已有缓存，再设置 FIFO 水位阈值，为后续采集建立确定的初始状态。
FIFO 工作模式由 FIFO_CTRL4（0Ah）中的 FIFO_MODE 字段控制，水位阈值由 FIFO_CTRL1（07h）中的 WTM 字段控制。
本例 FIFO_WATERMARK 设置为 128，表示 FIFO 中未读取的数据达到 128 条记录时，水位条件成立。每条记录包含一个数据类型标签 TAG 和 6 字节数据，可以是一组三轴加速度，也可以是一组三轴角速度。

/* Bypass clears FIFO. Watermark counts TAG + 6-byte records, * not pairs of accelerometer and gyroscope samples. */ism330dhcx_fifo_mode_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_BYPASS_MODE);ism330dhcx_fifo_watermark_set(&dev_ctx,FIFO_WATERMARK);

配置 FIFO 数据入队速率

这段代码设置 Low-G 加速度计和陀螺仪的数据以 各 52 Hz 的速率写入 FIFO。
这里设置的是 FIFO 入队速率，传感器本身的输出数据率还需要通过后面的启动代码单独配置。为了持续提供数据，传感器输出数据率应不低于所选入队速率。

/* Batch accelerometer and gyroscope at 52 Hz each. */ism330dhcx_fifo_xl_batch_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_XL_BATCHED_AT_52Hz);ism330dhcx_fifo_gy_batch_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_GY_BATCHED_AT_52Hz);

将 FIFO 水位中断路由到 INT1

驱动通过配置 INT1_CTRL（0Dh）寄存器中的 INT1_FIFO_TH 位，使 FIFO 达到水位阈值时能够通知 MCU。FIFO 水位中断由缓存中的数据数量决定，不需要使用前面运动事件章节中的基本中断锁存配置。仅仅读取 FIFO 状态寄存器不会解除水位条件，需要取出数据，使未读取记录数降到水位阈值以下，INT1 才能恢复非有效状态。

/* Route FIFO watermark to INT1. */pin_int.int1_ctrl.int1_fifo_th=PROPERTY_ENABLE;ism330dhcx_pin_int1_route_set(&dev_ctx,&pin_int);

开启 FIFO 连续模式

这段代码将 FIFO 设置为 Stream 连续模式，对应 FIFO_CTRL4 寄存器中 FIFO_MODE 字段的连续模式配置。
在该模式下，新产生的数据持续写入 FIFO。达到水位阈值后，FIFO 仍然继续接收数据，MCU 可以在收到中断后批量读取。
如果 MCU 没有及时读取，导致 FIFO 空间耗尽，新的数据会覆盖最早的未读取数据，并产生溢出标志。因此，主循环需要及时处理水位中断，并检查是否发生溢出。

/* Continuous FIFO: oldest unread data is overwritten when full. */ism330dhcx_fifo_mode_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_STREAM_MODE);

启动加速度计与陀螺仪

完成量程、滤波器、FIFO 和中断配置后，这段代码启动 Low-G 加速度计和陀螺仪，将两者都设置为 52 Hz 输出数据率、高性能模式。

/* Start accelerometer and gyroscope at 52 Hz. */ism330dhcx_xl_power_mode_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_HIGH_PERFORMANCE_MD);ism330dhcx_xl_data_rate_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_XL_ODR_52Hz);ism330dhcx_gy_power_mode_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_GY_HIGH_PERFORMANCE);ism330dhcx_gy_data_rate_set(&dev_ctx,ISM330DHCX_GY_ODR_52Hz);

主循环

主循环检测到 thread_wake 置位后，读取 FIFO 状态和未读记录数量，并检查是否发生溢出。随后逐条读取数据，根据 TAG 区分加速度和角速度，完成单位换算与累加，最后通过串口输出本批次的样本数量和三轴平均值。

while(1){if(thread_wake){ism330dhcx_fifo_status2_tstatus={0};floatxl_sum[3]={0};floatgy_sum[3]={0};uint16_txl_count=0;uint16_tgy_count=0;uint16_tnum;thread_wake=0;/* Reading status alone does not clear a watermark condition. */if(ism330dhcx_fifo_status_get(&dev_ctx,&status)!=0){thread_wake=1;platform_delay(100);continue;}if(status.fifo_ovr_ia)printf("FIFO overrun: samples lost\r\n");if(ism330dhcx_fifo_data_level_get(&dev_ctx,&num)!=0){thread_wake=1;platform_delay(100);continue;}/* Read the records already present in this FIFO snapshot. */while(num>0){ism330dhcx_fifo_tag_ttag=0;uint8_traw6[6];int16_traw[3];if((ism330dhcx_fifo_sensor_tag_get(&dev_ctx,&tag)!=0)||(ism330dhcx_fifo_out_raw_get(&dev_ctx,raw6)!=0)){thread_wake=1;platform_delay(100);break;}num--;/* Decode little-endian axes without unaligned pointers. */raw[0]=(int16_t)((uint16_t)raw6[0]|((uint16_t)raw6[1]<<8));raw[1]=(int16_t)((uint16_t)raw6[2]|((uint16_t)raw6[3]<<8));raw[2]=(int16_t)((uint16_t)raw6[4]|((uint16_t)raw6[5]<<8));switch(tag){caseISM330DHCX_XL_NC_TAG:xl_sum[0]+=ism330dhcx_from_fs2g_to_mg(raw[0]);xl_sum[1]+=ism330dhcx_from_fs2g_to_mg(raw[1]);xl_sum[2]+=ism330dhcx_from_fs2g_to_mg(raw[2]);xl_count++;break;caseISM330DHCX_GYRO_NC_TAG:gy_sum[0]+=ism330dhcx_from_fs2000dps_to_mdps(raw[0]);gy_sum[1]+=ism330dhcx_from_fs2000dps_to_mdps(raw[1]);gy_sum[2]+=ism330dhcx_from_fs2000dps_to_mdps(raw[2]);gy_count++;break;default:break;}}/* Print only after reading the batch to limit UART overhead. * These are batch averages, not individual FIFO samples. */if(xl_count>0){printf("XL avg (%u) [mg]: %.2f, %.2f, %.2f\r\n",(unsignedint)xl_count,(double)(xl_sum[0]/xl_count),(double)(xl_sum[1]/xl_count),(double)(xl_sum[2]/xl_count));}if(gy_count>0){printf("GY avg (%u) [mdps]: %.2f, %.2f, %.2f\r\n\r\n",(unsignedint)gy_count,(double)(gy_sum[0]/gy_count),(double)(gy_sum[1]/gy_count),(double)(gy_sum[2]/gy_count));}/* New samples arrived during reads/printing. If still above * watermark, keep servicing: INT1 may remain active low and * no additional falling edge would be generated. */if(ism330dhcx_fifo_status_get(&dev_ctx,&status)!=0){thread_wake=1;platform_delay(100);}elseif(status.fifo_wtm_ia){thread_wake=1;}}}

演示

程序运行后，FIFO 达到 128 条记录时触发中断，主循环批量读取加速度和角速度数据，并输出各自的样本数量及三轴平均值。