git.gag.com Git - fw/altos/blob - src/kernel/ao_data.h

   1 /*
   2  * Copyright © 2012 Keith Packard <keithp@keithp.com>
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   7  * (at your option) any later version.
   8  *
   9  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  10  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  12  * General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  15  * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  16  * 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA.
  17  */
  18
  19 #ifndef _AO_DATA_H_
  20 #define _AO_DATA_H_
  21
  22 #define GRAVITY 9.80665
  23
  24 #if HAS_ADC
  25 #define AO_DATA_ADC     (1 << 0)
  26 #else
  27 #define AO_DATA_ADC     0
  28 #endif
  29
  30 #if HAS_MS5607
  31 #include <ao_ms5607.h>
  32 #define AO_DATA_MS5607  (1 << 1)
  33 #else
  34 #define AO_DATA_MS5607  0
  35 #endif
  36
  37 #if HAS_MPU6000
  38 #include <ao_mpu6000.h>
  39 #define AO_DATA_MPU6000 (1 << 2)
  40 #else
  41 #define AO_DATA_MPU6000 0
  42 #endif
  43
  44 #if HAS_MPU9250
  45 #include <ao_mpu9250.h>
  46 #define AO_DATA_MPU9250 (1 << 2)
  47 #else
  48 #define AO_DATA_MPU9250 0
  49 #endif
  50
  51 #if HAS_HMC5883
  52 #include <ao_hmc5883.h>
  53 #define AO_DATA_HMC5883 (1 << 3)
  54 #else
  55 #define AO_DATA_HMC5883 0
  56 #endif
  57
  58 #if HAS_MMA655X
  59 #include <ao_mma655x.h>
  60 #define AO_DATA_MMA655X (1 << 4)
  61 #else
  62 #define AO_DATA_MMA655X 0
  63 #endif
  64
  65 #if HAS_ADXL375
  66 #include <ao_adxl375.h>
  67 #define AO_DATA_ADXL375 (1 << 4)
  68 #else
  69 #define AO_DATA_ADXL375 0
  70 #endif
  71
  72 #if HAS_MAX6691
  73 #include <ao_max6691.h>
  74 #define AO_DATA_MAX6691 (1 << 4)
  75 #else
  76 #define AO_DATA_MAX6691 0
  77 #endif
  78
  79 #if HAS_BMX160
  80 #include <ao_bmx160.h>
  81 #define AO_DATA_BMX160  (1 << 2)
  82 #else
  83 #define AO_DATA_BMX160  0
  84 #endif
  85
  86 #ifndef HAS_SENSOR_ERRORS
  87 #if HAS_IMU || HAS_MMA655X || HAS_MS5607 || HAS_MS5611
  88 #define HAS_SENSOR_ERRORS       1
  89 #endif
  90 #endif
  91
  92 #if HAS_SENSOR_ERRORS
  93 extern uint8_t                  ao_sensor_errors;
  94 #endif
  95
  96 #ifdef AO_DATA_RING
  97
  98 #define AO_DATA_ALL     (AO_DATA_ADC|AO_DATA_MS5607|AO_DATA_MPU6000|AO_DATA_HMC5883|AO_DATA_MMA655X|AO_DATA_MPU9250|AO_DATA_ADXL375|AO_DATA_BMX160)
  99
 100 struct ao_data {
 101         uint16_t                        tick;
 102 #if HAS_ADC
 103         struct ao_adc                   adc;
 104 #endif
 105 #if HAS_MS5607
 106         struct ao_ms5607_sample         ms5607_raw;
 107         struct ao_ms5607_value          ms5607_cooked;
 108 #endif
 109 #if HAS_MPU6000
 110         struct ao_mpu6000_sample        mpu6000;
 111 #if !HAS_MMA655X
 112         int16_t                         z_accel;
 113 #endif
 114 #endif
 115 #if HAS_MPU9250
 116         struct ao_mpu9250_sample        mpu9250;
 117 #if !HAS_MMA655X
 118         int16_t                         z_accel;
 119 #endif
 120 #endif
 121 #if HAS_HMC5883
 122         struct ao_hmc5883_sample        hmc5883;
 123 #endif
 124 #if HAS_MMA655X
 125         uint16_t                        mma655x;
 126 #endif
 127 #if HAS_ADXL375
 128         struct ao_adxl375_sample        adxl375;
 129 #endif
 130 #if HAS_MAX6691
 131         struct ao_max6691_sample        max6691;
 132 #endif
 133 #if HAS_ADS131A0X
 134         struct ao_ads131a0x_sample      ads131a0x;
 135 #endif
 136 #if HAS_BMX160
 137         struct ao_bmx160_sample         bmx160;
 138 #if !HAS_ADXL375
 139         int16_t z_accel;
 140 #endif
 141 #endif
 142 };
 143
 144 #define ao_data_ring_next(n)    (((n) + 1) & (AO_DATA_RING - 1))
 145 #define ao_data_ring_prev(n)    (((n) - 1) & (AO_DATA_RING - 1))
 146
 147 /* Get a copy of the last complete sample set */
 148 void
 149 ao_data_get(struct ao_data *packet);
 150
 151 extern volatile struct ao_data  ao_data_ring[AO_DATA_RING];
 152 extern volatile uint8_t         ao_data_head;
 153 extern volatile uint8_t         ao_data_present;
 154 extern volatile uint8_t         ao_data_count;
 155
 156 /*
 157  * Mark a section of data as ready, check for data complete
 158  */
 159 #define AO_DATA_PRESENT(bit)    (ao_data_present |= (bit))
 160
 161 /*
 162  * Mark sensor failed, and unblock the sample collection code by
 163  * marking the data as present
 164  */
 165 #define AO_SENSOR_ERROR(bit)    (ao_data_present |= (ao_sensor_errors |= (bit)))
 166
 167 /*
 168  * Wait until it is time to write a sensor sample; this is
 169  * signaled by the timer tick
 170  */
 171 #define AO_DATA_WAIT()          ao_sleep((void *) &ao_data_count)
 172
 173 #endif /* AO_DATA_RING */
 174
 175 #if !HAS_BARO && HAS_MS5607
 176
 177 /* Either an MS5607 or an MS5611 hooked to a SPI port
 178  */
 179
 180 #define HAS_BARO        1
 181
 182 typedef int32_t pres_t;
 183
 184 #define AO_ALT_TYPE     int32_t
 185
 186 typedef AO_ALT_TYPE     alt_t;
 187
 188 #define ao_data_pres_cook(packet)       ao_ms5607_convert(&packet->ms5607_raw, &packet->ms5607_cooked)
 189
 190 #define ao_data_pres(packet)    ((packet)->ms5607_cooked.pres)
 191 #define ao_data_temp(packet)    ((packet)->ms5607_cooked.temp)
 192
 193 #define pres_to_altitude(p)     ao_pa_to_altitude(p)
 194
 195 #endif
 196
 197 /*
 198  * Need a few macros to pull data from the sensors:
 199  *
 200  * ao_data_accel_raw    - pull raw sensor
 201  * ao_data_accel_invert - flip rocket ends for positive acceleration
 202  */
 203
 204 #if HAS_ACCEL
 205
 206 /* This section is for an analog accelerometer hooked to one of the ADC pins. As
 207  * those are 5V parts, this also requires that the 5V supply be hooked to to anothe ADC
 208  * pin so that the both can be measured to correct for changes between the 3.3V and 5V rails
 209  */
 210
 211 typedef int16_t accel_t;
 212 #define ao_data_accel_raw(packet)               ((packet)->adc.accel)
 213 #define ao_data_accel_invert(a)                 (0x7fff -(a))
 214
 215 /*
 216  * Ok, the math here is a bit tricky.
 217  *
 218  * ao_sample_accel:  ADC output for acceleration
 219  * ao_accel_ref:  ADC output for the 5V reference.
 220  * ao_cook_accel: Corrected acceleration value
 221  * Vcc:           3.3V supply to the CC1111
 222  * Vac:           5V supply to the accelerometer
 223  * accel:         input voltage to accelerometer ADC pin
 224  * ref:           input voltage to 5V reference ADC pin
 225  *
 226  *
 227  * Measured acceleration is ratiometric to Vcc:
 228  *
 229  *     ao_sample_accel   accel
 230  *     ------------ = -----
 231  *        32767        Vcc
 232  *
 233  * Measured 5v reference is also ratiometric to Vcc:
 234  *
 235  *     ao_accel_ref    ref
 236  *     ------------ = -----
 237  *        32767        Vcc
 238  *
 239  *
 240  *      ao_accel_ref = 32767 * (ref / Vcc)
 241  *
 242  * Acceleration is measured ratiometric to the 5V supply,
 243  * so what we want is:
 244  *
 245  *      ao_cook_accel    accel
 246  *      ------------- =  -----
 247  *          32767         ref
 248  *
 249  *
 250  *                      accel    Vcc
 251  *                    = ----- *  ---
 252  *                       Vcc     ref
 253  *
 254  *                      ao_sample_accel       32767
 255  *                    = ------------ *  ------------
 256  *                         32767        ao_accel_ref
 257  *
 258  * Multiply through by 32767:
 259  *
 260  *                      ao_sample_accel * 32767
 261  *      ao_cook_accel = --------------------
 262  *                          ao_accel_ref
 263  *
 264  * Now, the tricky part. Getting this to compile efficiently
 265  * and keeping all of the values in-range.
 266  *
 267  * First off, we need to use a shift of 16 instead of * 32767 as SDCC
 268  * does the obvious optimizations for byte-granularity shifts:
 269  *
 270  *      ao_cook_accel = (ao_sample_accel << 16) / ao_accel_ref
 271  *
 272  * Next, lets check our input ranges:
 273  *
 274  *      0 <= ao_sample_accel <= 0x7fff          (singled ended ADC conversion)
 275  *      0x7000 <= ao_accel_ref <= 0x7fff        (the 5V ref value is close to 0x7fff)
 276  *
 277  * Plugging in our input ranges, we get an output range of 0 - 0x12490,
 278  * which is 17 bits. That won't work. If we take the accel ref and shift
 279  * by a bit, we'll change its range:
 280  *
 281  *      0xe000 <= ao_accel_ref<<1 <= 0xfffe
 282  *
 283  *      ao_cook_accel = (ao_sample_accel << 16) / (ao_accel_ref << 1)
 284  *
 285  * Now the output range is 0 - 0x9248, which nicely fits in 16 bits. It
 286  * is, however, one bit too large for our signed computations. So, we
 287  * take the result and shift that by a bit:
 288  *
 289  *      ao_cook_accel = ((ao_sample_accel << 16) / (ao_accel_ref << 1)) >> 1
 290  *
 291  * This finally creates an output range of 0 - 0x4924. As the ADC only
 292  * provides 11 bits of data, we haven't actually lost any precision,
 293  * just dropped a bit of noise off the low end.
 294  */
 295
 296 #if HAS_ACCEL_REF
 297
 298 #define ao_data_accel_raw(packet) \
 299         ((uint16_t) ((((uint32_t) (packet)->adc.accel << 16) / ((packet)->adc.accel_ref << 1))) >> 1)
 300
 301 #else
 302
 303 #define ao_data_accel_raw(packet) ((packet)->adc.accel)
 304
 305 #endif /* HAS_ACCEL_REF */
 306
 307 #endif  /* HAS_ACCEL */
 308
 309 #if !HAS_ACCEL && HAS_MMA655X
 310
 311 #define HAS_ACCEL       1
 312
 313 typedef int16_t accel_t;
 314
 315 /* MMA655X is hooked up so that positive values represent negative acceleration */
 316
 317 #define AO_ACCEL_INVERT         4095
 318
 319 #ifndef AO_MMA655X_INVERT
 320 #error AO_MMA655X_INVERT not defined
 321 #endif
 322
 323 #if AO_MMA655X_INVERT
 324 #define ao_data_accel_raw(packet)               (AO_ACCEL_INVERT - (packet)->mma655x)
 325 #else
 326 #define ao_data_accel_raw(packet)               ((packet)->mma655x)
 327 #endif
 328 #define ao_data_accel_invert(accel)             (AO_ACCEL_INVERT - (accel))
 329
 330 #endif
 331
 332 #if !HAS_ACCEL && HAS_ADXL375
 333
 334 #define HAS_ACCEL       1
 335
 336 typedef int16_t accel_t;
 337
 338 #ifndef AO_ADXL375_INVERT
 339 #error AO_ADXL375_INVERT not defined
 340 #endif
 341
 342 #if AO_ADXL375_INVERT
 343 #define ao_data_accel_raw(packet)               (-(packet)->adxl375.AO_ADXL375_AXIS)
 344 #else
 345 #define ao_data_accel_raw(packet)               ((packet)->adxl375.AO_ADXL375_AXIS)
 346 #endif
 347 #define ao_data_accel_invert(accel)             (-(accel))
 348
 349 #if USE_ADXL375_IMU
 350 #define ao_data_along(packet)                   ((packet)->adxl375.AO_ADXL375_AXIS)
 351 #define ao_data_across(packet)                  ((packet)->adxl375.AO_ADXL375_ACROSS_AXIS)
 352 #define ao_data_through(packet)                 ((packet)->adxl375.z)
 353 #define ao_data_accel_to_sample(accel)          ao_adxl375_accel_to_sample(accel)
 354 #endif
 355
 356 #endif /* HAS_ADXL375 */
 357
 358 #if !HAS_ACCEL && HAS_MPU6000
 359
 360 #define HAS_ACCEL       1
 361
 362 typedef int16_t accel_t;
 363
 364 /* MPU6000 is hooked up so that positive y is positive acceleration */
 365 #define ao_data_accel_raw(packet)               (-(packet)->mpu6000.accel_y)
 366 #define ao_data_accel_invert(a)                 (-(a))
 367
 368 #endif
 369
 370 #if !HAS_GYRO && HAS_MPU6000
 371
 372 #define HAS_GYRO        1
 373
 374 typedef int16_t gyro_t;         /* in raw sample units */
 375 typedef int16_t angle_t;        /* in degrees */
 376
 377 /* Y axis is aligned with the direction of motion (along) */
 378 /* X axis is aligned in the other board axis (across) */
 379 /* Z axis is aligned perpendicular to the board (through) */
 380
 381 #define ao_data_along(packet)   ((packet)->mpu6000.accel_y)
 382 #define ao_data_across(packet)  ((packet)->mpu6000.accel_x)
 383 #define ao_data_through(packet) ((packet)->mpu6000.accel_z)
 384
 385 #define ao_data_roll(packet)    ((packet)->mpu6000.gyro_y)
 386 #define ao_data_pitch(packet)   ((packet)->mpu6000.gyro_x)
 387 #define ao_data_yaw(packet)     ((packet)->mpu6000.gyro_z)
 388
 389 static inline float ao_convert_gyro(float sensor)
 390 {
 391         return ao_mpu6000_gyro(sensor);
 392 }
 393
 394 static inline float ao_convert_accel(int16_t sensor)
 395 {
 396         return ao_mpu6000_accel(sensor);
 397 }
 398
 399 #endif
 400
 401 #if !HAS_ACCEL && HAS_MPU9250
 402
 403 #define HAS_ACCEL       1
 404
 405 typedef int16_t accel_t;
 406
 407 /* MPU9250 is hooked up so that positive y is positive acceleration */
 408 #define ao_data_accel_raw(packet)               (-(packet)->mpu9250.accel_y)
 409 #define ao_data_accel_invert(a)                 (-(a))
 410
 411 #endif
 412
 413 #if !HAS_GYRO && HAS_MPU9250
 414
 415 #define HAS_GYRO        1
 416
 417 typedef int16_t gyro_t;         /* in raw sample units */
 418 typedef int16_t angle_t;        /* in degrees */
 419
 420 /* Y axis is aligned with the direction of motion (along) */
 421 /* X axis is aligned in the other board axis (across) */
 422 /* Z axis is aligned perpendicular to the board (through) */
 423
 424 #ifndef ao_data_along
 425 #define ao_data_along(packet)   ((packet)->mpu9250.accel_y)
 426 #define ao_data_across(packet)  ((packet)->mpu9250.accel_x)
 427 #define ao_data_through(packet) ((packet)->mpu9250.accel_z)
 428
 429 #define ao_data_roll(packet)    ((packet)->mpu9250.gyro_y)
 430 #define ao_data_pitch(packet)   ((packet)->mpu9250.gyro_x)
 431 #define ao_data_yaw(packet)     ((packet)->mpu9250.gyro_z)
 432 #endif
 433
 434 static inline float ao_convert_gyro(float sensor)
 435 {
 436         return ao_mpu9250_gyro(sensor);
 437 }
 438
 439 static inline float ao_convert_accel(int16_t sensor)
 440 {
 441         return ao_mpu9250_accel(sensor);
 442 }
 443
 444 #endif
 445
 446 #if !HAS_ACCEL && HAS_BMX160
 447
 448 #define HAS_ACCEL       1
 449
 450 typedef int16_t accel_t;
 451
 452 #define ao_data_accel_raw(packet)               -ao_data_along(packet)
 453 #define ao_data_accel_invert(a)                 (-(a))
 454 #define ao_data_accel_to_sample(accel)          ao_bmx_accel_to_sample(accel)
 455
 456 #endif
 457
 458 #if !HAS_GYRO && HAS_BMX160
 459
 460 #define HAS_GYRO        1
 461
 462 typedef int16_t gyro_t;         /* in raw sample units */
 463 typedef int16_t angle_t;        /* in degrees */
 464
 465 /* X axis is aligned with the direction of motion (along) */
 466 /* Y axis is aligned in the other board axis (across) */
 467 /* Z axis is aligned perpendicular to the board (through) */
 468
 469 static inline float ao_convert_gyro(float sensor)
 470 {
 471         return ao_bmx160_gyro(sensor);
 472 }
 473
 474 static inline float ao_convert_accel(int16_t sensor)
 475 {
 476         return ao_bmx160_accel(sensor);
 477 }
 478
 479 #endif
 480
 481 #if !HAS_MAG && HAS_HMC5883
 482
 483 #define HAS_MAG         1
 484
 485 typedef int16_t ao_mag_t;               /* in raw sample units */
 486
 487 #define ao_data_mag_along(packet)       ((packet)->hmc5883.x)
 488 #define ao_data_mag_across(packet)      ((packet)->hmc5883.y)
 489 #define ao_data_mag_through(packet)     ((packet)->hmc5883.z)
 490
 491 #endif
 492
 493 #if !HAS_MAG && HAS_MPU9250
 494
 495 #define HAS_MAG         1
 496
 497 typedef int16_t ao_mag_t;               /* in raw sample units */
 498
 499 /* Note that this order is different from the accel and gyro. For some
 500  * reason, the mag sensor axes aren't the same as the other two
 501  * sensors. Also, the Z axis is flipped in sign.
 502  */
 503
 504 #ifndef ao_data_mag_along
 505 #define ao_data_mag_along(packet)       ((packet)->mpu9250.mag_x)
 506 #define ao_data_mag_across(packet)      ((packet)->mpu9250.mag_y)
 507 #define ao_data_mag_through(packet)     ((packet)->mpu9250.mag_z)
 508 #endif
 509
 510 #endif
 511
 512 #ifdef AO_DATA_RING
 513
 514 static inline void
 515 ao_data_fill(int head) {
 516         if (ao_data_present == AO_DATA_ALL) {
 517 #if HAS_MS5607
 518                 ao_data_ring[head].ms5607_raw = ao_ms5607_current;
 519 #endif
 520 #if HAS_MMA655X
 521                 ao_data_ring[head].mma655x = ao_mma655x_current;
 522 #endif
 523 #if HAS_HMC5883
 524                 ao_data_ring[head].hmc5883 = ao_hmc5883_current;
 525 #endif
 526 #if HAS_MPU6000
 527                 ao_data_ring[head].mpu6000 = ao_mpu6000_current;
 528 #endif
 529 #if HAS_MPU9250
 530                 ao_data_ring[head].mpu9250 = ao_mpu9250_current;
 531 #endif
 532 #if HAS_ADXL375
 533                 ao_data_ring[head].adxl375 = ao_adxl375_current;
 534 #endif
 535 #if HAS_MAX6691
 536                 ao_data_ring[head].max6691 = ao_max6691_current;
 537 #endif
 538 #if HAS_ADS131A0X
 539                 ao_data_ring[head].ads131a0x = ao_ads131a0x_current;
 540 #endif
 541 #if HAS_BMX160
 542                 ao_data_ring[head].bmx160 = ao_bmx160_current;
 543 #endif
 544                 ao_data_ring[head].tick = ao_tick_count;
 545                 ao_data_head = ao_data_ring_next(head);
 546                 ao_wakeup((void *) &ao_data_head);
 547         }
 548 }
 549
 550 #endif
 551
 552 #if HAS_ACCEL
 553 accel_t
 554 ao_data_accel(volatile struct ao_data *packet);
 555 #endif
 556
 557 #endif /* _AO_DATA_H_ */