name change from MegaMetrum to TeleMega
[fw/altos] / src / test / ao_flight_test.c
index 6c0bb4da944f2c8565c98051ff7df8e02bb1ffee..99bed7eeb94df17dbd94f3560d5b7fe93a2c2ca8 100644 (file)
 #define AO_MS_TO_SPEED(ms)     ((int16_t) ((ms) * 16))
 #define AO_MSS_TO_ACCEL(mss)   ((int16_t) ((mss) * 16))
 
-#if MEGAMETRUM
+#if TELEMEGA
 #define AO_ADC_NUM_SENSE       6
 #define HAS_MS5607             1
 #define HAS_MPU6000            1
-#define HAS_MMA655X            0
+#define HAS_MMA655X            1
 
 struct ao_adc {
        int16_t                 sense[AO_ADC_NUM_SENSE];
@@ -195,7 +195,7 @@ struct ao_cmds {
 #define ao_xmemcmp(d,s,c) memcmp(d,s,c)
 
 #define AO_NEED_ALTITUDE_TO_PRES 1
-#if MEGAMETRUM
+#if TELEMEGA
 #include "ao_convert_pa.c"
 #include <ao_ms5607.h>
 struct ao_ms5607_prom  ms5607_prom;
@@ -236,10 +236,14 @@ extern int32_t    ao_accel_scale;
 extern alt_t   ao_ground_height;
 extern alt_t   ao_sample_alt;
 
+double ao_sample_qangle;
+
 int ao_sample_prev_tick;
 uint16_t       prev_tick;
 
+
 #include "ao_kalman.c"
+#include "ao_sqrt.c"
 #include "ao_sample.c"
 #include "ao_flight.c"
 
@@ -260,6 +264,10 @@ static int landed_set;
 static double  landed_time;
 static double  landed_height;
 
+#if HAS_MPU6000
+static struct ao_mpu6000_sample        ao_ground_mpu6000;
+#endif
+
 void
 ao_test_exit(void)
 {
@@ -297,6 +305,20 @@ ao_test_exit(void)
        exit(0);
 }
 
+#if HAS_MPU6000
+static double
+ao_mpu6000_accel(int16_t sensor)
+{
+       return sensor / 32767.0 * MPU6000_ACCEL_FULLSCALE * GRAVITY;
+}
+
+static double
+ao_mpu6000_gyro(int32_t sensor)
+{
+       return sensor / 32767.0 * MPU6000_GYRO_FULLSCALE;
+}
+#endif
+
 void
 ao_insert(void)
 {
@@ -311,7 +333,7 @@ ao_insert(void)
 #else
                double  accel = 0.0;
 #endif
-#if MEGAMETRUM
+#if TELEMEGA
                double  height;
 
                ao_ms5607_convert(&ao_data_static.ms5607_raw, &ao_data_static.ms5607_cooked);
@@ -350,10 +372,26 @@ ao_insert(void)
                }
 
                if (!ao_summary) {
-                       printf("%7.2f height %8.2f accel %8.3f state %-8.8s k_height %8.2f k_speed %8.3f k_accel %8.3f avg_height %5d drogue %4d main %4d error %5d\n",
+                       printf("%7.2f height %8.2f accel %8.3f "
+#if TELEMEGA
+                              "roll %8.3f angle %8.3f qangle %8.3f "
+                              "accel_x %8.3f accel_y %8.3f accel_z %8.3f gyro_x %8.3f gyro_y %8.3f gyro_z %8.3f "
+#endif
+                              "state %-8.8s k_height %8.2f k_speed %8.3f k_accel %8.3f avg_height %5d drogue %4d main %4d error %5d\n",
                               time,
                               height,
                               accel,
+#if TELEMEGA
+                              ao_mpu6000_gyro(ao_sample_roll_angle) / 100.0,
+                              ao_mpu6000_gyro(ao_sample_angle) / 100.0,
+                              ao_sample_qangle,
+                              ao_mpu6000_accel(ao_data_static.mpu6000.accel_x),
+                              ao_mpu6000_accel(ao_data_static.mpu6000.accel_y),
+                              ao_mpu6000_accel(ao_data_static.mpu6000.accel_z),
+                              ao_mpu6000_gyro(ao_data_static.mpu6000.gyro_x - ao_ground_mpu6000.gyro_x),
+                              ao_mpu6000_gyro(ao_data_static.mpu6000.gyro_y - ao_ground_mpu6000.gyro_y),
+                              ao_mpu6000_gyro(ao_data_static.mpu6000.gyro_z - ao_ground_mpu6000.gyro_z),
+#endif
                               ao_state_names[ao_flight_state],
                               ao_k_height / 65536.0,
                               ao_k_speed / 65536.0 / 16.0,
@@ -517,6 +555,207 @@ int32(uint8_t *bytes, int off)
 
 static int log_format;
 
+#if TELEMEGA
+
+static double
+ao_vec_norm(double x, double y, double z)
+{
+       return x*x + y*y + z*z;
+}
+
+static void
+ao_vec_normalize(double *x, double *y, double *z)
+{
+       double  scale = 1/sqrt(ao_vec_norm(*x, *y, *z));
+
+       *x *= scale;
+       *y *= scale;
+       *z *= scale;
+}
+
+struct ao_quat {
+       double  q0, q1, q2, q3;
+};
+
+static void
+ao_quat_mul(struct ao_quat *r, struct ao_quat *a, struct ao_quat *b)
+{
+       r->q0 = a->q0 * b->q0 - a->q1 * b->q1 - a->q2 * b->q2 - a->q3 * b->q3;
+       r->q1 = a->q0 * b->q1 + a->q1 * b->q0 + a->q2 * b->q3 - a->q3 * b->q2;
+       r->q2 = a->q0 * b->q2 - a->q1 * b->q3 + a->q2 * b->q0 + a->q3 * b->q1;
+       r->q3 = a->q0 * b->q3 + a->q1 * b->q2 - a->q2 * b->q1 + a->q3 * b->q0;
+}
+
+#if 0
+static void
+ao_quat_scale(struct ao_quat *r, struct ao_quat *a, double s)
+{
+       r->q0 = a->q0 * s;
+       r->q1 = a->q1 * s;
+       r->q2 = a->q2 * s;
+       r->q3 = a->q3 * s;
+}
+#endif
+
+static void
+ao_quat_conj(struct ao_quat *r, struct ao_quat *a)
+{
+       r->q0 =  a->q0;
+       r->q1 = -a->q1;
+       r->q2 = -a->q2;
+       r->q3 = -a->q3;
+}
+
+static void
+ao_quat_rot(struct ao_quat *r, struct ao_quat *a, struct ao_quat *q)
+{
+       struct ao_quat  t;
+       struct ao_quat  c;
+       ao_quat_mul(&t, q, a);
+       ao_quat_conj(&c, q);
+       ao_quat_mul(r, &t, &c);
+}
+
+static void
+ao_quat_from_angle(struct ao_quat *r,
+                  double x_rad,
+                  double y_rad,
+                  double z_rad)
+{
+       double angle = sqrt (x_rad * x_rad + y_rad * y_rad + z_rad * z_rad);
+       double s = sin(angle/2);
+       double c = cos(angle/2);
+
+       r->q0 = c;
+       r->q1 = x_rad * s / angle;
+       r->q2 = y_rad * s / angle;
+       r->q3 = z_rad * s / angle;
+}
+
+static void
+ao_quat_from_vector(struct ao_quat *r, double x, double y, double z)
+{
+       ao_vec_normalize(&x, &y, &z);
+       double  x_rad = atan2(z, y);
+       double  y_rad = atan2(x, z);
+       double  z_rad = atan2(y, x);
+
+       ao_quat_from_angle(r, x_rad, y_rad, z_rad);
+}
+
+static double
+ao_quat_norm(struct ao_quat *a)
+{
+       return (a->q0 * a->q0 +
+               a->q1 * a->q1 +
+               a->q2 * a->q2 +
+               a->q3 * a->q3);
+}
+
+static void
+ao_quat_normalize(struct ao_quat *a)
+{
+       double  norm = ao_quat_norm(a);
+
+       if (norm) {
+               double m = 1/sqrt(norm);
+
+               a->q0 *= m;
+               a->q1 *= m;
+               a->q2 *= m;
+               a->q3 *= m;
+       }
+}
+
+static struct ao_quat  ao_up, ao_current;
+static struct ao_quat  ao_orient;
+static int             ao_orient_tick;
+
+void
+set_orientation(double x, double y, double z, int tick)
+{
+       struct ao_quat  t;
+
+       printf ("set_orientation %g %g %g\n", x, y, z);
+       ao_quat_from_vector(&ao_orient, x, y, z);
+       ao_up.q1 = ao_up.q2 = 0;
+       ao_up.q0 = ao_up.q3 = sqrt(2)/2;
+       ao_orient_tick = tick;
+
+       ao_orient.q0 = 1;
+       ao_orient.q1 = 0;
+       ao_orient.q2 = 0;
+       ao_orient.q3 = 0;
+
+       printf ("orient (%g) %g %g %g up (%g) %g %g %g\n",
+               ao_orient.q0,
+               ao_orient.q1,
+               ao_orient.q2,
+               ao_orient.q3,
+               ao_up.q0,
+               ao_up.q1,
+               ao_up.q2,
+               ao_up.q3);
+
+       ao_quat_rot(&t, &ao_up, &ao_orient);
+       printf ("pad orient (%g) %g %g %g\n",
+               t.q0,
+               t.q1,
+               t.q2,
+               t.q3);
+
+}
+
+void
+update_orientation (double rate_x, double rate_y, double rate_z, int tick)
+{
+       struct ao_quat  q_dot;
+       double          lambda;
+       double          dt = (tick - ao_orient_tick) / 100.0;
+
+       ao_orient_tick = tick;
+//     lambda = 1 - ao_quat_norm(&ao_orient);
+       lambda = 0;
+
+       q_dot.q0 = -0.5 * (ao_orient.q1 * rate_x + ao_orient.q2 * rate_y + ao_orient.q3 * rate_z) + lambda * ao_orient.q0;
+       q_dot.q1 =  0.5 * (ao_orient.q0 * rate_x + ao_orient.q2 * rate_z - ao_orient.q3 * rate_y) + lambda * ao_orient.q1;
+       q_dot.q2 =  0.5 * (ao_orient.q0 * rate_y + ao_orient.q3 * rate_x - ao_orient.q1 * rate_z) + lambda * ao_orient.q2;
+       q_dot.q3 =  0.5 * (ao_orient.q0 * rate_z + ao_orient.q1 * rate_y - ao_orient.q2 * rate_x) + lambda * ao_orient.q3;
+
+#if 0
+       printf ("update_orientation %g %g %g (%g s)\n", rate_x, rate_y, rate_z, dt);
+       printf ("q_dot (%g) %g %g %g\n",
+               q_dot.q0,
+               q_dot.q1,
+               q_dot.q2,
+               q_dot.q3);
+#endif
+
+       ao_orient.q0 += q_dot.q0 * dt;
+       ao_orient.q1 += q_dot.q1 * dt;
+       ao_orient.q2 += q_dot.q2 * dt;
+       ao_orient.q3 += q_dot.q3 * dt;
+
+       ao_quat_normalize(&ao_orient);
+
+       ao_quat_rot(&ao_current, &ao_up, &ao_orient);
+
+       ao_sample_qangle = 180 / M_PI * acos(ao_current.q3 * sqrt(2));
+#if 0
+       printf ("orient (%g) %g %g %g current (%g) %g %g %g\n",
+               ao_orient.q0,
+               ao_orient.q1,
+               ao_orient.q2,
+               ao_orient.q3,
+               ao_current.q0,
+               ao_current.q1,
+               ao_current.q2,
+               ao_current.q3);
+#endif
+}
+#endif
+
 void
 ao_sleep(void *wchan)
 {
@@ -535,7 +774,8 @@ ao_sleep(void *wchan)
                for (;;) {
                        if (ao_records_read > 2 && ao_flight_state == ao_flight_startup)
                        {
-#if MEGAMETRUM
+#if TELEMEGA
+                               ao_data_static.mpu6000 = ao_ground_mpu6000;
 #else
                                ao_data_static.adc.accel = ao_flight_ground_accel;
 #endif
@@ -560,8 +800,8 @@ ao_sleep(void *wchan)
                                if (words[nword] == NULL)
                                        break;
                        }
-#if MEGAMETRUM
-                       if (log_format == AO_LOG_FORMAT_MEGAMETRUM && nword == 30 && strlen(words[0]) == 1) {
+#if TELEMEGA
+                       if (log_format == AO_LOG_FORMAT_TELEMEGA && nword == 30 && strlen(words[0]) == 1) {
                                int     i;
                                struct ao_ms5607_value  value;
 
@@ -585,8 +825,41 @@ ao_sleep(void *wchan)
                                        ao_data_static.ms5607_raw.pres = int32(bytes, 0);
                                        ao_data_static.ms5607_raw.temp = int32(bytes, 4);
                                        ao_ms5607_convert(&ao_data_static.ms5607_raw, &value);
-                                       ao_data_set_accel(&ao_data_static, -int16(bytes, 10));
-//                                     printf ("accel %d pres %d\n", ao_data_accel_cook(&ao_data_static), value.pres);
+                                       ao_data_static.mpu6000.accel_x = int16(bytes, 8);
+                                       ao_data_static.mpu6000.accel_y = -int16(bytes, 10);
+                                       ao_data_static.mpu6000.accel_z = int16(bytes, 12);
+                                       ao_data_static.mpu6000.gyro_x = int16(bytes, 14);
+                                       ao_data_static.mpu6000.gyro_y = -int16(bytes, 16);
+                                       ao_data_static.mpu6000.gyro_z = int16(bytes, 18);
+#if HAS_MMA655X
+                                       ao_data_static.mma655x = int16(bytes, 26);
+#endif
+                                       if (ao_records_read == 0)
+                                               ao_ground_mpu6000 = ao_data_static.mpu6000;
+                                       else if (ao_records_read < 10) {
+#define f(f) ao_ground_mpu6000.f = ao_ground_mpu6000.f + ((ao_data_static.mpu6000.f - ao_ground_mpu6000.f) >> 2)
+                                               f(accel_x);
+                                               f(accel_y);
+                                               f(accel_z);
+                                               f(gyro_x);
+                                               f(gyro_y);
+                                               f(gyro_z);
+
+                                               double          accel_x = ao_mpu6000_accel(ao_ground_mpu6000.accel_x);
+                                               double          accel_y = ao_mpu6000_accel(ao_ground_mpu6000.accel_y);
+                                               double          accel_z = ao_mpu6000_accel(ao_ground_mpu6000.accel_z);
+
+                                               /* X and Y are in the ground plane, arbitraryily picked as MPU X and Z axes
+                                                * Z is normal to the ground, the MPU y axis
+                                                */
+                                               set_orientation(accel_x, accel_z, accel_y, tick);
+                                       } else {
+                                               double          rate_x = ao_mpu6000_gyro(ao_data_static.mpu6000.gyro_x - ao_ground_mpu6000.gyro_x);
+                                               double          rate_y = ao_mpu6000_gyro(ao_data_static.mpu6000.gyro_y - ao_ground_mpu6000.gyro_y);
+                                               double          rate_z = ao_mpu6000_gyro(ao_data_static.mpu6000.gyro_z - ao_ground_mpu6000.gyro_z);
+
+                                               update_orientation(rate_x * M_PI / 180, rate_z * M_PI / 180, rate_y * M_PI / 180, tick);
+                                       }
                                        ao_records_read++;
                                        ao_insert();
                                        return;
@@ -612,7 +885,7 @@ ao_sleep(void *wchan)
                                continue;
                        }
 #else
-                       if (nword == 4 && log_format != AO_LOG_FORMAT_MEGAMETRUM) {
+                       if (nword == 4 && log_format != AO_LOG_FORMAT_TELEMEGA) {
                                type = words[0][0];
                                tick = strtoul(words[1], NULL, 16);
                                a = strtoul(words[2], NULL, 16);
@@ -729,7 +1002,9 @@ ao_sleep(void *wchan)
                        if (type != 'F' && !ao_flight_started)
                                continue;
 
-#if MEGAMETRUM
+#if TELEMEGA
+                       (void) a;
+                       (void) b;
 #else
                        switch (type) {
                        case 'F':