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| author | Dawsyn Schraiber <[email protected]> | 2025-06-20 00:10:22 -0400 |
|---|---|---|
| committer | GitHub <[email protected]> | 2025-06-20 00:10:22 -0400 |
| commit | 5375c6d876f115a2bd75ec45796e5333ba928082 (patch) | |
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| parent | e07f105022f3ad6e3c6ee2dfe4cc01eb91c1f373 (diff) | |
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# Dawsyn's Final Commit
This one is a little emotional as this is my final commit in this repository and as a member of Rocketry at Virginia Tech. This merges the changes seen in the branch known as 'big_kahuna' into main. This is the version of the ADS software as seen on [Roadkill](https://drive.google.com/file/d/120BvI-0ntliHo6i9UxcCn2pXAl-JsdP_/view?usp=drive_link) in the 2025 IREC competition. There are bound to be bugs, but I have found it useful to have the final competition version to be the one present on main at the end of every academic year. Hopefully this is useful to the next lead.
## Primary Changes
+ NEW I2C drivers to support sensors present on new ADS custom PCB
+ NEW logging library found in separate repository and pulled in as submodule ([pico-logger](https://github.com/rocketryvt/pico-logger))
+ No longer dependent on different flash chip from one used for code storage! Compile executable as RP2040 'copy-to-ram' type to increase flash read/write speeds!
+ NEW fixed-point libraries to allow for increased performance and sensor sampling speeds on RP2040 that lacks FPU
+ FreeRTOS Simultaneous Multi-processing (SMP) architecture for task handling and easier introduction / testing of new features
+ Serial monitor / command system with task performance monitoring commands
+ WORKING Kalman filter that takes altitude from barometer as measurement and z-axis acceleration from IMU as control to generate state vector containing filtered altitude and vertical velocity
+ NEW CFD equations from the Ben-ogrithm (to replace the Chen-ogrithm) that includes:
+ Apogee prediction model that takes current drag force, altitude, and vertical velocity
+ Current Drag Force equation based on current deployment and vertical velocity to use for Apogee Prediction model
+ Desired Drag force equation based on current altitude and vertical velocity to generate what drag force is needed to reach 10K ft
+ Deployment percentage equation based on current velocity and desired drag force to map to flap deployment percentage
44 files changed, 27289 insertions, 1598 deletions
diff --git a/.gitmodules b/.gitmodules index 4d3602d..b2f620f 100644 --- a/.gitmodules +++ b/.gitmodules @@ -4,3 +4,18 @@ [submodule "include/eigen"] path = include/eigen url = https://gitlab.com/libeigen/eigen.git +[submodule "include/pico-logger"] + path = include/pico-logger + url = https://github.com/rocketryvt/pico-logger.git +[submodule "include/FreeRTOS-Kernel"] + path = include/FreeRTOS-Kernel + url = https://github.com/FreeRTOS/FreeRTOS-Kernel.git +[submodule "include/libfixmath"] + path = include/libfixmath + url = https://github.com/PetteriAimonen/libfixmath.git +[submodule "include/libfixmatrix"] + path = include/libfixmatrix + url = https://github.com/PetteriAimonen/libfixmatrix.git +[submodule "include/libfixkalman"] + path = include/libfixkalman + url = https://github.com/sunsided/libfixkalman.git diff --git a/CMakeLists.txt b/CMakeLists.txt index 933710e..86ab72b 100644 --- a/CMakeLists.txt +++ b/CMakeLists.txt @@ -1,13 +1,17 @@ -cmake_minimum_required(VERSION 3.12) +cmake_minimum_required(VERSION 3.10) -set(PICO_BOARD pico_w) +set(PICO_BOARD rp2040_micro) +set(PICO_BOARD_HEADER_DIRS ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include) # Pull in SDK (must be before project) -include(include/pico-sdk/pico_sdk_init.cmake) -include_directories(include/eigen) +include(${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include/pico-sdk/pico_sdk_init.cmake) +include(${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include/FreeRTOS-Kernel/portable/ThirdParty/GCC/RP2040/FreeRTOS_Kernel_import.cmake) +include(${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include/pico-logger/CMakeLists.txt) +include_directories(${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include/eigen) set(CMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS ON) set(CMAKE_C_COMPILER arm-none-eabi-gcc) set(CMAKE_CXX_COMPILER arm-none-eabi-g++) +set(CMAKE_TRY_COMPILE_TARGET_TYPE "STATIC_LIBRARY") project(active-drag-system C CXX ASM) set(CMAKE_C_STANDARD 11) @@ -20,13 +24,54 @@ endif() # Initialize the SDK pico_sdk_init() +# BEGIN libfixmath, libfixmatrix, and libfixkalman library generation + add_library(libfixmath INTERFACE) + + file(GLOB libfixmath-srcs ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include/libfixmath/libfixmath/*.c) + target_sources(libfixmath INTERFACE ${libfixmath-srcs}) + target_include_directories(libfixmath INTERFACE + ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include/libfixmath/libfixmath + ) + target_compile_definitions(libfixmath INTERFACE + FIXMATH_FAST_SIN + # FIXMATH_NO_64BIT + # FIXMATH_SIN_LUT + # FIXMATH_NO_CACHE + # FIXMATH_NO_HARD_DIVISION + FIXMATH_NO_OVERFLOW + # FIXMATH_NO_ROUNDING + # FIXMATH_OPTIMIZE_8BIT + ) + + add_library(libfixmatrix INTERFACE) + + file(GLOB libfixmatrix-srcs ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include/libfixmatrix/*.c) + list(FILTER libfixmatrix-srcs EXCLUDE REGEX ".*unittests\\.c$") + target_sources(libfixmatrix INTERFACE ${libfixmatrix-srcs}) + target_include_directories(libfixmatrix INTERFACE + ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include/libfixmatrix + ) + target_compile_definitions(libfixmatrix INTERFACE FIXMATRIX_MAX_SIZE=3) + target_link_libraries(libfixmatrix INTERFACE libfixmath) + + add_library(libfixkalman INTERFACE) + + target_sources(libfixkalman INTERFACE ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include/libfixkalman/fixkalman.c) + target_include_directories(libfixkalman INTERFACE ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/include/libfixkalman) + target_compile_definitions(libfixkalman INTERFACE + KALMAN_DISABLE_UC + KALMAN_TIME_VARYING + ) + target_link_libraries(libfixkalman INTERFACE libfixmath libfixmatrix) +# END libfixmath, libfixmatrix, and libfixkalman library generation + add_subdirectory(src) add_subdirectory(tools) - add_compile_options(-Wall -Wno-format # int != int32_t as far as the compiler is concerned because gcc has int32_t as long int -Wno-unused-function # we have some for the docs that aren't called + -fpermissive ) if (CMAKE_C_COMPILER_ID STREQUAL "GNU") add_compile_options(-Wno-maybe-uninitialized) diff --git a/include/FreeRTOS-Kernel b/include/FreeRTOS-Kernel new file mode 160000 +Subproject 03db672b8f45db24aa99f12051f7cf86746b9ed diff --git a/include/FreeRTOSConfig.h b/include/FreeRTOSConfig.h new file mode 100644 index 0000000..028ae77 --- /dev/null +++ b/include/FreeRTOSConfig.h @@ -0,0 +1,164 @@ +/* + * FreeRTOS V202107.00 + * Copyright (C) 2020 Amazon.com, Inc. or its affiliates. All Rights Reserved. + * + * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy of + * this software and associated documentation files (the "Software"), to deal in + * the Software without restriction, including without limitation the rights to + * use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell copies of + * the Software, and to permit persons to whom the Software is furnished to do so, + * subject to the following conditions: + * + * The above copyright notice and this permission notice shall be included in all + * copies or substantial portions of the Software. + * + * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR + * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS + * FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR + * COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER + * IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN + * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE. + * + * http://www.FreeRTOS.org + * http://aws.amazon.com/freertos + * + * 1 tab == 4 spaces! + */ + + #ifndef FREERTOS_CONFIG_H + #define FREERTOS_CONFIG_H + +/* *INDENT-OFF* */ +#ifdef __cplusplus + extern "C" { +#endif + + /*----------------------------------------------------------- + * Application specific definitions. + * + * These definitions should be adjusted for your particular hardware and + * application requirements. + * + * THESE PARAMETERS ARE DESCRIBED WITHIN THE 'CONFIGURATION' SECTION OF THE + * FreeRTOS API DOCUMENTATION AVAILABLE ON THE FreeRTOS.org WEB SITE. + * + * See http://www.freertos.org/a00110.html + *----------------------------------------------------------*/ + + /* Scheduler Related */ + #define configUSE_PREEMPTION 1 + #define configUSE_TICKLESS_IDLE 0 + #define configUSE_IDLE_HOOK 0 + #define configUSE_TICK_HOOK 1 + #define configTICK_RATE_HZ ( ( TickType_t ) 1000 ) + #define configMAX_PRIORITIES 32 + #define configMINIMAL_STACK_SIZE ( configSTACK_DEPTH_TYPE ) 256 + #define configUSE_16_BIT_TICKS 0 + + #define configIDLE_SHOULD_YIELD 1 + + /* Synchronization Related */ + #define configUSE_MUTEXES 1 + #define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES 1 + #define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 0 + #define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 1 + #define configQUEUE_REGISTRY_SIZE 8 + #define configUSE_QUEUE_SETS 1 + #define configUSE_TIME_SLICING 1 + #define configUSE_NEWLIB_REENTRANT 0 + #define configENABLE_BACKWARD_COMPATIBILITY 0 + #define configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS 5 + + #define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1 + #define configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES 32 + + /* System */ + #define configSTACK_DEPTH_TYPE uint32_t + #define configMESSAGE_BUFFER_LENGTH_TYPE size_t + + /* Memory allocation related definitions. */ + #define configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 0 + #define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 1 + #define configTOTAL_HEAP_SIZE (72*1024) + #define configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP 0 + + /* Hook function related definitions. */ + #define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 2 + #define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 1 + #define configUSE_DAEMON_TASK_STARTUP_HOOK 0 + + /* Run time and task stats gathering related definitions. */ + #define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 1 + #define configUSE_TRACE_FACILITY 1 + #define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1 + + /* Co-routine related definitions. */ + #define configUSE_CO_ROUTINES 0 + #define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES 1 + + /* Software timer related definitions. */ + #define configUSE_TIMERS 1 + #define configTIMER_TASK_PRIORITY ( configMAX_PRIORITIES - 1 ) + #define configTIMER_QUEUE_LENGTH 10 + #define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH 1024 + + /* Interrupt nesting behaviour configuration. */ + /* + #define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY [dependent of processor] + #define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY [dependent on processor and application] + #define configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY [dependent on processor and application] + */ + +#define FREE_RTOS_KERNEL_SMP 1 +#if FREE_RTOS_KERNEL_SMP // set by the RP2040 SMP port of FreeRTOS +/* SMP port only */ +#define configNUM_CORES 2 +#define configTICK_CORE 0 +#define configRUN_MULTIPLE_PRIORITIES 1 +#define configUSE_CORE_AFFINITY 1 +#define configUSE_PASSIVE_IDLE_HOOK 0 +#else +#define configNUM_CORES 1 +#endif +#define configNUMBER_OF_CORES configNUM_CORES + + /* RP2040 specific */ + #define configSUPPORT_PICO_SYNC_INTEROP 1 + #define configSUPPORT_PICO_TIME_INTEROP 1 + + #include <assert.h> + /* Define to trap errors during development. */ + #define configASSERT(x) assert(x) + + /* Set the following definitions to 1 to include the API function, or zero + to exclude the API function. */ + #define INCLUDE_vTaskPrioritySet 1 + #define INCLUDE_uxTaskPriorityGet 1 + #define INCLUDE_vTaskDelete 1 + #define INCLUDE_vTaskSuspend 1 + #define INCLUDE_vTaskDelayUntil 1 + #define INCLUDE_vTaskDelay 1 + #define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState 1 + #define INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle 1 + #define INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark 1 + #define INCLUDE_xTaskGetIdleTaskHandle 1 + #define INCLUDE_eTaskGetState 1 + #define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall 1 + #define INCLUDE_xTaskAbortDelay 1 + #define INCLUDE_xTaskGetHandle 1 + #define INCLUDE_xTaskResumeFromISR 1 + #define INCLUDE_xQueueGetMutexHolder 1 + + /* A header file that defines trace macro can be included here. */ +#define portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS() +extern uint64_t time_us_64(void); // "hardware/timer.h" +#define RUN_TIME_STAT_time_us_64Divider 1000 // stat granularity is mS +#define portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE() (time_us_64()/RUN_TIME_STAT_time_us_64Divider) // runtime counter in mS + +/* *INDENT-OFF* */ +#ifdef __cplusplus + } +#endif + +#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */ + diff --git a/include/adxl375.hpp b/include/adxl375.hpp new file mode 100644 index 0000000..21fe82c --- /dev/null +++ b/include/adxl375.hpp @@ -0,0 +1,265 @@ +#pragma once + +#include <stdint.h> + +#include <hardware/i2c.h> + +#if ( USE_FREERTOS == 1) +#include "FreeRTOS.h" +#include "FreeRTOSConfig.h" +#include "portmacro.h" +#include "projdefs.h" +#include "serial.hpp" +#include "task.h" +#include "semphr.h" +#endif + +#define ADXL375_I2C_ADDRESS 0x1D + +// DEVID [Validation] +#define R_ADXL375_DEVID 0x00 +#define B_ADXL375_DEVID_VALUE 0xE5 + +// THRESH_SHOCK [Configuration, Threshold for shock interrupt (780mG/LSB)] +#define R_ADXL375_THRESH_SHOCK 0x1D +typedef uint8_t ADXL375_THRESH_SHOCK; + +// OFSX, OFSY, OFSZ [Configuration, User-configured offset of (0.196 g/LSB)] +#define R_ADXL375_OFFSET_X 0x1E +typedef uint8_t ADXL375_OFFSET_X; + +#define R_ADXL375_OFFSET_Y 0x1F +typedef uint8_t ADXL375_OFFSET_Y; + +#define R_ADXL375_OFFSET_Z 0x20 +typedef uint8_t ADXL375_OFFSET_Z; + +// DUR [Configuration, Time above threshold as single shock interrupt (625us/LSB)] +#define R_ADXL375_DUR 0x21 +typedef uint8_t ADXL375_DURATION; + +// LATENT [Configuration, Time after first shock interrupt second can occur (1.25ms/LSB)] +#define R_ADXL375_LATENT 0x22 +typedef uint8_t ADXL375_LATENT; + +// WINDOW [Configuration, Time after latent period second shock can begin (1.25ms/LSB)] +#define R_ADXL375_WINDOW 0x23 +typedef uint8_t ADXL375_WINDOW; + +// THRESH_ACT [Configuration, Threshold value for detecting activity (780mg/LSB)] +#define R_ADXL375_THRESH_ACT 0x24 +typedef uint8_t ADXL375_THRESH_ACT; + +// THRESH_INACT [Configuration, Threshold value for detecting inactivity (780mg/LSB)] +#define R_ADXL375_THRESH_INACT 0x25 +typedef uint8_t ADXL375_THRESH_INACT; + +// TIME_INACT [Configuration, Time below threshold as inactivity (1s/LSB)] +#define R_ADXL375_TIME_INACT 0x26 +typedef uint8_t ADXL375_TIME_INACT; + +// ACT_INACT_CTL [Configuration, Activity/Inactivity interrupts enable and AC/DC coupling] +#define R_ADXL375_ACT_INACT_CTL 0x27 +typedef union { + struct { + bool INACT_Z_ENABLE :1; + bool INACT_Y_ENABLE :1; + bool INACT_X_ENABLE :1; + bool INACT_AC_DC :1; + bool ACT_Z_ENABLE :1; + bool ACT_Y_ENABLE :1; + bool ACT_X_ENABLE :1; + bool ACT_AC_DC :1; + } fields; + uint8_t data; +} ADXL375_ACT_INACT_CTL; + +// SHOCK_AXES [Configuration, axes used in shock interrupt] +#define R_ADXL375_SHOCK_AXES 0x2A +typedef union { + struct { + bool SHOCK_Z_ENABLE :1; //Z-Axis shock interrupt enable + bool SHOCK_Y_ENABLE :1; //Y-Axis shock interrupt enable + bool SHOCK_X_ENABLE :1; //X-Axis shock interrupt enable + bool SUPPRESS :1; //Suppresses double shock detection + uint8_t RESERVED :4; //Reserved + } fields; + uint8_t data; +} ADXL375_SHOCK_AXES; + +// ACT_SHOCK_STATUS [Status, First axis involved in an activity or shock event] +#define R_ADXL375_ACT_SHOCK_STATUS 0x2B +typedef union { + struct { + bool SHOCK_Z_SOURCE :1; + bool SHOCK_Y_SOURCE :1; + bool SHOCK_X_SOURCE :1; + bool ASLEEP :1; + bool ACT_Z_SOURCE :1; + bool ACT_Y_SOURCE :1; + bool ACT_X_SOURCE :1; + bool RESERVED :1; + } fields; + uint8_t data; +} ADXL375_ACT_SHOCK_STATUS; + +// BW_RATE [Configuration, Low Power Mode and ODR] +#define R_ADXL375_BW_RATE 0x2C +typedef union { + struct { + uint8_t RATE :4; //ODR configuration + bool LOW_POWER :1; //Low-power/Normal mode configuration + uint8_t RESERVED :3; //Reserved + } fields; + uint8_t data; +} ADXL375_BW_RATE; +#define B_ADXL375_ODR_100_HZ 0x0A +#define B_ADXL375_ODR_400_HZ 0x0C +#define B_ADXL375_ODR_800_HZ 0x0D +#define B_ADXL375_ODR_3200_HZ 0x0F +#define B_ADXL375_BW_RATE_LOW_POWER_MODE 0b1 +#define B_ADXL375_BW_RATE_NORMAL_POWER_MODE 0b0 + +// POWER_CTL [State Configuration, Measurement mode (and sleep settings)] +#define R_ADXL375_POWER_CTL 0x2D +typedef union { + struct { + uint8_t WAKEUP :2; //Sampling rate control during sleep mode + bool SLEEP :1; //Sleep mode configuration + bool MEASURE :1; //Measurement/Standby mode configuration + bool AUTO_SLEEP :1; //Auto sleep function enable + bool LINK :1; //Link activity and inactivity functions + bool RESERVED :1; //Reserved + } fields; + uint8_t data; +} ADXL375_POWER_CTL; + +// INT_ENABLE [State Configuration, interrupt enabling] +#define R_ADXL375_INT_ENABLE 0x2E +typedef union { + struct { + bool OVERRUN :1; //FIFO buffer overwrite interrupt enable + bool WATERMARK :1; //??? TODO: Figure out watermark bits + bool RESERVED :1; //Reserved + bool INACTIVITY :1; //Inactivity interrupt enable + bool ACTIVITY :1; //Activity interrupt enable + bool DOUBLE_SHOCK :1; //Double shock interrupt enable + bool SINGLE_SHOCK :1; //Single shock interrupt enable + bool DATA_READY :1; //FIFO buffer new data interrupt enable + } fields; + uint8_t data; +} ADXL375_INT_ENABLE; + +// INT_MAP [Configuration, Interrupt --> Pin mapping (0 = INT1, 1 = INT2) */ +#define R_ADXL375_INT_MAP 0x2F +typedef union { + struct { + bool OVERRUN :1; //FIFO buffer overwrite interrupt + bool WATERMARK :1; //??? TODO: Figure out watermark bits + bool RESERVED :1; //Reserved + bool INACTIVITY :1; //Inactivity interrupt + bool ACTIVITY :1; //Activity interrupt + bool DOUBLE_SHOCK :1; //Double shock interrupt + bool SINGLE_SHOCK :1; //Single shock interrupt + bool DATA_READY :1; //FIFO buffer new data interrupt + } fields; + uint8_t data; +} ADXL375_INT_MAP; + +// INT_SOURCE [Status, Source of interrupt (read to clear SINGLE_SHOCK interrupt) */ +#define R_ADXL375_INT_SOURCE 0x30 +typedef union { + struct { + bool OVERRUN :1; //FIFO buffer overwrite interrupt + bool WATERMARK :1; //??? TODO: Figure out watermark bits + bool RESERVED :1; //Reserved + bool INACTIVITY :1; //Inactivity interrupt + bool ACTIVITY :1; //Activity interrupt + bool DOUBLE_SHOCK :1; //Double shock interrupt + bool SINGLE_SHOCK :1; //Single shock interrupt + bool DATA_READY :1; //FIFO buffer new data interrupt + } fields; + uint8_t data; +} ADXL375_INT_SOURCE; + +// DATA_FORMAT [Configuration, Data output style/formatting (variety of things)] */ +#define R_ADXL375_DATA_FORMAT 0x31 +typedef union { + struct { + uint8_t RESERVED :2; //Reserved + bool JUSTIFY :1; //Left(MSB)/Right(LSB, Sign extended) output justification + uint8_t RESERVED_ :2; //Reserved + bool INT_INVERT :1; //Interrupt pin polarity configuration + bool SPI :1; //SPI 3/4 wire mode configuration + bool SELF_TEST :1; //Configure self-test mode + } fields; + uint8_t data; +} ADXL375_DATA_FORMAT; +#define B_ADXL375_DATA_FORMAT_JUSTIFY_RIGHT 0b0 +#define B_ADXL375_DATA_FORMAT_JUSTIFY_LEFT 0b1 +#define B_ADXL375_DATA_FORMAT_INTERRUPT_ACTIVE_HIGH 0b0 +#define B_ADXL375_DATA_FORMAT_INTERRUPT_ACTIVE_LOW 0b1 +#define B_ADXL375_DATA_FORMAT_ENABLE_SELF_TEST 0b1 +#define B_ADXL375_DATA_FORMAT_DISABLE_SELF_TEST 0b0 + +// DATAX0-DATAZ1 [Output, 16b data for X/Y/Z (DATA_1 is MSByte, DATA_0 is LSByte) +#define R_ADXL375_DATAX0 0x32 +#define R_ADXL375_DATAX1 0x33 +#define R_ADXL375_DATAY0 0x34 +#define R_ADXL375_DATAY1 0x35 +#define R_ADXL375_DATAZ0 0x36 +#define R_ADXL375_DATAZ1 0x37 +#define S_ADXL375_SCALE_FACTOR 20.5 // 1 LSB / 20.5 + +#define ADXL375_SAMPLE_RATE_HZ 500 + +class ADXL375 { + public: + ADXL375(i2c_inst_t* i2c) : i2c {i2c} {}; + + void initialize(); + + void sample(); + + int16_t get_ax() { return ax; } + int16_t get_ay() { return ay; } + int16_t get_az() { return az; } + + static float scale(int16_t unscaled) { return ((float) unscaled) / S_ADXL375_SCALE_FACTOR; } + +#if (USE_FREERTOS == 1) + static void update_adxl375_task(void *pvParameters); + + TaskHandle_t update_task_handle = NULL; +#endif + + private: + const uint8_t addr = ADXL375_I2C_ADDRESS; + + i2c_inst_t* i2c; + + uint8_t buffer[16]; + + ADXL375_THRESH_SHOCK shock_threshold; + ADXL375_OFFSET_X offset_ax; + ADXL375_OFFSET_Y offset_ay; + ADXL375_OFFSET_Z offset_az; + ADXL375_DURATION shock_duration; + ADXL375_LATENT latent_shock; + ADXL375_WINDOW window_shock; + ADXL375_THRESH_ACT activity_threshold; + ADXL375_THRESH_INACT inactivity_threshold; + ADXL375_TIME_INACT inactivity_duraction; + ADXL375_ACT_INACT_CTL act_inact_ctl; + ADXL375_SHOCK_AXES shock_axes; + ADXL375_ACT_SHOCK_STATUS act_shock_status; + ADXL375_BW_RATE bw_rate; + ADXL375_POWER_CTL power_ctl; + ADXL375_INT_ENABLE int_enable; + ADXL375_INT_MAP int_map; + ADXL375_INT_SOURCE int_source; + ADXL375_DATA_FORMAT data_format; + + int16_t ax, ay, az; +}; + diff --git a/include/altimeter.hpp b/include/altimeter.hpp deleted file mode 100644 index bf7effd..0000000 --- a/include/altimeter.hpp +++ /dev/null @@ -1,31 +0,0 @@ -#pragma once - -#include "pico/stdlib.h" -#include "hardware/i2c.h" -#include "hardware/gpio.h" -#include <cstdint> - -class altimeter { - private: - uint8_t altitude_buffer[4]; - uint8_t buffer[4]; - uint8_t addr; - i2c_inst_t* inst; - public: - altimeter(i2c_inst_t* inst, uint8_t addr); - - void initialize(); - - void initialize(float threshold_altitude, uint8_t interrupt_pin, gpio_irq_callback_t callback); - - void set_threshold_altitude(float threshold_altitude, uint8_t interrupt_pin, gpio_irq_callback_t callback); - - void unset_threshold_altitude(uint8_t interrupt_pin); - - float get_altitude_converted(); - - void get_altitude_raw(uint8_t* buffer); - - uint32_t expose_buffer(uint8_t** buffer); -}; - diff --git a/include/altitude-pa.h b/include/altitude-pa.h new file mode 100644 index 0000000..5e946b9 --- /dev/null +++ b/include/altitude-pa.h @@ -0,0 +1,476 @@ +/*max error 24389.3 at 0.000 kPa. Average error 8.505350466889926*/ +#define NALT 470 +#define ALT_SHIFT 8 +#ifndef ALT_VALUE +#define ALT_VALUE(x) (int32_t) (x) +#endif +ALT_VALUE( 604627), /* 0.00 kPa error 24389.m */ +ALT_VALUE( 382693), /* 0.26 kPa error 2325.8m */ +ALT_VALUE( 354186), /* 0.51 kPa error 192.03m */ +ALT_VALUE( 327499), /* 0.77 kPa error 73.58m */ +ALT_VALUE( 308588), /* 1.02 kPa error 37.81m */ +ALT_VALUE( 293917), /* 1.28 kPa error 23.49m */ +ALT_VALUE( 281959), /* 1.54 kPa error 16.04m */ +ALT_VALUE( 271879), /* 1.79 kPa error 11.71m */ +ALT_VALUE( 263175), /* 2.05 kPa error 8.87m */ +ALT_VALUE( 255520), /* 2.30 kPa error 6.95m */ +ALT_VALUE( 248691), /* 2.56 kPa error 5.60m */ +ALT_VALUE( 242529), /* 2.82 kPa error 4.64m */ +ALT_VALUE( 236917), /* 3.07 kPa error 3.92m */ +ALT_VALUE( 231767), /* 3.33 kPa error 3.27m */ +ALT_VALUE( 227008), /* 3.58 kPa error 2.82m */ +ALT_VALUE( 222586), /* 3.84 kPa error 2.48m */ +ALT_VALUE( 218458), /* 4.10 kPa error 2.12m */ +ALT_VALUE( 214586), /* 4.35 kPa error 1.93m */ +ALT_VALUE( 210942), /* 4.61 kPa error 1.71m */ +ALT_VALUE( 207501), /* 4.86 kPa error 1.48m */ +ALT_VALUE( 204240), /* 5.12 kPa error 1.41m */ +ALT_VALUE( 201144), /* 5.38 kPa error 1.22m */ +ALT_VALUE( 198195), /* 5.63 kPa error 1.07m */ +ALT_VALUE( 195377), /* 5.89 kPa error 0.98m */ +ALT_VALUE( 192679), /* 6.14 kPa error 0.88m */ +ALT_VALUE( 190091), /* 6.40 kPa error 0.80m */ +ALT_VALUE( 187604), /* 6.66 kPa error 0.78m */ +ALT_VALUE( 185211), /* 6.91 kPa error 0.75m */ +ALT_VALUE( 182905), /* 7.17 kPa error 0.72m */ +ALT_VALUE( 180681), /* 7.42 kPa error 0.58m */ +ALT_VALUE( 178531), /* 7.68 kPa error 0.59m */ +ALT_VALUE( 176452), /* 7.94 kPa error 0.55m */ +ALT_VALUE( 174439), /* 8.19 kPa error 0.51m */ +ALT_VALUE( 172488), /* 8.45 kPa error 0.47m */ +ALT_VALUE( 170595), /* 8.70 kPa error 0.45m */ +ALT_VALUE( 168757), /* 8.96 kPa error 0.42m */ +ALT_VALUE( 166971), /* 9.22 kPa error 0.39m */ +ALT_VALUE( 165233), /* 9.47 kPa error 0.42m */ +ALT_VALUE( 163542), /* 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*/ +ALT_VALUE( 135644), /* 15.10 kPa error 0.20m */ +ALT_VALUE( 134579), /* 15.36 kPa error 0.11m */ +ALT_VALUE( 133531), /* 15.62 kPa error 0.16m */ +ALT_VALUE( 132499), /* 15.87 kPa error 0.17m */ +ALT_VALUE( 131485), /* 16.13 kPa error 0.12m */ +ALT_VALUE( 130486), /* 16.38 kPa error 0.14m */ +ALT_VALUE( 129503), /* 16.64 kPa error 0.11m */ +ALT_VALUE( 128535), /* 16.90 kPa error 0.12m */ +ALT_VALUE( 127581), /* 17.15 kPa error 0.13m */ +ALT_VALUE( 126642), /* 17.41 kPa error 0.09m */ +ALT_VALUE( 125716), /* 17.66 kPa error 0.14m */ +ALT_VALUE( 124803), /* 17.92 kPa error 0.15m */ +ALT_VALUE( 123904), /* 18.18 kPa error 0.10m */ +ALT_VALUE( 123017), /* 18.43 kPa error 0.12m */ +ALT_VALUE( 122142), /* 18.69 kPa error 0.13m */ +ALT_VALUE( 121280), /* 18.94 kPa error 0.11m */ +ALT_VALUE( 120428), /* 19.20 kPa error 0.12m */ +ALT_VALUE( 119588), /* 19.46 kPa error 0.13m */ +ALT_VALUE( 118759), /* 19.71 kPa error 0.13m */ +ALT_VALUE( 117941), /* 19.97 kPa error 0.11m */ +ALT_VALUE( 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b/include/heartbeat.hpp @@ -0,0 +1,21 @@ +#pragma once + +#include "hardware/gpio.h" +#include <stdio.h> +#include "pico/time.h" + +#define HEART_RATE_HZ 5 + +void heartbeat_initialize(int gpio); + +#if (USE_FREERTOS == 1) +#include "FreeRTOS.h" +#include "FreeRTOSConfig.h" +#include "portmacro.h" +#include "projdefs.h" +#include "serial.hpp" +#include "task.h" +#include "semphr.h" + +void heartbeat_task( void *pvParameters ); +#endif diff --git a/include/iim42653.hpp b/include/iim42653.hpp new file mode 100644 index 0000000..ac64edc --- /dev/null +++ b/include/iim42653.hpp @@ -0,0 +1,177 @@ +#pragma once + +#include "serial.hpp" +#include <stdint.h> + +#include <hardware/i2c.h> +#include <hardware/clocks.h> + +#if (USE_FREERTOS == 1) +#include "FreeRTOS.h" +#include "FreeRTOSConfig.h" +#include "portmacro.h" +#include "projdefs.h" +#include "serial.hpp" +#include "task.h" +#include "semphr.h" +#endif + +#define IIM42653_I2C_ADDR 0x68 +#define IIM42653_CLOCK_SOURCE_SYSTEM 0x6 //Use system clock as source +#define IIM42653_CLOCK_DIVISOR 3125 //125MHz --> 40kHz + +// DEVICE_CONFIG [State Configuration, SPI mode and Reset] +#define R_IIM42653_DEVICE_CONFIG 0x11 +typedef union { + struct { + bool SOFT_RESET_CONFIG :1; //Enable/disable soft reset + uint8_t RESERVED :3; //Reserved + bool SPI_MODE :1; //SPI Mode (internal), 0/3 or 1/2 + uint8_t RESERVED_ :3; //Reserved + } fields; + uint8_t data; +} IIM42653_DEVICE_CONFIG; +#define b_IIM42653_DEVICE_CONFIG_ENABLE_SOFT_RESET 0b1 +#define b_IIM42653_DEVICE_CONFIG_DISABLE_SOFT_RESET 0b0 + +// DRIVE_CONFIG [Configuration, SPI/I2C Speed] +#define R_IIM42653_DRIVE_CONFIG 0x13 +typedef union { + struct { + uint8_t SPI_SLEW_RATE :3; //SPI slew rate on Pin 14 + uint8_t I2C_SLEW_RATE :3; //I2C slew rate on Pin 14 + uint8_t RESERVED :2; //Reserved + } fields; + uint8_t data; +} IIM42653_DRIVE_CONFIG; +#define B_IIM42653_DRIVE_CONFIG_SLEW_20_TO_60_nS 0x00 +#define B_IIM42653_DRIVE_CONFIG_SLEW_2_TO_6_nS 0x20 + +// TEMP_DATA1_UI - TEMP_DATA0_UI [Output, Temperature Sensor] +#define R_IIM42653_TEMP_DATA1_UI 0x1D +#define R_IIM42653_TEMP_DATA0_UI 0x1E + +// ACCEL_DATA_X1_UI - GYRO_DATA_Z0_UI [Output, 3-Axis Gyro and Accel Data] +#define R_IIM42653_ACCEL_DATA_X1_UI 0x1F +#define R_IIM42653_ACCEL_DATA_X0_UI 0x20 +#define R_IIM42653_ACCEL_DATA_Y1_UI 0x21 +#define R_IIM42653_ACCEL_DATA_Y0_UI 0x22 +#define R_IIM42653_ACCEL_DATA_Z1_UI 0x23 +#define R_IIM42653_ACCEL_DATA_Z0_UI 0x24 +#define R_IIM42653_GYRO_DATA_X1_UI 0x25 +#define R_IIM42653_GYRO_DATA_X0_UI 0x26 +#define R_IIM42653_GYRO_DATA_Y1_UI 0x27 +#define R_IIM42653_GYRO_DATA_Y0_UI 0x28 +#define R_IIM42653_GYRO_DATA_Z1_UI 0x29 +#define R_IIM42653_GYRO_DATA_Z0_UI 0x2A +#define S_IIM42653_ACCEL_SENSITIVITY_FACTOR 1024.0f +#define S_IIM42653_GYRO_SENSITIVITY_FACTOR 8.2f + +// PWR_MGMT0 [State Configuration, Sensor enabling] +#define R_IIM42653_PWR_MGMT0 0x4E +typedef union { + struct { + uint8_t ACCEL_MODE :2; //Accelerometer power mode + uint8_t GYRO_MODE :2; //Gyroscope power mode + bool IDLE :1; //Run RC oscillator even if Accel/Gyro are off + bool TEMP_DIS :1; //Disable the temperature sensor + bool S4S_ENABLE :1; //Enable synchronous timing control (???) with custom command + bool RESERVED :1; //Reserved + } fields; + uint8_t data; +} IIM42653_PWR_MGMT0; +#define B_IIM42653_PWR_MGMT0_ACCEL_MODE_OFF 0x00 +#define B_IIM42653_PWR_MGMT0_ACCEL_MODE_LOW_NOISE 0x03 +#define B_IIM42653_PWR_MGMT0_GYRO_MODE_OFF 0x00 +#define B_IIM42653_PWR_MGMT0_GYRO_MODE_LOW_NOISE 0x03 +#define B_IIM42653_PWR_MGMT0_TEMP_DISABLE 0b1 +#define B_IIM42653_PWR_MGMT0_TEMP_ENABLE 0b0 + +// GYRO_CONFIG0 [Configuration, Sensor FSR/ODR] +#define R_IIM42653_GYRO_CONFIG0 0x4F +typedef union { + struct { + uint8_t GYRO_ODR :4; //ODR, see datasheet for range + bool RESERVED :1; //Reserved + uint8_t GYRO_UI_FS_SEL :3; //FSR, see datasheet for range + } fields; + uint8_t data; +} IIM42653_GYRO_CONFIG0; +#define B_IIM42653_GYRO_CONFIG0_ODR_100HZ 0x08 +#define B_IIM42653_GYRO_CONFIG0_ODR_200HZ 0x07 +#define B_IIM42653_GYRO_CONFIG0_ODR_500HZ 0x0F +#define B_IIM42653_GYRO_CONFIG0_FSR_4000DPS 0x00 +#define B_IIM42653_GYRO_CONFIG0_FSR_250DPS 0x04 + +// ACCEL_CONFIG0 [Configuration, Sensor FSR/ODR] +#define R_IIM42653_ACCEL_CONFIG0 0x50 +typedef union { + struct { + uint8_t ACCEL_ODR :4; //ODR, see datasheet for range + bool RESERVED :1; //Reserved + uint8_t ACCEL_UI_FS_SEL :3; //FSR, see datasheet for range + } fields; + uint8_t data; +} IIM42653_ACCEL_CONFIG0; +#define B_IIM42653_ACCEL_CONFIG0_ODR_100HZ 0x08 +#define B_IIM42653_ACCEL_CONFIG0_ODR_200HZ 0x07 +#define B_IIM42653_ACCEL_CONFIG0_ODR_500HZ 0x0F +#define B_IIM42653_ACCEL_CONFIG0_FSR_32G 0x00 +#define B_IIM42653_ACCEL_CONFIG_FSR_4G 0x03 + +// WHO_AM_I [Validation] +#define R_IIM42653_WHO_AM_I 0x75 +#define B_IIM42653_WHO_AM_I_VALUE 0x56 + +#define IIM42653_SAMPLE_RATE_HZ 500 + +class IIM42653 { + public: + IIM42653(i2c_inst_t* i2c) : i2c {i2c} {}; + + void initialize(); + + void calibrate_gyro(); + + void sample(); + + void apply_gyro_offset(); + + int16_t get_ax() { return ax; } + int16_t get_ay() { return ay; } + int16_t get_az() { return az; } + int16_t get_gx() { return gx; } + int16_t get_gy() { return gy; } + int16_t get_gz() { return gz; } + + static float scale_accel(int16_t unscaled) { return ((float) unscaled) / S_IIM42653_ACCEL_SENSITIVITY_FACTOR; } + static float scale_gyro(int16_t unscaled) { return ((float) unscaled) / S_IIM42653_GYRO_SENSITIVITY_FACTOR; } + +#if ( USE_FREERTOS == 1 ) + static void update_iim42653_task(void* pvParameters); + + TaskHandle_t update_task_handle = NULL; +#endif + + private: + static int16_t sat_sub(int16_t a, int16_t b); + + const uint8_t addr = IIM42653_I2C_ADDR; + + i2c_inst_t* i2c; + + uint8_t buffer[16]; + + IIM42653_DEVICE_CONFIG device_config; + IIM42653_DRIVE_CONFIG drive_config; + IIM42653_PWR_MGMT0 pwr_mgmt0; + IIM42653_GYRO_CONFIG0 gyro_config0; + IIM42653_ACCEL_CONFIG0 accel_config0; + + //Internal data fields + int16_t bias_gx = 0, bias_gy = 0, bias_gz = 0; + int16_t raw_gx = 0, raw_gy = 0, raw_gz = 0; + int16_t ax, ay, az, gx, gy, gz; + + const int64_t n_gyro_bias_readings = 50; +}; diff --git a/include/imu.hpp b/include/imu.hpp deleted file mode 100644 index a1b72ef..0000000 --- a/include/imu.hpp +++ /dev/null @@ -1,207 +0,0 @@ -#pragma once - -#include <stdint.h> -#include "hardware/i2c.h" - -#include <Eigen/Dense> - - -#define BNO055_NUM_OFFSET_REGISTERS 22 - - -typedef enum { - CONFIG = 0x00, - ACCELERATON_ONLY = 0x01, - MAGNETOMETER_ONLY = 0x02, - GYROSCOPE_ONLY = 0x03, - ACCEL_MAG = 0x04, - ACCEL_GYRO = 0x05, - MAG_GYRO = 0x06, - ACCEL_MAG_GYRO = 0x07, - IMU_PLUS = 0x08, - COMPASS = 0x09, - M4G = 0x0A, - NDOF_FMC_OFF = 0x0B, - NDOF = 0x0C -} imu_opmode_t; - -typedef enum { - PAGE_ID = 0x07, - - CHIP_ID = 0x00, - ACCEL_REV_ID = 0x01, - MAG_REV_ID = 0x02, - GYRO_REV_ID = 0x03, - SW_REV_ID_LSB = 0x04, - SW_REV_ID_MSB = 0x05, - BL_REV_ID = 0x06, - - ACCELERATION_X_LSB = 0x08, - ACCELERATION_X_MSB = 0x09, - ACCELERATION_Y_LSB = 0x0A, - ACCELERATION_Y_MSB = 0x0B, - ACCELERATION_Z_LSB = 0x0C, - ACCELERATION_Z_MSB = 0x0D, - - MAGNETOMETER_X_LSB = 0x0E, - MAGNETOMETER_X_MSB = 0x0F, - MAGNETOMETER_Y_LSB = 0x10, - MAGNETOMETER_Y_MSB = 0x11, - MAGNETOMETER_Z_LSB = 0x12, - MAGNETOMETER_Z_MSB = 0x13, - - GYROSCOPE_X_LSB = 0x14, - GYROSCOPE_X_MSB = 0x15, - GYROSCOPE_Y_LSB = 0x16, - GYROSCOPE_Y_MSB = 0x17, - GYROSCOPE_Z_LSB = 0x18, - GYROSCOPE_Z_MSB = 0x19, - - EULER_H_LSB = 0x1A, - EULER_H_MSB = 0x1B, - EULER_R_LSB = 0x1C, - EULER_R_MSB = 0x1D, - EULER_P_LSB = 0x1E, - EULER_P_MSB = 0x1F, - - QUATERNION_W_LSB = 0x20, - QUATERNION_W_MSB = 0x21, - QUATERNION_X_LSB = 0x22, - QUATERNION_X_MSB = 0x23, - QUATERNION_Y_LSB = 0x24, - QUATERNION_Y_MSB = 0x25, - QUATERNION_Z_LSB = 0x26, - QUATERNION_Z_MSB = 0x27, - - LINEAR_ACCELERATION_X_LSB = 0x28, - LINEAR_ACCELERATION_X_MSB = 0x29, - LINEAR_ACCELERATION_Y_LSB = 0x2A, - LINEAR_ACCELERATION_Y_MSB = 0x2B, - LINEAR_ACCELERATION_Z_LSB = 0x2C, - LINEAR_ACCELERATION_Z_MSB = 0x2D, - - GRAVITY_X_LSB = 0x2E, - GRAVITY_X_MSB = 0x2F, - GRAVITY_Y_LSB = 0x30, - GRAVITY_Y_MSB = 0x31, - GRAVITY_Z_LSB = 0x32, - GRAVITY_Z_MSB = 0x33, - - TEMPERATURE = 0x34, - - CALIBRATION_STATUS = 0x35, - SELF_TEST_RESULT = 0x36, - INTERRUPT_STATUS = 0x37, - - SYS_CLK_STATUS = 0x38, - SYS_STATUS = 0x39, - SYS_ERROR = 0x3A, - - UNIT_SELECTION = 0x3B, - - OPERATION_MODE = 0x3D, - POWER_MODE = 0x3E, - - SYS_TRIGGER = 0x3F, - TEMP_SOURCE = 0x40, - - AXIS_MAP_CONFIG = 0x41, - AXIS_MAP_SIGN = 0x42, - - SIC_MATRIX_0_LSB = 0x43, - SIC_MATRIX_0_MSB = 0x44, - SIC_MATRIX_1_LSB = 0x45, - SIC_MATRIX_1_MSB = 0x46, - SIC_MATRIX_2_LSB = 0x47, - SIC_MATRIX_2_MSB = 0x48, - SIC_MATRIX_3_LSB = 0x49, - SIC_MATRIX_3_MSB = 0x4A, - SIC_MATRIX_4_LSB = 0x4B, - SIC_MATRIX_4_MSB = 0x4C, - SIC_MATRIX_5_LSB = 0x4D, - SIC_MATRIX_5_MSB = 0x4E, - SIC_MATRIX_6_LSB = 0x4F, - SIC_MATRIX_6_MSB = 0x50, - SIC_MATRIX_7_LSB = 0x51, - SIC_MATRIX_7_MSB = 0x52, - SIC_MATRIX_8_LSB = 0x53, - SIC_MATRIX_8_MSB = 0x54, - - ACCELERATION_OFFSET_X_LSB = 0x55, - ACCELERATION_OFFSET_X_MSB = 0x56, - ACCELERATION_OFFSET_Y_LSB = 0x57, - ACCELERATION_OFFSET_Y_MSB = 0x58, - ACCELERATION_OFFSET_Z_LSB = 0x59, - ACCELERATION_OFFSET_Z_MSB = 0x5A, - - MAGNETOMETER_OFFSET_X_LSB = 0x5B, - MAGNETOMETER_OFFSET_X_MSB = 0x5C, - MAGNETOMETER_OFFSET_Y_LSB = 0x5D, - MAGNETOMETER_OFFSET_Y_MSB = 0x5E, - MAGNETOMETER_OFFSET_Z_LSB = 0x5F, - MAGNETOMETER_OFFSET_Z_MSB = 0x60, - - GYROSCOPE_OFFSET_X_LSB = 0x61, - GYROSCOPE_OFFSET_X_MSB = 0x62, - GYROSCOPE_OFFSET_Y_LSB = 0x63, - GYROSCOPE_OFFSET_Y_MSB = 0x64, - GYROSCOPE_OFFSET_Z_LSB = 0x65, - GYROSCOPE_OFFSET_Z_MSB = 0x66, - - ACCEL_RADIUS_LSB = 0x67, - ACCEL_RADIUS_MSB = 0x68, - MAG_RADIUS_LSB = 0x69, - MAG_RADIUS_MSB = 0x6A, - - RESET_INTERRUPT = 0x01, - - NO_MOTION_INTERRUPT = 0x00, - SLOW_NO_MOTION_INTERRUPT = 0x01, - THRESHOLD_INTERRUPT = 0x02, -} imu_reg_t; - -typedef enum { - NORMAL = 0x00, - LOW_POWER = 0x01, - SUSPEND = 0x02 -} imu_power_mode_t; - -typedef struct { - uint8_t sys; - uint8_t gyro; - uint8_t accel; - uint8_t mag; -} calibration_status_t ; - -class imu { - private: - i2c_inst_t* inst; - uint8_t addr; - uint8_t id; - imu_opmode_t mode; - - uint8_t buffer[10]; - uint8_t accel_buffer[6]; - uint8_t quat_buffer[8]; - - void read_register(uint8_t reg, size_t len, uint8_t* buffer); - - public: - imu(i2c_inst_t* inst, uint8_t addr, uint8_t id, imu_opmode_t mode); - - void initialize(); - - void reset(); - - void linear_acceleration(Eigen::Vector3f& vec); - - void quaternion(Eigen::Vector4f& vec); - - void quaternion_euler(Eigen::Vector3f& angles, Eigen::Vector4f& quat); - - void calibration_status(calibration_status_t* status); - - uint32_t expose_acceleration_buffer(uint8_t** buffer); - - uint32_t expose_quaternion_buffer(uint8_t** buffer); -}; diff --git a/include/libfixkalman b/include/libfixkalman new file mode 160000 +Subproject 77d3e745793ce993a0c4fc01fa3982cb03ea631 diff --git a/include/libfixmath b/include/libfixmath new file mode 160000 +Subproject d308e466e1a09118d03f677c52e5fbf402f6fdd diff --git a/include/libfixmatrix b/include/libfixmatrix new file mode 160000 +Subproject a8d583e4fe1fa27ba2e0ec55970f73a1b1e6928 diff --git a/include/log_format.hpp b/include/log_format.hpp new file mode 100644 index 0000000..013f9a4 --- /dev/null +++ b/include/log_format.hpp @@ -0,0 +1,69 @@ +#pragma once + +#include <stdint.h> +#include <inttypes.h> + +#include "iim42653.hpp" +#include "adxl375.hpp" +#include "mmc5983ma.hpp" +#include "ms5607.hpp" +extern "C" { +#include "fix16.h" +} + + +#define PACKET_SIZE 64 +#define PAD_SECONDS 2 +#define LOG_RATE_HZ 100 +#define PAD_BUFFER_SIZE (PACKET_SIZE * PAD_SECONDS * LOG_RATE_HZ) + +typedef enum { + PAD = 0, + BOOST, + COAST, + APOGEE, + RECOVERY, + END +} state_t; + +typedef struct { + // 11 bytes General time and state data + uint64_t time_us :64; + state_t state :4; + uint16_t temperature_chip :12; + uint8_t deploy_percent :8; + + // 16 bytes MS5607 data + uint32_t pressure :24; // 3 + int32_t altitude :24; // 3 + int32_t altitude_filt :32; // 4 + int32_t velocity_filt:32; // 4 + int16_t temperature_alt :16; // 2 + + // 12 bytes IMU data + int16_t ax :16; + int16_t ay :16; + int16_t az :16; + int16_t gx :16; + int16_t gy :16; + int16_t gz :16; + + // 6 bytes MAG data + int16_t mag_x :16; + int16_t mag_y :16; + int16_t mag_z :16; + + // 6 bytes High G Accel data + int16_t high_g_x :16; + int16_t high_g_y :16; + int16_t high_g_z :16; + + // 12 bytes controls information + int32_t drag_force: 32; // 4 + int32_t apogee_prediction: 32; // 4 + int32_t desired_drag_force: 32; // 4 + + uint8_t data0: 8; +} __attribute__((packed)) log_entry_t; + +void print_log_entry(const uint8_t* entry); diff --git a/include/mmc5983ma.hpp b/include/mmc5983ma.hpp new file mode 100644 index 0000000..825db8d --- /dev/null +++ b/include/mmc5983ma.hpp @@ -0,0 +1,168 @@ +#pragma once + +#include "hardware/gpio.h" +#include "hardware/i2c.h" +#include "serial.hpp" + +#if ( DEBUG == 1 ) +#include <stdio.h> +#include <inttypes.h> +#include "pico/stdio.h" +#endif + +#if ( USE_FREERTOS == 1) +#include "FreeRTOS.h" +#include "FreeRTOSConfig.h" +#include "portmacro.h" +#include "projdefs.h" +#include "serial.hpp" +#include "task.h" +#include "semphr.h" +#endif + +#define MMC5983MA_I2C_ADDR 0x30 + +#define R_MMC5983MA_XOUT0 0x00 +#define R_MMC5983MA_XOUT1 0x01 +#define R_MMC5983MA_YOUT0 0x02 +#define R_MMC5983MA_YOUT1 0x03 +#define R_MMC5983MA_ZOUT0 0x04 +#define R_MMC5983MA_ZOUT1 0x05 +#define R_MMC5983MA_XYZOUT2 0x06 +#define R_MMC5983MA_TEMPERATURE_OUT 0x07 +#define S_MMC5983MA_SCALE_FACTOR_16BIT 4096 +#define S_MMC5983MA_SCALE_FACTOR_18BIT 16384 + +#define R_MMC5983MA_DEV_STATUS 0x08 +typedef union { + struct { + bool MEAS_M_DONE :1; + bool MEAS_T_DONE :1; + uint8_t RESERVED0 :2; + bool OTP_READ_DONE :1; + uint8_t RESERVED1 :3; + } fields; + uint8_t data; +} MMC5983MA_DEV_STATUS; + +#define R_MMC5983MA_INTERNAL_CTL0 0x09 +typedef union { + struct { + bool TAKE_MAG_MEAS :1; + bool TAKE_TEMP_MEAS :1; + bool MEAS_INT_ENABLE :1; + bool SET_CMD :1; + bool RESET_CMD :1; + bool AUTO_SR_ENABLE :1; + bool OTP_READ :1; + uint8_t RESERVED :1; + } fields; + uint8_t data; +} MMC5983MA_INTERNAL_CTL0; + +#define R_MMC5983MA_INTERNAL_CTL1 0x0A +typedef union { + struct { + uint8_t BANDWIDTH: 2; + bool X_INHIBIT: 1; + bool Y_INHIBIT: 1; + bool Z_INHIBIT: 1; + uint8_t RESERVED :2; + bool RESTART :1; + } fields; + uint8_t data; +} MMC5983MA_INTERNAL_CTL1; +#define B_MMC5983MA_BANDWIDTH_100HZ 0b00 +#define B_MMC5983MA_BANDWIDTH_200HZ 0b01 +#define B_MMC5983MA_BANDWIDTH_400HZ 0b10 +#define B_MMC5983MA_BANDWIDTH_800HZ 0b11 + +#define R_MMC5983MA_INTERNAL_CTL2 0x0B +typedef union { + struct { + bool CONTINUOUS_MODE_FREQ :3; + bool CONTINUOUS_MODE_ENABLE :1; + uint8_t PERIODIC_SET_RATE :3; + bool PERIODIC_SET_ENABLE :1; + } fields; + uint8_t data; +} MMC5983MA_INTERNAL_CTL2; +#define B_MMC5983_CONTINUOUS_MODE_OFF 0b000 +#define B_MMC5983_CONTINUOUS_MODE_FREQ_1HZ 0b001 +#define B_MMC5983_CONTINUOUS_MODE_FREQ_10HZ 0b010 +#define B_MMC5983_CONTINUOUS_MODE_FREQ_20HZ 0b011 +#define B_MMC5983_CONTINUOUS_MODE_FREQ_50HZ 0b100 +#define B_MMC5983_CONTINUOUS_MODE_FREQ_100HZ 0b101 +#define B_MMC5983_CONTINUOUS_MODE_FREQ_200HZ 0b110 +#define B_MMC5983_CONTINUOUS_MODE_FREQ_1000HZ 0b111 + +#define B_MMC5983_PERIODIC_SET_RATE_MEAS_TIMES_1 0b000 +#define B_MMC5983_PERIODIC_SET_RATE_MEAS_TIMES_25 0b001 +#define B_MMC5983_PERIODIC_SET_RATE_MEAS_TIMES_75 0b010 +#define B_MMC5983_PERIODIC_SET_RATE_MEAS_TIMES_100 0b011 +#define B_MMC5983_PERIODIC_SET_RATE_MEAS_TIMES_250 0b100 +#define B_MMC5983_PERIODIC_SET_RATE_MEAS_TIMES_500 0b101 +#define B_MMC5983_PERIODIC_SET_RATE_MEAS_TIMES_1000 0b110 +#define B_MMC5983_PERIODIC_SET_RATE_MEAS_TIMES_2000 0b111 + +#define R_MMC5983MA_INTERNAL_CTL3 0x0C +typedef union { + struct { + uint8_t RESERVED0 :1; + bool ST_ENABLE_POS_NEG :1; + bool ST_ENABLE_NEG_POS :1; + uint8_t RESERVED1 :3; + bool SPI_3_WIRE_ENABLE :1; + uint8_t RESERVED2 :1; + } fields; + uint8_t data; +} MMC5983MA_INTERNAL_CTL3; + +#define R_MMC5983MA_PRODUCT_ID 0x2F +#define B_MMC5983MA_PRODUCT_ID 0x30 + +#define MMC5983_SAMPLE_RATE_HZ 200 + +class MMC5983MA { + public: + MMC5983MA(i2c_inst_t* i2c) : i2c {i2c} {}; + + void initialize(); + + void calibrate(); + + void sample(); + + void apply_offset(); + + int16_t get_ax() { return ax; } + int16_t get_ay() { return ay; } + int16_t get_az() { return az; } + + static float scale_mag(int16_t unscaled) { return ((float) unscaled) / S_MMC5983MA_SCALE_FACTOR_16BIT; } + +#if (USE_FREERTOS == 1) + static void update_mmc5983ma_task(void* pvParameters); + + TaskHandle_t update_task_handle = NULL; +#endif + + private: + static int16_t sat_sub(int16_t a, int16_t b); + + const uint8_t addr = MMC5983MA_I2C_ADDR; + + i2c_inst_t* i2c; + + uint8_t buffer[16]; + + MMC5983MA_DEV_STATUS dev_status; + MMC5983MA_INTERNAL_CTL0 internal_ctl0; + MMC5983MA_INTERNAL_CTL1 internal_ctl1; + MMC5983MA_INTERNAL_CTL2 internal_ctl2; + MMC5983MA_INTERNAL_CTL3 internal_ctl3; + + int16_t offset_x = 0, offset_y = 0, offset_z = 0; + int16_t raw_x = 0, raw_y = 0, raw_z = 0; + int16_t ax = 0, ay = 0, az = 0; +}; diff --git a/include/ms5607.hpp b/include/ms5607.hpp new file mode 100644 index 0000000..d1bdd76 --- /dev/null +++ b/include/ms5607.hpp @@ -0,0 +1,133 @@ +#pragma once + +#include <stdint.h> + +#include "hardware/gpio.h" +#include "pico/stdlib.h" +#include "hardware/i2c.h" + +#include "pico/time.h" + +#if ( USE_FREERTOS == 1 ) +#include "FreeRTOS.h" +#include "FreeRTOSConfig.h" +#include "portmacro.h" +#include "projdefs.h" +#include "task.h" +#include "semphr.h" +#endif + +#define MS5607_I2C_ADDRESS 0x77 + +#define PROM_MANUFACTURER_RESERVED_ADDR 0x0 +#define PROM_CALIBRATION_COEFFICENT_1_ADDR 0x1 +#define PROM_CALIBRATION_COEFFICENT_2_ADDR 0x2 +#define PROM_CALIBRATION_COEFFICENT_3_ADDR 0x3 +#define PROM_CALIBRATION_COEFFICENT_4_ADDR 0x4 +#define PROM_CALIBRATION_COEFFICENT_5_ADDR 0x5 +#define PROM_CALIBRATION_COEFFICENT_6_ADDR 0x6 +#define PROM_CRC_ADDR 0x7 + +#define OSR_CONVERT_256 0x0 +#define OSR_CONVERT_512 0x1 +#define OSR_CONVERT_1024 0x2 +#define OSR_CONVERT_2048 0x3 +#define OSR_CONVERT_4096 0x4 + +#define OSR_256_CONVERSION_TIME_US 600 + +#define TYPE_UNCOMPENSATED_PRESSURE 0 +#define TYPE_UNCOMPENSATED_TEMPERATURE 1 + +#define RESET_COMMAND 0x1E + +#define ADC_READ_COMMAND 0x0 + +#define ALTITUDE_SCALE_F 10.0f +#define PRESSURE_SCALE_F 100.0f +#define TEMPERATURE_SCALE_F 100.0f + +#define ALTITUDE_SCALE 10 +#define PRESSURE_SCALE 100 +#define TEMPERATURE_SCALE 100 + +#define MS5607_SAMPLE_RATE_HZ 500 + +typedef union { + struct { + uint8_t RESERVED: 1; + uint8_t ADDR_OSR: 3; + uint8_t TYPE :1; + bool PROM2 :1; + bool CONVERT :1; + bool PROM: 1; + } fields; + uint8_t data; +} ms5607_cmd; + +typedef enum { + NOT_SAMPLING, + PRESSURE_CONVERT, + TEMPERATURE_CONVERT, + COMPENSATE +} sample_state_t; + +class MS5607 { + public: + MS5607(i2c_inst_t* i2c) : i2c {i2c} {}; + + void initialize(); + + void ms5607_write_cmd(ms5607_cmd* cmd); + + void ms5607_start_sample(); + + void ms5607_sample(); + + static int64_t ms5607_sample_callback(alarm_id_t id, void* user_data); +#if (USE_FREERTOS == 1) + static void ms5607_sample_handler(void* pvParameters); + static void update_ms5607_task(void* pvParameters); +#endif + + int32_t pressure_to_altitude(int32_t pressure); + + int32_t get_pressure() { return pressure; } + int32_t get_temperature() { return temperature; } + int32_t get_altitude() { return altitude; } + + void set_threshold_altitude(int32_t threshold_altitude, alarm_callback_t callback); + + void clear_threshold_altitude(); + +#if ( USE_FREERTOS == 1 ) + TaskHandle_t sample_handler_task_handle = NULL; + TaskHandle_t update_task_handle = NULL; +#endif + private: + void ms5607_compensate(); + + uint8_t buffer[3]; + + uint16_t prom[6]; + + uint32_t uncompensated_pressure; + uint32_t uncompensated_temperature; + + int32_t pressure; + + int32_t temperature; + + int32_t altitude; + + sample_state_t sample_state; + + int32_t threshold_altitude; + + alarm_callback_t threshold_callback = NULL; + + bool positive_crossing; + + i2c_inst_t* i2c; + const uint8_t addr = MS5607_I2C_ADDRESS; +}; diff --git a/include/ohio_test_data.h b/include/ohio_test_data.h new file mode 100644 index 0000000..7e372ef --- /dev/null +++ b/include/ohio_test_data.h @@ -0,0 +1,23352 @@ +#pragma once + +#include <fix16.h> +#include "pico/platform.h" + +const fix16_t __in_flash() altitude_test_data[] = { F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(-0.0999999999999943), + F16(-0.0999999999999943), + F16(-0.0999999999999943), + F16(-0.0999999999999943), + F16(-0.0999999999999943), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(-0.0999999999999943), + F16(-0.0999999999999943), + F16(-0.0999999999999943), + F16(-0.0999999999999943), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.0999999999999943), + F16(0), + F16(0), + F16(0), + F16(0.0999999999999943), + F16(0), + F16(0.0999999999999943), + F16(0), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.300000000000011), + F16(0.300000000000011), + F16(0.300000000000011), + F16(0.300000000000011), + F16(0.300000000000011), + F16(0.300000000000011), + F16(0.200000000000017), + F16(0.300000000000011), + F16(0.200000000000017), + F16(0.300000000000011), + F16(0.300000000000011), + F16(0.200000000000017), + F16(0.300000000000011), + F16(0.300000000000011), + F16(0.300000000000011), + F16(0.200000000000017), + F16(0.300000000000011), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.300000000000011), + F16(0.300000000000011), + F16(0.300000000000011), + F16(0.300000000000011), + F16(0.200000000000017), + F16(0.300000000000011), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.0999999999999943), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + F16(0.200000000000017), + 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Servo motor connected to GPIO PIN 32 (GP27) #define WRAP_VALUE 65535 #define CLOCK_DIV_RATE 38.15 #define SERVO_MIN 13 diff --git a/include/rp2040_micro.h b/include/rp2040_micro.h new file mode 100644 index 0000000..1ac6382 --- /dev/null +++ b/include/rp2040_micro.h @@ -0,0 +1,111 @@ +// ----------------------------------------------------- +// NOTE: THIS HEADER IS ALSO INCLUDED BY ASSEMBLER SO +// SHOULD ONLY CONSIST OF PREPROCESSOR DIRECTIVES +// ----------------------------------------------------- + + +#ifndef _BOARDS_RP2040_MICRO_H +#define _BOARDS_RP2040_MICRO_H + +// For board detection +#define RP2040_MICRO_H + +// --- UART --- +#ifndef PICO_DEFAULT_UART +#define PICO_DEFAULT_UART 0 +#endif +#ifndef PICO_DEFAULT_UART_TX_PIN +#define PICO_DEFAULT_UART_TX_PIN 12 +#endif +#ifndef PICO_DEFAULT_UART_RX_PIN +#define PICO_DEFAULT_UART_RX_PIN 13 +#endif + +// --- LED --- +#ifndef PICO_DEFAULT_LED_PIN +#define PICO_DEFAULT_LED_PIN 25 +#endif +// no PICO_DEFAULT_WS2812_PIN + +// --- I2C --- +#ifndef PICO_DEFAULT_I2C +#define PICO_DEFAULT_I2C 0 +#endif +#ifndef PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN +#define PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN 20 +#endif +#ifndef PICO_DEFAULT_I2C_SCL_PIN +#define PICO_DEFAULT_I2C_SCL_PIN 21 +#endif + +// --- SPI --- +#ifndef PICO_DEFAULT_SPI +#define PICO_DEFAULT_SPI 0 +#endif +#ifndef PICO_DEFAULT_SPI_SCK_PIN +#define PICO_DEFAULT_SPI_SCK_PIN 18 +#endif +#ifndef PICO_DEFAULT_SPI_TX_PIN +#define PICO_DEFAULT_SPI_TX_PIN 19 +#endif +#ifndef PICO_DEFAULT_SPI_RX_PIN +#define PICO_DEFAULT_SPI_RX_PIN 16 +#endif +#ifndef PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN +#define PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN 17 +#endif + +// --- MISC --- +#ifndef MICRO_DEFAULT_PWM +#define MICRO_DEFAULT_PWM 7 +#endif + +#ifndef MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE +#define MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE 4 +#endif + +#ifndef MICRO_DEFAULT_CLK_OUTPUT +#define MICRO_DEFAULT_CLK_OUTPUT 23 +#endif + +#ifndef MICRO_IMU_INTTERUPT +#define MICRO_IMU_INTERRUPT 22 +#endif + +#ifndef MICRO_ACCEL_INTERRUPT_0 +#define MICRO_ACCEL_INTERRUPT_0 19 +#endif + +#ifndef MICRO_ACCEL_INTERRUPT_1 +#define MICRO_ACCEL_INTERRUPT_1 18 +#endif + +#ifndef MICRO_MAG_INTERRUPT +#define MICRO_MAG_INTERRUPT 17 +#endif + +#ifndef MICRO_BUZZER +#define MICRO_BUZZER 0 +#endif + +// --- FLASH --- + +#define PICO_BOOT_STAGE2_CHOOSE_W25Q080 1 + +#ifndef PICO_FLASH_SPI_CLKDIV +#define PICO_FLASH_SPI_CLKDIV 2 +#endif + +#ifndef PICO_FLASH_SIZE_BYTES +#define PICO_FLASH_SIZE_BYTES (16 * 1024 * 1024) +#endif + +// Drive high to force power supply into PWM mode (lower ripple on 3V3 at light loads) +#define PICO_SMPS_MODE_PIN 23 + +// All boards have B1 RP2040 +#ifndef PICO_RP2040_B0_SUPPORTED +#define PICO_RP2040_B0_SUPPORTED 0 +#endif + +#endif diff --git a/include/serial.hpp b/include/serial.hpp new file mode 100644 index 0000000..68ca54a --- /dev/null +++ b/include/serial.hpp @@ -0,0 +1,86 @@ +#pragma once + +#include <stdlib.h> +#include <stdio.h> +#include <string.h> + +#include "pico/stdlib.h" +#include "pico/stdio.h" + +/* Kernel includes. */ +#include "FreeRTOS.h" +#include "FreeRTOSConfig.h" +#include "portmacro.h" +#include "projdefs.h" +#include "task.h" +#include "semphr.h" + +typedef struct { + const char* name; + const size_t len; + void (*function)(); +} command_t; + + +void serial_task( void *pvParameters ); +int input_line(char *buffer, size_t len); + +void info_cmd_func(); +void help_cmd_func(); +void top_cmd_func(); +void clear_cmd_func(); +void reset_cmd_func(); + +static const char* logo = \ +"\n\e[0;37m#####################################################################################\n\ +# \e[0;33m= \e[0;37m#\n\ +# \e[0;33m= \e[0;37m#\n\ +# \e[0;33m= \e[0;37m#\n\ +# #\n\ +# \e[0;31m# \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m# \e[0;37m#\n\ +# \e[0;33m========== \e[0;31m## \e[0;37m#\n\ +# \e[0;33m========== ===\e[0;31m### \e[0;37m#\n\ +# \e[0;33m======= \e[0;31m### \e[0;33m===== \e[0;37m#\n\ +# \e[0;33m====== \e[0;31m### \e[0;33m===== \e[0;37m#\n\ +# \e[0;33m====== \e[0;31m### \e[0;33m===== \e[0;37m#\n\ +# \e[0;33m====== \e[0;31m### \e[0;33m===== \e[0;37m#\n\ +# \e[0;33m====== \e[0;31m### \e[0;33m===== \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m######### \e[0;33m===== \e[0;31m#### \e[0;33m==== \e[0;31m######## \e[0;37m #\n\ +# \e[0;31m########## ##### ######### \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m##################################### ##### ################################ \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m#################################### ##### ################################ \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m############# ## ## ## ## ###### ## ## ### ## ############## \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m############# ## ## ## ## ###### ## ## ### ## ############## \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m############# ## ## ## ## ##### ## ## ### ## ############## \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m############################### ###### #################################### \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m############################## ####### ################################ \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m################### ####### #################### \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m############# ######## ############## \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m############ ######### ############## \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m############ ########### ############## \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m############ ############# ############## \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m############ ################## ############## \e[0;37m#\n\ +# \e[0;31m############ ######################### ############## \e[0;37m#\n\ +# \e[0;37m#\n\ +#####################################################################################\n"; + +#define NUM_BASE_CMDS 5 +const command_t base_commands[] = { {.name = "help", + .len = 4, + .function = &help_cmd_func}, + {.name = "info", + .len = 4, + .function = &info_cmd_func}, + {.name = "clear", + .len = 5, + .function = &clear_cmd_func}, + {.name = "top", + .len = 3, + .function = &top_cmd_func}, + {.name = "reset", + .len = 5, + .function = &reset_cmd_func}}; + +extern const size_t num_user_cmds; +extern const command_t user_commands[]; diff --git a/include/spi_flash.h b/include/spi_flash.h deleted file mode 100644 index d3c0247..0000000 --- a/include/spi_flash.h +++ /dev/null @@ -1,55 +0,0 @@ -#ifndef SPI_FLASH -#define SPI_FLASH - -#include <stdint.h> -#include "hardware/spi.h" -#include "boards/pico_w.h" -#include "pico/stdlib.h" - -#ifdef __cplusplus -extern "C" { -#endif - -#define FLASH_PAGE_SIZE 256 -#define FLASH_NUM_PAGES 32768 -#define FLASH_SECTOR_SIZE 4096 -#define FLASH_BLOCK_SIZE 65536 -#define FLASH_PHYS_SIZE (FLASH_PAGE_SIZE * FLASH_NUM_PAGES) - -#define FLASH_CMD_PAGE_PROGRAM 0x02 -#define FLASH_CMD_READ 0x03 -#define FLASH_CMD_STATUS 0x05 -#define FLASH_CMD_WRITE_EN 0x06 -#define FLASH_CMD_SECTOR_ERASE 0x20 -#define FLASH_CMD_BLOCK_ERASE 0xD8 -#define FLASH_CMD_CHIP_ERASE 0xC7 - -#define FLASH_STATUS_BUSY_MASK 0x01 - -// #define FLASH_TEST - -#define PACKET_SIZE 32 - - -static uint8_t page_buffer[FLASH_PAGE_SIZE]; -static uint32_t base_addr = 0; - -void write_entry(uint8_t* data_entry); - -void __not_in_flash_func(flash_read)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin, uint32_t addr, uint8_t *dest, size_t len); - - -void __not_in_flash_func(flash_write_enable)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin); -void __not_in_flash_func(flash_page_program)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin, uint32_t addr, uint8_t* src); -void __not_in_flash_func(flash_write)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin, uint32_t addr, uint8_t* src, size_t size); - -void __not_in_flash_func(flash_wait_done)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin); - -void __not_in_flash_func(flash_sector_erase)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin, uint32_t addr); -void __not_in_flash_func(flash_block_erase)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin, uint32_t addr); -void __not_in_flash_func(flash_erase)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin); - -#ifdef __cplusplus -} -#endif -#endif diff --git a/notes.txt b/notes.txt new file mode 100644 index 0000000..c1e7604 --- /dev/null +++ b/notes.txt @@ -0,0 +1,15 @@ ++ADXL375_AXIS_ALONG = +X ++ADXL375_AXIS_ACROSS = +Y ++ADXL375_AXIS_THROUGH = -Z + ++MMC5983MA_AXIS_ALONG = -Y ++MMC5983MA_AXIS_ACROSS = +X ++MMC5983MA_AXIS_THROUGH = +Z + ++IIM42653_AXIS_ALONG = +Y ++IIM42653_AXIS_ACROSS = -X ++IIM42653_AXIS_THROUGH = -Z + ++IIM42653_AXIS_ROLL = +Y ++IIM42653_AXIS_PITCH = -X ++IIM42653_AXIS_YAW = -Z diff --git a/src/CMakeLists.txt b/src/CMakeLists.txt index e372541..9aedf74 100644 --- a/src/CMakeLists.txt +++ b/src/CMakeLists.txt @@ -1,17 +1,27 @@ -add_executable(ads - active_drag_system.cpp - spi_flash.c - imu.cpp - pwm.cpp - altimeter.cpp - kalman_filter.cpp +add_executable(active_drag_system + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/active_drag_system.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/ms5607.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/adxl375.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/iim42653.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/mmc5983ma.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/pwm.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/log_format.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/heartbeat.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/serial.cpp ) -target_link_libraries(ads pico_stdlib pico_multicore pico_sync hardware_i2c hardware_spi hardware_pwm hardware_adc pico_cyw43_arch_none ${Eigen_LIBRARIES}) -target_include_directories(ads PUBLIC ../include) +pico_set_binary_type(active_drag_system copy_to_ram) -pico_enable_stdio_usb(ads 0) -pico_enable_stdio_uart(ads 0) +target_link_libraries(active_drag_system pico_stdlib pico_logger pico_flash pico_rand pico_multicore pico_sync hardware_i2c hardware_adc hardware_timer hardware_pwm FreeRTOS-Kernel FreeRTOS-Kernel-Heap4 libfixmath libfixmatrix libfixkalman) +target_include_directories(active_drag_system PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include) +target_compile_definitions(active_drag_system PRIVATE + USE_FREERTOS=1 + # DEBUG=1 + PICO_STDIO_STACK_BUFFER_SIZE=64 # use a small printf on stack buffer +) + +pico_enable_stdio_usb(active_drag_system 1) +pico_enable_stdio_uart(active_drag_system 0) -pico_add_extra_outputs(ads) +pico_add_extra_outputs(active_drag_system) diff --git a/src/active_drag_system.cpp b/src/active_drag_system.cpp index 6f5d57e..ce898bb 100644 --- a/src/active_drag_system.cpp +++ b/src/active_drag_system.cpp @@ -1,436 +1,845 @@ -#include "cyw43_configport.h" -#include "pico/multicore.h" -#include "pico/platform.h" -#include "pico/sem.h" -#include "boards/pico_w.h" +#include <pico.h> +#include <stdlib.h> +#include <stdio.h> +#include <string.h> +#include <inttypes.h> + #include "hardware/gpio.h" #include "hardware/i2c.h" #include "hardware/adc.h" +#include <hardware/timer.h> +#include "pico/rand.h" #include "pico/stdlib.h" +#include "pico/stdio.h" +#include "pico/multicore.h" #include "pico/time.h" -#include "pico/types.h" -#include "pico/cyw43_arch.h" -#include <inttypes.h> -#include <math.h> +#include <pico/error.h> +#include <pico/types.h> +#include "math.h" + +#include "FreeRTOS.h" +#include "FreeRTOSConfig.h" +#include "portmacro.h" +#include "projdefs.h" +#include "serial.hpp" +#include "task.h" +#include "semphr.h" + +extern "C" { +#include <fix16.h> +#include <fixmatrix.h> +#include <fixkalman.h> +} +#include "adxl375.hpp" +#include "ms5607.hpp" +#include "iim42653.hpp" +#include "mmc5983ma.hpp" #include "pwm.hpp" -#include "imu.hpp" -#include "altimeter.hpp" -#include "kalman_filter.hpp" -#include "spi_flash.h" - -#define MPL3115A2_ADDR 0x60 - -#define BNO055_ADDR 0x28 -#define BNO055_ID 0xA0 - -#define MAX_SCL 400000 -#define DATA_RATE_HZ 100 -#define LOOP_PERIOD (1.0f / DATA_RATE_HZ) -#define INT1_PIN 6 // INT1 PIN on MPL3115A2 connected to GPIO PIN 9 (GP6) -#define MOSFET_PIN 26 // MOSFET PIN connected to GPIO PIN 31 (GP26) - -#define LOG_RATE_HZ 8 -#define HEART_RATE_HZ 5 - -#define MOTOR_BURN_TIME 3900 // Burn time in milliseconds for M2500T - -#define PAD_SECONDS 8 -#define PAD_BUFFER_SIZE (PACKET_SIZE * LOG_RATE_HZ * PAD_SECONDS) - -typedef enum { - PAD = 0, - BOOST, - COAST, - APOGEE, - RECOVERY, - END -} state_t; +#include "pico_logger.h" +#include "log_format.hpp" +#include "serial.hpp" +#include "heartbeat.hpp" + +/****************************** FREERTOS **************************************/ +#define SENSOR_EVENT_HANDLER_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 7 ) +#define SENSOR_SAMPLE_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 6 ) +#define KALMAN_TASK_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 6 ) +#define ROCKET_TASK_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 4 ) +#define ROCKET_EVENT_HANDLER_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 3 ) +#define HEARTBEAT_TASK_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 2 ) +#define LOGGING_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 2 ) +#define SERIAL_TASK_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 1 ) + +void vApplicationTickHook(void) { /* optional */ } +void vApplicationMallocFailedHook(void) { /* optional */ } +void vApplicationStackOverflowHook(TaskHandle_t xTask, char *pcTaskName) { for( ;; ); } + +static void logging_task(void* pvParameters); + +#define ROCKET_TASK_RATE_HZ 50 +volatile TaskHandle_t rocket_task_handle = NULL; +static void rocket_task(void* pvParameters); + +#define KALMAN_TASK_RATE_HZ 50 +volatile TaskHandle_t kalman_task_handle = NULL; +static void kalman_task(void* pvParameters); + +int64_t launch_event_callback(alarm_id_t id, void* user_data); +int64_t coast_event_callback(alarm_id_t id, void* user_data); +int64_t end_event_callback(alarm_id_t id, void* user_data); + +volatile TaskHandle_t launch_event_handler_task_handle = NULL; +volatile TaskHandle_t coast_event_handler_task_handle = NULL; +volatile TaskHandle_t end_event_handler_task_handle = NULL; +static void launch_event_handler_task(void* pvParameters); +static void coast_event_handler_task(void* pvParameters); +static void end_event_handler_task(void* pvParameters); + +/****************************** FREERTOS **************************************/ + +/****************************** SERIAL CONSOLE ********************************/ +static void read_cmd_func(); +static void write_cmd_func(); +static void erase_cmd_func(); +static void show_cmd_func(); +static void deploy_cmd_func(); +static void kalman_cmd_func(); + +const char* executeable_name = "active-drag-system.uf2"; +const size_t num_user_cmds = 6; +const command_t user_commands[] = { {.name = "read", + .len = 4, + .function = &read_cmd_func}, + {.name = "write", + .len = 5, + .function = &write_cmd_func}, + {.name = "erase", + .len = 5, + .function = &erase_cmd_func}, + {.name = "show", + .len = 4, + .function = &show_cmd_func}, + {.name = "deploy", + .len = 6, + .function = &deploy_cmd_func}, + {.name = "kalman", + .len = 6, + .function = &kalman_cmd_func} }; +/****************************** SERIAL CONSOLE ********************************/ + +/****************************** LOGGING ***************************************/ +volatile bool use_circular_buffer = true; +volatile TaskHandle_t logging_handle = NULL; +volatile log_entry_t log_entry; + +Logger logger(PACKET_SIZE, LOG_BASE_ADDR, print_log_entry); + +static void populate_log_entry(log_entry_t* log_entry); +/****************************** LOGGING ***************************************/ + +volatile bool serial_data_output = false; + +MS5607 alt(i2c_default); +ADXL375 adxl375(i2c_default); +IIM42653 iim42653(i2c_default); +MMC5983MA mmc5983ma(i2c_default); PWM pwm; -kalman_filter *kf; -VectorXf control(1); -VectorXf measurement(1); -VectorXf res(2); - -void pad_callback(uint gpio, uint32_t event_mask); -int64_t boost_callback(alarm_id_t id, void* user_data); -int64_t apogee_callback(alarm_id_t id, void* user_data); -int64_t coast_callback(alarm_id_t id, void* user_data); -void recovery_callback(uint gpio, uint32_t event_mask); -float get_deploy_percent(float velocity, float altitude); - -bool timer_callback(repeating_timer_t *rt); - -void populate_entry(); -bool logging_buffer_callback(repeating_timer_t *rt); -bool logging_flash_callback(repeating_timer_t *rt); -bool heartbeat_callback(repeating_timer_t *rt); -void logging_core(); - -semaphore_t sem; - -volatile float altitude = 0.0f; -volatile float velocity = 0.0f; -volatile state_t state = PAD; -volatile float threshold_altitude = 30.0f; -volatile float threshold_velocity = 30.0f; -volatile uint8_t deployment_percent = 0; -volatile uint8_t led_counter; -volatile uint32_t pad_buffer_offset = 0; -Eigen::Vector3f linear_acceleration; -Eigen::Vector4f quaternion; -Eigen::Vector3f euler_angles; - -volatile calibration_status_t calib_status; - -repeating_timer_t data_timer; -repeating_timer_t log_timer; -repeating_timer_t heartbeat_timer; - -float ground_altitude = 0.0f; +#define MOTOR_BURN_TIME 6200 +volatile state_t rocket_state = PAD; +volatile uint8_t deployment_percent = 0; -altimeter altimeter(i2c_default, MPL3115A2_ADDR); -imu imu(i2c_default, BNO055_ADDR, BNO055_ID, NDOF); +volatile int32_t ground_altitude = 0; +volatile int32_t threshold_altitude = 30; + +/****************************** KALMAN ****************************************/ +#define KALMAN_NAME verticality +#define KALMAN_NUM_STATES 2 +#define KALMAN_NUM_INPUTS 1 +kalman16_t kf; + +#define KALMAN_MEASUREMENT_NAME altitude +#define KALMAN_NUM_MEASUREMENTS 1 +kalman16_observation_t kfm; + +#define matrix_set(matrix, row, column, value) \ + matrix->data[row][column] = value + +#define matrix_set_symmetric(matrix, row, column, value) \ + matrix->data[row][column] = value; \ + matrix->data[column][row] = value + +#ifndef FIXMATRIX_MAX_SIZE +#error FIXMATRIX_MAX_SIZE must be defined and greater or equal to the number of states, inputs and measurements. +#endif + +#if (FIXMATRIX_MAX_SIZE < KALMAN_NUM_STATES) || (FIXMATRIX_MAX_SIZE < KALMAN_NUM_INPUTS) || (FIXMATRIX_MAX_SIZE < KALMAN_NUM_MEASUREMENTS) +#error FIXMATRIX_MAX_SIZE must be greater or equal to the number of states, inputs and measurements. +#endif + +static void kalman_verticality_init() { + /************************************************************************/ + /* initialize the filter structures */ + /************************************************************************/ + kalman_filter_initialize(&kf, KALMAN_NUM_STATES, KALMAN_NUM_INPUTS); + kalman_observation_initialize(&kfm, KALMAN_NUM_STATES, KALMAN_NUM_MEASUREMENTS); + + /************************************************************************/ + /* set initial state */ + /************************************************************************/ + mf16 *x = kalman_get_state_vector(&kf); + x->data[0][0] = 0; // s_i + x->data[1][0] = 0; // v_i + + /************************************************************************/ + /* set state transition */ + /************************************************************************/ + mf16 *A = kalman_get_state_transition(&kf); + + // set time constant +#if (DEBUG == 1) + const fix16_t T = fix16_from_float(0.02f); +#else + const fix16_t T = fix16_from_float(0.02f); +#endif + const fix16_t Tsquare = fix16_sq(T); + + // helper + const fix16_t fix16_half = fix16_from_float(0.5); + + // transition of x to s + matrix_set(A, 0, 0, fix16_one); // 1 + matrix_set(A, 0, 1, T); // T + + // transition of x to v + matrix_set(A, 1, 0, 0); // 0 + matrix_set(A, 1, 1, fix16_one); // 1 + + + /************************************************************************/ + /* set covariance */ + /************************************************************************/ + mf16 *P = kalman_get_system_covariance(&kf); + +// matrix_set_symmetric(P, 0, 0, fix16_half); // var(s) +// matrix_set_symmetric(P, 0, 1, 0); // cov(s,v) +// matrix_set_symmetric(P, 0, 2, 0); // cov(s,g) +// +// matrix_set_symmetric(P, 1, 1, fix16_one); // var(v) +// matrix_set_symmetric(P, 1, 2, 0); // cov(v,g) +// +// matrix_set_symmetric(P, 2, 2, fix16_one); // var(g) + + /************************************************************************/ + /* set input covariance */ + /************************************************************************/ + mf16 *Q = kalman_get_input_covariance(&kf); +// mf16_fill_diagonal(Q, fix16_one); + mf16_mul_bt(Q, A, A); + mf16_mul_s(Q, Q, fix16_from_int(10*10)); + + /************************************************************************/ + /* set control input transformation */ + /************************************************************************/ + mf16 *B = kalman_get_input_transition(&kf); + matrix_set(B, 0, 0, fix16_mul(fix16_half, Tsquare)); // u = 0*s + matrix_set(B, 1, 0, T); // + 0*v + + /************************************************************************/ + /* set measurement transformation */ + /************************************************************************/ + mf16 *H = kalman_get_observation_transformation(&kfm); + matrix_set(H, 0, 0, fix16_one); // z = 1*s + matrix_set(H, 0, 1, 0); // + 0*v + + /************************************************************************/ + /* set process noise */ + /************************************************************************/ + mf16 *R = kalman_get_observation_process_noise(&kfm); + + matrix_set(R, 0, 0, fix16_from_int(36)); // var(s) +} -uint8_t *altimeter_buffer; -uint8_t *acceleration_buffer; -uint8_t *quaternion_buffer; +volatile bool derate_baro_sensor = false; +const fix16_t baro_velocity_derate = F16(160.f); + +volatile fix16_t altitude_filt = 0; +volatile fix16_t velocity_filt = 0; + +volatile fix16_t drag_force = 0; +volatile fix16_t apogee_prediction = 0; +volatile fix16_t desired_drag_force = 0; +volatile fix16_t desired_deployment = 0; + +void kalman_update(fix16_t altitude, fix16_t vertical_acceleration) { + static mf16* control = kalman_get_input_vector(&kf); + static mf16* measurement = kalman_get_observation_vector(&kfm); + static mf16* Q = kalman_get_input_covariance(&kf); + static mf16 *R = kalman_get_observation_process_noise(&kfm); + static mf16* state_vector = kalman_get_state_vector(&kf); + + if (state_vector->data[1][0] >= baro_velocity_derate && !derate_baro_sensor) { + mf16_div_s(Q, Q, fix16_from_int(3)); + mf16_mul_s(R, R, fix16_from_int(4)); + derate_baro_sensor = true; + } else if (state_vector->data[1][0] < baro_velocity_derate && derate_baro_sensor) { + mf16_mul_s(Q, Q, fix16_from_int(3)); + mf16_div_s(R, R, fix16_from_int(4)); + derate_baro_sensor = false; + } + matrix_set(control, 0, 0, vertical_acceleration); + kalman_predict(&kf); + matrix_set(measurement, 0, 0, altitude); + kalman_correct(&kf, &kfm); +} -uint8_t entry_buffer[PACKET_SIZE]; +fix16_t calculate_drag_force(fix16_t deployment_percentage, fix16_t vertical_velocity); +fix16_t predict_apogee(fix16_t altitude, fix16_t vertical_velocity, fix16_t drag_force); +fix16_t calculate_deployment_percentage(fix16_t drag_force, fix16_t vertical_velocity); +fix16_t calculate_desired_drag_force(fix16_t altitude, fix16_t vertical_velocity); -uint8_t *pad_buffer; +/****************************** KALMAN ****************************************/ int main() { + stdio_init_all(); + adc_init(); adc_set_temp_sensor_enabled(true); - cyw43_arch_init(); + heartbeat_initialize(PICO_DEFAULT_LED_PIN); - i2c_init(i2c_default, MAX_SCL); + i2c_init(i2c_default, 400000); gpio_set_function(PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN, GPIO_FUNC_I2C); gpio_set_function(PICO_DEFAULT_I2C_SCL_PIN, GPIO_FUNC_I2C); - gpio_pull_up(PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN); - gpio_pull_up(PICO_DEFAULT_I2C_SCL_PIN); - - // Enable SPI 0 at 60 MHz and connect to GPIOs - spi_init(spi_default, 1000 * 1000 * 60); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_SPI_RX_PIN, GPIO_FUNC_SPI); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_SPI_TX_PIN, GPIO_FUNC_SPI); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_SPI_SCK_PIN, GPIO_FUNC_SPI); - - // Chip select is active-low, so we'll initialise it to a driven-high state - gpio_init(PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN); - gpio_set_dir(PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, GPIO_OUT); - gpio_put(PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, 1); - - gpio_init(INT1_PIN); - gpio_pull_up(INT1_PIN); - - alarm_pool_init_default(); - altimeter.initialize(30.0f, INT1_PIN, &pad_callback); + gpio_init(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE); + gpio_set_dir(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, GPIO_OUT); + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 0); + + sleep_ms(2500); + + info_cmd_func(); + stdio_flush(); - imu.initialize(); - imu.linear_acceleration(linear_acceleration); - imu.quaternion(quaternion); - imu.quaternion_euler(euler_angles, quaternion); + logger.initialize(true); + logger.initialize_circular_buffer(PAD_BUFFER_SIZE); + alt.initialize(); + sleep_ms(500); + adxl375.initialize(); + sleep_ms(500); + iim42653.initialize(); + sleep_ms(500); + mmc5983ma.initialize(); + sleep_ms(500); pwm.init(); - // Initialize MOSFET - gpio_init(MOSFET_PIN); - gpio_set_dir(MOSFET_PIN, GPIO_OUT); + kalman_verticality_init(); - cyw43_arch_gpio_put(CYW43_WL_GPIO_LED_PIN, 1); + xTaskCreate(heartbeat_task, "heartbeat", 256, NULL, HEARTBEAT_TASK_PRIORITY, NULL); + xTaskCreate(serial_task, "serial", 8192, NULL, SERIAL_TASK_PRIORITY, NULL); - pad_buffer = (uint8_t*)malloc(PAD_BUFFER_SIZE); + xTaskCreate(MS5607::update_ms5607_task, "update_ms5607", 256, &alt, SENSOR_SAMPLE_PRIORITY, &(alt.update_task_handle)); + xTaskCreate(ADXL375::update_adxl375_task, "update_adxl375", 256, &adxl375, SENSOR_SAMPLE_PRIORITY, &(adxl375.update_task_handle)); + xTaskCreate(IIM42653::update_iim42653_task, "update_iim42653", 256, &iim42653, SENSOR_SAMPLE_PRIORITY, &(iim42653.update_task_handle)); + xTaskCreate(MMC5983MA::update_mmc5983ma_task, "update_mmc5983ma", 256, &mmc5983ma, SENSOR_SAMPLE_PRIORITY, &(mmc5983ma.update_task_handle)); - // Initialize Kalman Filter - kf = new kalman_filter(2, 1, 1, 0.01); - VectorXf state_vec(2); - MatrixXf state_cov(2, 2); - state_vec << altimeter.get_altitude_converted(), linear_acceleration.z(); - state_cov << 0.018, 0.0, 0.0, 0.0005; - kf->state_initialize(state_vec, state_cov); - ground_altitude = altimeter.get_altitude_converted(); + xTaskCreate(MS5607::ms5607_sample_handler, "ms5607_sample_handler", 256, &alt, SENSOR_EVENT_HANDLER_PRIORITY, &(alt.sample_handler_task_handle)); - altimeter.expose_buffer(&altimeter_buffer); - imu.expose_acceleration_buffer(&acceleration_buffer); - imu.expose_quaternion_buffer(&quaternion_buffer); + xTaskCreate(rocket_task, "rocket_task", 512, NULL, SENSOR_SAMPLE_PRIORITY, const_cast<TaskHandle_t *>(&rocket_task_handle)); +#if (DEBUG != 1) + xTaskCreate(kalman_task, "kalman_task", 512, NULL, KALMAN_TASK_PRIORITY, const_cast<TaskHandle_t *>(&kalman_task_handle)); + vTaskCoreAffinitySet(kalman_task_handle, 0x01); +#endif + vTaskCoreAffinitySet( alt.update_task_handle, 0x01 ); + vTaskCoreAffinitySet( adxl375.update_task_handle, 0x01 ); + vTaskCoreAffinitySet( iim42653.update_task_handle, 0x01 ); + vTaskCoreAffinitySet( mmc5983ma.update_task_handle, 0x01 ); - sem_init(&sem, 1, 1); + vTaskCoreAffinitySet(rocket_task_handle, 0x01); - add_repeating_timer_us(-1000000 / DATA_RATE_HZ, &timer_callback, NULL, &data_timer); + vTaskCoreAffinitySet( alt.sample_handler_task_handle, 0x01 ); - multicore_launch_core1(logging_core); + xTaskCreate(logging_task, "logging", 256, NULL, LOGGING_PRIORITY, const_cast<TaskHandle_t *>(&logging_handle)); + vTaskCoreAffinitySet(logging_handle, 0x02); + + vTaskStartScheduler(); while (1) { tight_loop_contents(); } } -// PRIMARY THREAD RELATED FUNCTIONS AND CALLBACKS -//=============================================================================== - -bool timer_callback(repeating_timer_t *rt) { - sem_acquire_blocking(&sem); - imu.linear_acceleration(linear_acceleration); - imu.quaternion(quaternion); - - control(0) = linear_acceleration.z(); - measurement(0) = altimeter.get_altitude_converted(); - res = kf->run(control, measurement, 0.01f); - altitude = res(0); - velocity = res(1); - - - deployment_percent = (uint8_t)(std::min(std::max(30.0f, get_deploy_percent(velocity, (altitude - ground_altitude))), 100.0f)); - - switch(state) { - case PAD: - gpio_put(MOSFET_PIN, 0); - pwm.set_servo_percent(0); - deployment_percent = 0; - break; - case BOOST: - gpio_put(MOSFET_PIN, 1); - pwm.set_servo_percent(0); - deployment_percent = 0; - break; - case COAST: - gpio_put(MOSFET_PIN, 1); - pwm.set_servo_percent(deployment_percent); - break; - case APOGEE: - gpio_put(MOSFET_PIN, 1); - pwm.set_servo_percent(0); - deployment_percent = 0; - break; - case RECOVERY: - gpio_put(MOSFET_PIN, 1); - pwm.set_servo_percent(0); - deployment_percent = 0; - break; - case END: - gpio_put(MOSFET_PIN, 1); - pwm.set_servo_percent(0); - deployment_percent = 0; - break; - } - sem_release(&sem); - return true; +/****************************** LOGGING ***************************************/ +static void populate_log_entry(log_entry_t* log_entry) { + log_entry->time_us = time_us_64(); + + adc_select_input(4); + log_entry->temperature_chip = adc_read(); + log_entry->state = rocket_state; + log_entry->deploy_percent = deployment_percent; + log_entry->pressure = alt.get_pressure(); + log_entry->altitude = alt.get_altitude(); + log_entry->altitude_filt = altitude_filt; + log_entry->velocity_filt = velocity_filt; + log_entry->temperature_alt = alt.get_temperature(); + + log_entry->ax = iim42653.get_ax(); + log_entry->ay = iim42653.get_ay(); + log_entry->az = iim42653.get_az(); + log_entry->gx = iim42653.get_gx(); + log_entry->gy = iim42653.get_gy(); + log_entry->gz = iim42653.get_gz(); + + log_entry->mag_x = mmc5983ma.get_ax(); + log_entry->mag_y = mmc5983ma.get_ay(); + log_entry->mag_z = mmc5983ma.get_az(); + + log_entry->high_g_x = adxl375.get_ax(); + log_entry->high_g_y = adxl375.get_ay(); + log_entry->high_g_z = adxl375.get_az(); + + log_entry->drag_force = drag_force; + log_entry->apogee_prediction = apogee_prediction; + log_entry->desired_drag_force = desired_drag_force; + + log_entry->data0 = get_rand_32(); } -/** - * @brief Call back function for when rocket is on the pad - * - * @param gpio pin number of interrupt - * @param event_mask interrupt condition, value is set by PICO_SDK - * GPIO_IRQ_LEVEL_LOW = 0x1u, - * GPIO_IRQ_LEVEL_HIGH = 0x2u, - * GPIO_IRQ_EDGE_FALL = 0x4u, - * GPIO_IRQ_EDGE_RISE = 0x8u, - * @link https://www.raspberrypi.com/documentation/pico-sdk/hardware/gpio.html#ga6347e27da3ab34f1ea65b5ae16ab724f - */ -void pad_callback(uint gpio, uint32_t event_mask) { - sem_acquire_blocking(&sem); - altimeter.unset_threshold_altitude(INT1_PIN); - state = BOOST; - sem_release(&sem); - // start motor burn timer with boost transition function as callback - add_alarm_in_ms(MOTOR_BURN_TIME, &boost_callback, NULL, false); +static void logging_task(void* pvParameters) { + TickType_t xLastWakeTime; + const TickType_t xFrequency = pdMS_TO_TICKS(1000 / LOG_RATE_HZ); + + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + while (1) { + vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency); + populate_log_entry(const_cast<log_entry_t *>(&log_entry)); + if (serial_data_output) { + print_log_entry(reinterpret_cast<const uint8_t *>(const_cast<log_entry_t *>(&log_entry))); + stdio_flush(); + } + + if (use_circular_buffer) { + logger.write_circular_buffer(reinterpret_cast<const uint8_t *>(const_cast<log_entry_t *>(&log_entry))); + if (rocket_state != PAD) { + logger.flush_circular_buffer(true); + use_circular_buffer = false; + } + } else { + logger.write_memory(reinterpret_cast<const uint8_t *>(const_cast<log_entry_t *>(&log_entry)), false); + } + if ((xLastWakeTime + xFrequency) < xTaskGetTickCount()) { + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + } + } } +/****************************** LOGGING ***************************************/ -int64_t boost_callback(alarm_id_t id, void* user_data) { - // Configure accelerometer and/or altimeter to generate interrupt - // for when velocity is negative with this function as callback to - // transition to APOGEE - sem_acquire_blocking(&sem); - state = COAST; - populate_entry(); - write_entry(entry_buffer); - sem_release(&sem); - add_alarm_in_ms(1000, &coast_callback, NULL, false); - return 0; +/****************************** SERIAL CONSOLE ********************************/ +static void read_cmd_func() { + if (logging_handle != NULL) { + vTaskSuspend(logging_handle); + } + logger.read_memory(); + if (logging_handle != NULL) { + vTaskResume(logging_handle); + } } -int64_t coast_callback(alarm_id_t id, void* user_data) { - // Want to somehow immediately transition to RECOVERY from APOGEE (extremely short timer?) - if (velocity <= 0.0f) { - sem_acquire_blocking(&sem); - state = APOGEE; - populate_entry(); - write_entry(entry_buffer); - sem_release(&sem); - add_alarm_in_ms(1, &apogee_callback, NULL, false); +static void write_cmd_func() { + if (logging_handle != NULL) { + vTaskSuspend(logging_handle); + } + uint64_t start = time_us_64(); + log_entry_t log_entry; + populate_log_entry(&log_entry); + printf("\nWriting the following entry!\n"); + print_log_entry(reinterpret_cast<const uint8_t *>(&log_entry)); + if (use_circular_buffer) { + logger.write_circular_buffer(reinterpret_cast<const uint8_t *>(&log_entry)); } else { - add_alarm_in_ms(250, &coast_callback, NULL, false); + logger.write_memory(reinterpret_cast<const uint8_t *>(&log_entry), true); + } + uint64_t end = time_us_64(); + printf("\nTook %" PRIu64 " us to write that entry!\n", (end - start)); + if (logging_handle != NULL) { + vTaskResume(logging_handle); } - return 0; } -int64_t apogee_callback(alarm_id_t id, void* user_data) { - state = RECOVERY; - // Set altimeter interrupt to occur for when rocket touches back to the ground - altimeter.set_threshold_altitude((ground_altitude + 10.0f), INT1_PIN, &recovery_callback); +static void erase_cmd_func() { + if (logging_handle != NULL) { + vTaskSuspend(logging_handle); + } + logger.erase_memory(); + if (logging_handle != NULL) { + vTaskResume(logging_handle); + } +} - sem_acquire_blocking(&sem); - populate_entry(); - write_entry(entry_buffer); - sem_release(&sem); - return 0; +static void show_cmd_func() { + serial_data_output = !serial_data_output; +} + +static void deploy_cmd_func() { + vTaskSuspend(rocket_task_handle); + printf("Enabling servo!\n"); + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 1); + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); + printf("Setting servo to 80%\n"); + pwm.set_servo_percent(80); + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000)); + printf("Setting servo to 0%\n"); + pwm.set_servo_percent(0); + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000)); + printf("Setting servo to 80%\n"); + pwm.set_servo_percent(80); + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000)); + printf("Setting servo to 0%\n"); + pwm.set_servo_percent(0); + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000)); + printf("Disabling servo!\n"); + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 0); + vTaskResume(rocket_task_handle); } -void recovery_callback(uint gpio, uint32_t event_mask) { - // Essentially just a signal to stop logging data - sem_acquire_blocking(&sem); - state = END; - populate_entry(); - write_entry(entry_buffer); - sem_acquire_blocking(&sem); +#if (DEBUG == 1) +#include "ohio_test_data.h" +#endif + +static void kalman_cmd_func() { + static mf16* state_vector = kalman_get_state_vector(&kf); + printf("Perfoming Kalman Filter Test! Stand back!\n"); + printf("*******************************************\n"); + printf("\naltitude,velocity,acceleration,drag_force,apogee_prediction,desired_drag_force,desired_deployment\n"); + + fix16_t drag_force_l = 0; + fix16_t apogee_prediction_l = 0; + fix16_t desired_drag_force_l = 0; + fix16_t desired_deployment_l = 0; +#if (DEBUG == 1) + for (uint32_t i = 0; i < 7500; i++) { + kalman_update(altitude_test_data[i], fix16_mul(fix16_sub(acceleration_data[i], fix16_one), F16(9.81f))); + + if (i >= 693 && i <= 1632) { + drag_force_l = calculate_drag_force(fix16_from_int(80), state_vector->data[1][0]); + } else { + drag_force_l = calculate_drag_force(0, state_vector->data[1][0]); + } + apogee_prediction_l = predict_apogee(state_vector->data[0][0], state_vector->data[1][0], drag_force_l); + desired_drag_force_l = calculate_desired_drag_force(state_vector->data[0][0], state_vector->data[1][0]); + desired_deployment_l = calculate_deployment_percentage(desired_drag_force_l, state_vector->data[1][0]); + desired_deployment_l = fix16_clamp(desired_deployment_l, 0, fix16_from_int(100)); + printf("%4.2f,%4.2f,%4.2f,%4.2f,%4.2f,%4.2f,%4.2f\n", fix16_to_float(state_vector->data[0][0]), fix16_to_float(state_vector->data[1][0]), fix16_to_float(fix16_mul(acceleration_data[i], F16(9.81f))), fix16_to_float(drag_force_l), fix16_to_float(apogee_prediction_l), fix16_to_float(desired_drag_force_l), fix16_to_float(desired_deployment_l)); + stdio_flush(); + } +#else + kalman_update(0, 0); +#endif +} +/****************************** SERIAL CONSOLE ********************************/ + + +static void rocket_task(void* pvParameters) { + TickType_t xLastWakeTime; + const TickType_t xFrequency = pdMS_TO_TICKS(1000 / ROCKET_TASK_RATE_HZ); + + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); + ground_altitude = alt.get_altitude(); + + // Sign of life + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 1); + pwm.set_servo_percent(0); + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); + pwm.set_servo_percent(20); + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000)); + pwm.set_servo_percent(0); + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000)); + pwm.set_servo_percent(20); + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000)); + pwm.set_servo_percent(0); + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000)); + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 0); + + xTaskCreate(launch_event_handler_task, "launch_event_handler", 512, NULL, ROCKET_EVENT_HANDLER_PRIORITY, const_cast<TaskHandle_t *>(&launch_event_handler_task_handle)); + vTaskCoreAffinitySet(launch_event_handler_task_handle, 0x01); + alt.set_threshold_altitude(ground_altitude + (threshold_altitude * ALTITUDE_SCALE), &launch_event_callback); + + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + while (1) { + vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency); + + drag_force = calculate_drag_force(fix16_from_int(deployment_percent), velocity_filt); + apogee_prediction = predict_apogee(altitude_filt, velocity_filt, drag_force); + desired_drag_force = calculate_desired_drag_force(altitude_filt, velocity_filt); + desired_deployment = calculate_deployment_percentage(desired_drag_force, velocity_filt); + desired_deployment = fix16_clamp(desired_deployment, 0, fix16_from_int(100)); + + switch(rocket_state) { + case PAD: + deployment_percent = 0; + pwm.set_servo_percent(deployment_percent); + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 0); + break; + case BOOST: + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 1); + deployment_percent = 0; + pwm.set_servo_percent(deployment_percent); + break; + case COAST: + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 1); + if (velocity_filt <= 0) { + rocket_state = APOGEE; + populate_log_entry(const_cast<log_entry_t *>(&log_entry)); + logger.write_memory(reinterpret_cast<const uint8_t *>(const_cast<log_entry_t *>(&log_entry)), false); + deployment_percent = 0; + pwm.set_servo_percent(deployment_percent); + rocket_state = RECOVERY; + xTaskCreate(end_event_handler_task, "end_event_handler", 1024, NULL, ROCKET_EVENT_HANDLER_PRIORITY, const_cast<TaskHandle_t *>(&end_event_handler_task_handle)); + vTaskCoreAffinitySet(end_event_handler_task_handle, 0x01); + add_alarm_in_ms(450000, end_event_callback, NULL, false); + } + deployment_percent = desired_deployment; + if ((alt.get_altitude() - ground_altitude)> (2895 * ALTITUDE_SCALE)) { + deployment_percent = 100; + } + pwm.set_servo_percent(deployment_percent); + break; + case APOGEE: + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 1); + deployment_percent = 0; + pwm.set_servo_percent(deployment_percent); + break; + case RECOVERY: + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 1); + deployment_percent = 0; + pwm.set_servo_percent(deployment_percent); + break; + case END: + deployment_percent = 0; + pwm.set_servo_percent(deployment_percent); + vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 0); + vTaskDelete(logging_handle); + vTaskDelete(end_event_handler_task_handle); + vTaskDelete(rocket_task_handle); + break; + } + + if ((xLastWakeTime + xFrequency) < xTaskGetTickCount()) { + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + } + } } -/** - * @brief Calculates the fitted Coeficient of Drag using the Surface Fit Model for the current rocket design. - * @param velocity Velocity - * @param altitude Altitude - * - * @return: Drag Coefficient (CD) - */ -float get_deploy_percent(float velocity, float altitude) { - // Lookup table (Data from 'dragSurfFit.m' for Surface Fit Model Formula) - float p00 = -8.498e+04; - float p10 = 924.4; - float p01 = 69.98; - float p20 = -3.62; - float p11 = -0.6196; - float p02 = -0.01897; - float p30 = 0.005983; - float p21 = 0.001756; - float p12 = 0.0001271; - float p03 = 1.693e-06; - float p40 = -3.451e-06; - float p31 = -1.582e-06; - float p22 = -2.004e-07; - float p13 = -7.476e-09; - - - /* MATLAB Code: - * return p00 + p10 * V + p01 * H + p20 * V ** 2 + \ - * p11 * V * H + p02 * H ** 2 + p30 * V ** 3 + \ - * p21 * V ** 2 * H + p12 * V * H ** 2 + p03 * H ** 3 + \ - * p40 * V ** 4 + p31 * V ** 3 * H + p22 * V ** 2 * H ** 2 + \ - * p13 * V * H ** 3 - */ - - return (p00 + p10 * velocity + p01 * altitude + p20 * std::pow(velocity, 2) + p11 * velocity * altitude + p02 * std::pow(altitude, 2) - + p30 * std::pow(velocity, 3) + p21 * std::pow(velocity, 2) * altitude + p12 * velocity * std::pow(altitude, 2) + p03 * std::pow(altitude, 3) - + p40 * std::pow(velocity, 4) + p31 * std::pow(velocity, 3) * altitude + p22 * std::pow(velocity, 2) * std::pow(altitude, 2) + p13 * velocity * std::pow(altitude, 3)); +static void kalman_task(void* pvParameters) { + TickType_t xLastWakeTime; + const TickType_t xFrequency = pdMS_TO_TICKS(1000 / KALMAN_TASK_RATE_HZ); + const fix16_t accel_scale = fix16_div(F16(9.81f), F16(S_IIM42653_ACCEL_SENSITIVITY_FACTOR)); + + mf16* state_vector = kalman_get_state_vector(&kf); + fix16_t altitude_agl = 0; + fix16_t vertical_accel = 1; + + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + while (1) { + vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency); + taskENTER_CRITICAL(); + altitude_agl = fix16_div(fix16_from_int(alt.get_altitude() - ground_altitude), fix16_from_int(ALTITUDE_SCALE)); + vertical_accel = fix16_mul(fix16_sub(fix16_from_int(iim42653.get_az()), fix16_one), accel_scale); + kalman_update(altitude_agl, vertical_accel); + altitude_filt = state_vector->data[0][0]; + velocity_filt = state_vector->data[1][0]; + taskEXIT_CRITICAL(); + if ((xLastWakeTime + xFrequency) < xTaskGetTickCount()) { + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + } + } +} +static void launch_event_handler_task(void* pvParameters) { + const TickType_t xInterruptFrequency = pdMS_TO_TICKS( 1000 ); + const TickType_t xMaxExpectedBlockTime = xInterruptFrequency + pdMS_TO_TICKS( 500 ); + uint32_t ulEventsToProcess; + while (1) { + /* Wait to receive a notification sent directly to this task from the + interrupt service routine. */ + ulEventsToProcess = ulTaskNotifyTake( pdTRUE, xMaxExpectedBlockTime ); + if( ulEventsToProcess != 0 ) { + /* To get here at least one event must have occurred. Loop here + until all the pending events have been processed */ + while( ulEventsToProcess > 0 ) { + vTaskSuspendAll(); + rocket_state = BOOST; + xTaskCreate(coast_event_handler_task, "coast_event_handler", 512, NULL, ROCKET_EVENT_HANDLER_PRIORITY, const_cast<TaskHandle_t *>(&coast_event_handler_task_handle)); + vTaskCoreAffinitySet(coast_event_handler_task_handle, 0x01); + add_alarm_in_ms(MOTOR_BURN_TIME, coast_event_callback, NULL, false); + vTaskDelete(launch_event_handler_task_handle); + launch_event_handler_task_handle = NULL; + xTaskResumeAll(); + } + } + } } -// LOGGING THREAD RELATED FUNCTIONS AND CALLBACKS -//=============================================================================== +static void coast_event_handler_task(void* pvParameters) { + const TickType_t xInterruptFrequency = pdMS_TO_TICKS( MOTOR_BURN_TIME ); + const TickType_t xMaxExpectedBlockTime = xInterruptFrequency + pdMS_TO_TICKS( 500 ); + uint32_t ulEventsToProcess; + while (1) { + /* Wait to receive a notification sent directly to this task from the + interrupt service routine. */ + ulEventsToProcess = ulTaskNotifyTake( pdTRUE, xMaxExpectedBlockTime ); + if( ulEventsToProcess != 0 ) { + /* To get here at least one event must have occurred. Loop here + until all the pending events have been processed */ + while( ulEventsToProcess > 0 ) { + vTaskSuspendAll(); + rocket_state = COAST; + vTaskDelete(coast_event_handler_task_handle); + coast_event_handler_task_handle = NULL; + xTaskResumeAll(); + } + } + } +} -void logging_core() { - add_repeating_timer_us(-1000000 / LOG_RATE_HZ, &logging_buffer_callback, NULL, &log_timer); - add_repeating_timer_us(-1000000 / HEART_RATE_HZ, &heartbeat_callback, NULL, &heartbeat_timer); +static void end_event_handler_task(void* pvParameters) { + const TickType_t xInterruptFrequency = pdMS_TO_TICKS( 30000 ); + const TickType_t xMaxExpectedBlockTime = xInterruptFrequency + pdMS_TO_TICKS( 500 ); + uint32_t ulEventsToProcess; while (1) { - tight_loop_contents(); + /* Wait to receive a notification sent directly to this task from the + interrupt service routine. */ + ulEventsToProcess = ulTaskNotifyTake( pdTRUE, xMaxExpectedBlockTime ); + if( ulEventsToProcess != 0 ) { + /* To get here at least one event must have occurred. Loop here + until all the pending events have been processed */ + while( ulEventsToProcess > 0 ) { + rocket_state = END; + vTaskDelete(end_event_handler_task_handle); + end_event_handler_task_handle = NULL; + } + } } } -void populate_entry() { - absolute_time_t now = get_absolute_time(); - uint64_t now_us = to_us_since_boot(now); - uint32_t vel_bits = *((uint32_t *)&velocity); - entry_buffer[0] = now_us >> 56; - entry_buffer[1] = now_us >> 48; - entry_buffer[2] = now_us >> 40; - entry_buffer[3] = now_us >> 32; - entry_buffer[4] = now_us >> 24; - entry_buffer[5] = now_us >> 16; - entry_buffer[6] = now_us >> 8; - entry_buffer[7] = now_us; +int64_t launch_event_callback(alarm_id_t id, void* user_data) { + BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken; + xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE; + // Defer ISR handling to separate handler within FreeRTOS context + vTaskNotifyGiveFromISR(launch_event_handler_task_handle, &xHigherPriorityTaskWoken ); + portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken ); + return 0; +} - adc_select_input(4); - uint16_t temperature = adc_read(); - entry_buffer[8] = ((*(uint8_t *)(&state)) << 4) | (temperature >> 8); - entry_buffer[9] = temperature; - - entry_buffer[10] = deployment_percent; - entry_buffer[11] = altimeter_buffer[0]; - entry_buffer[12] = altimeter_buffer[1]; - entry_buffer[13] = altimeter_buffer[2]; - entry_buffer[14] = vel_bits >> 24; - entry_buffer[15] = vel_bits >> 16; - entry_buffer[16] = vel_bits >> 8; - entry_buffer[17] = vel_bits; - entry_buffer[18] = acceleration_buffer[0]; - entry_buffer[19] = acceleration_buffer[1]; - entry_buffer[20] = acceleration_buffer[2]; - entry_buffer[21] = acceleration_buffer[3]; - entry_buffer[22] = acceleration_buffer[4]; - entry_buffer[23] = acceleration_buffer[5]; - entry_buffer[24] = quaternion_buffer[0]; - entry_buffer[25] = quaternion_buffer[1]; - entry_buffer[26] = quaternion_buffer[2]; - entry_buffer[27] = quaternion_buffer[3]; - entry_buffer[28] = quaternion_buffer[4]; - entry_buffer[29] = quaternion_buffer[5]; - entry_buffer[30] = quaternion_buffer[6]; - entry_buffer[31] = quaternion_buffer[7]; +int64_t coast_event_callback(alarm_id_t id, void* user_data) { + BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken; + xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE; + // Defer ISR handling to separate handler within FreeRTOS context + vTaskNotifyGiveFromISR(coast_event_handler_task_handle, &xHigherPriorityTaskWoken ); + portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken ); + return 0; } -bool logging_buffer_callback(repeating_timer_t *rt) { - sem_acquire_blocking(&sem); - populate_entry(); - sem_release(&sem); - for (uint32_t i = 0; i < PACKET_SIZE; i++) { - pad_buffer[i + pad_buffer_offset] = entry_buffer[i]; - } - pad_buffer_offset += PACKET_SIZE; - pad_buffer_offset %= PAD_BUFFER_SIZE; - - if (state != PAD) { - uint32_t idx = ((pad_buffer_offset + PACKET_SIZE) % PAD_BUFFER_SIZE); - sem_acquire_blocking(&sem); - do { - write_entry(pad_buffer + idx); - idx += PACKET_SIZE; - idx %= PAD_BUFFER_SIZE; - } while (idx != pad_buffer_offset); - sem_release(&sem); - cancel_repeating_timer(&log_timer); - free(pad_buffer); - add_repeating_timer_us(-1000000 / LOG_RATE_HZ, &logging_flash_callback, NULL, &log_timer); - } - return true; +int64_t end_event_callback(alarm_id_t id, void* user_data) { + BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken; + xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE; + // Defer ISR handling to separate handler within FreeRTOS context + vTaskNotifyGiveFromISR(end_event_handler_task_handle, &xHigherPriorityTaskWoken ); + portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken ); + return 0; } -bool logging_flash_callback(repeating_timer_t *rt) { - sem_acquire_blocking(&sem); - populate_entry(); - write_entry(entry_buffer); - sem_release(&sem); - if (state == END) { - cancel_repeating_timer(&log_timer); - } - return true; +fix16_t calculate_drag_force(fix16_t deployment_percentage, fix16_t vertical_velocity) { + static const fix16_t p00 = F16(125.f); + static const fix16_t p10 = F16(-3.286f); + static const fix16_t p01 = F16(-1.803f); + static const fix16_t p20 = F16(0.01675f); + static const fix16_t p11 = F16(0.02687f); + static const fix16_t p02 = F16(0.008441f); + + fix16_t term1 = fix16_mul(p10, deployment_percentage); + fix16_t term2 = fix16_mul(p01, vertical_velocity); + fix16_t term3 = fix16_mul(p20, fix16_sq(deployment_percentage)); + fix16_t term4 = fix16_mul(fix16_mul(p11, vertical_velocity), deployment_percentage); + fix16_t term5 = fix16_mul(fix16_mul(p02, vertical_velocity), vertical_velocity); + + fix16_t drag_force = fix16_add(p00, term1); + drag_force = fix16_add(drag_force, term2); + drag_force = fix16_add(drag_force, term3); + drag_force = fix16_add(drag_force, term4); + drag_force = fix16_add(drag_force, term5); + + return drag_force; } -bool heartbeat_callback(repeating_timer_t *rt) { - const bool sequence[] = {true, false, true, false, false}; - const uint8_t sequence_length = 5; +fix16_t predict_apogee(fix16_t altitude, fix16_t vertical_velocity, fix16_t drag_force) { + static const fix16_t gravity = F16(9.81f); + static const fix16_t mass = F16(21.8f); + + fix16_t nal_log_internal = fix16_div(gravity, fix16_add(gravity, fix16_div(drag_force, mass))); + fix16_t nal_log_scale = fix16_mul(fix16_mul(fix16_div(vertical_velocity, fix16_mul(F16(2), drag_force)), vertical_velocity), mass); + fix16_t apogee_prediction = fix16_sub(altitude, fix16_mul(nal_log_scale, fix16_log(nal_log_internal))); + return apogee_prediction; +} - bool led_status = sequence[led_counter]; - cyw43_arch_gpio_put(CYW43_WL_GPIO_LED_PIN, led_status); - led_counter++; - led_counter %= sequence_length; - return true; +fix16_t calculate_deployment_percentage(fix16_t drag_force, fix16_t vertical_velocity) { + static const fix16_t p00 = F16(79.05f); + static const fix16_t p10 = F16(1.057f); + static const fix16_t p01 = F16(-1.049f); + static const fix16_t p20 = F16(-7.296e-5f); + static const fix16_t p11 = F16(-0.003321f); + static const fix16_t p02 = F16(0.002322f); + + + fix16_t term1 = fix16_mul(p10, drag_force); + fix16_t term2 = fix16_mul(p01, vertical_velocity); + fix16_t term3 = fix16_mul(fix16_mul(p20, drag_force), drag_force); + fix16_t term4 = fix16_mul(fix16_mul(p11, drag_force), vertical_velocity); + fix16_t term5 = fix16_mul(fix16_mul(p02, vertical_velocity), vertical_velocity); + + fix16_t deployment_percentage = fix16_add(p00, term1); + deployment_percentage = fix16_add(deployment_percentage, term2); + deployment_percentage = fix16_add(deployment_percentage, term3); + deployment_percentage = fix16_add(deployment_percentage, term4); + deployment_percentage = fix16_add(deployment_percentage, term5); + deployment_percentage = fix16_clamp(deployment_percentage, 0, fix16_from_int(100)); + return deployment_percentage; } +fix16_t calculate_desired_drag_force(fix16_t altitude, fix16_t vertical_velocity) { + static const fix16_t p00 = F16(-2.042e+01); + static const fix16_t p10 = F16(2.879e+01); + static const fix16_t p01 = F16(2.391e+02); + static const fix16_t p20 = F16(-1.265e+01); + static const fix16_t p11 = F16(-2.499e+02); + static const fix16_t p02 = F16(-1.063e+03); + static const fix16_t p30 = F16(1.774); + static const fix16_t p21 = F16(7.604e+01); + static const fix16_t p12 = F16(7.028e+02); + static const fix16_t p03 = F16(2.135e+03); + static const fix16_t p31 = F16(-6.349); + static const fix16_t p22 = F16(-1.049e+02); + static const fix16_t p13 = F16(-6.41e+02); + static const fix16_t p04 = F16(-1.604e+03); + + fix16_t altitude_km = fix16_div(altitude, fix16_from_int(1000)); + fix16_t vertical_velocity_km = fix16_div(vertical_velocity_km, fix16_from_int(1000)); + + fix16_t term01 = fix16_mul(p10, altitude_km); + fix16_t term02 = fix16_mul(p01, vertical_velocity_km); + fix16_t term03 = fix16_mul(fix16_mul(p20, altitude_km), altitude_km); + fix16_t term04 = fix16_mul(fix16_mul(p11, altitude_km), vertical_velocity_km); + fix16_t term05 = fix16_mul(fix16_mul(p02, vertical_velocity_km), vertical_velocity_km); + fix16_t term06 = fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(p30, altitude_km), altitude_km), altitude_km); + fix16_t term07 = fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(p21, altitude_km), altitude_km), vertical_velocity_km); + fix16_t term08 = fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(p12, altitude_km), vertical_velocity_km), vertical_velocity_km); + fix16_t term09 = fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(p03, vertical_velocity_km), vertical_velocity_km), vertical_velocity_km); + fix16_t term10 = fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(p31, altitude_km), altitude_km), altitude_km), vertical_velocity_km); + fix16_t term11 = fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(p22, altitude_km), altitude_km), vertical_velocity_km), vertical_velocity_km); + fix16_t term12 = fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(p13, altitude_km), vertical_velocity_km), vertical_velocity_km), vertical_velocity_km); + fix16_t term13 = fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(fix16_mul(p04, vertical_velocity_km), vertical_velocity_km), vertical_velocity_km), vertical_velocity_km); + + fix16_t desired_drag_force = fix16_add(p00, term01); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term02); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term03); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term04); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term05); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term06); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term07); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term08); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term09); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term10); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term11); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term12); + desired_drag_force = fix16_add(desired_drag_force, term13); + + desired_drag_force = fix16_mul(desired_drag_force, fix16_from_int(1000)); + + return desired_drag_force; +} diff --git a/src/adxl375.cpp b/src/adxl375.cpp new file mode 100644 index 0000000..5b18c42 --- /dev/null +++ b/src/adxl375.cpp @@ -0,0 +1,60 @@ +#include "adxl375.hpp" + +void ADXL375::initialize() { + //Configure power mode and ODR + buffer[0] = R_ADXL375_BW_RATE; + bw_rate.fields.LOW_POWER = B_ADXL375_BW_RATE_NORMAL_POWER_MODE; + bw_rate.fields.RATE = B_ADXL375_ODR_800_HZ; + buffer[1] = bw_rate.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + + //Configure data output format + buffer[0] = R_ADXL375_DATA_FORMAT; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 1, true); + i2c_read_blocking(i2c, addr, buffer, 1, false); + //Some reserved fields are set to 1, read byte and *then* set desired bits + data_format.data = buffer[0]; + + buffer[0] = R_ADXL375_DATA_FORMAT; + data_format.fields.JUSTIFY = B_ADXL375_DATA_FORMAT_JUSTIFY_RIGHT; + data_format.fields.INT_INVERT = B_ADXL375_DATA_FORMAT_INTERRUPT_ACTIVE_HIGH; + buffer[1] = data_format.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + + //Set to measurement mode + buffer[0] = R_ADXL375_POWER_CTL; + power_ctl.fields.MEASURE = true; + buffer[1] = power_ctl.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); +} + +void ADXL375::sample() { + //Read DATAX0 - DATAZ1 as a block + buffer[0] = R_ADXL375_DATAX0; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 1, true); + i2c_read_blocking(i2c, addr, buffer, 6, false); + + //Split buffer into individual fields + ax = ((int16_t) buffer[0]) | ((int16_t) buffer[1] << 8); + ay = ((int16_t) buffer[2]) | ((int16_t) buffer[3] << 8); + az = ((int16_t) buffer[4]) | ((int16_t) buffer[5] << 8); +} + +#if (USE_FREERTOS == 1) +void ADXL375::update_adxl375_task(void* pvParameters) { + TickType_t xLastWakeTime; + const TickType_t xFrequency = pdMS_TO_TICKS(1000 / ADXL375_SAMPLE_RATE_HZ); + + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + while (1) { + vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency); + taskENTER_CRITICAL(); + ADXL375* adxl375 = (ADXL375 *) pvParameters; + adxl375->sample(); + taskEXIT_CRITICAL(); + if ((xLastWakeTime + xFrequency) < xTaskGetTickCount()) { + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + } + } +} +#endif diff --git a/src/altimeter.cpp b/src/altimeter.cpp deleted file mode 100644 index 9c47ceb..0000000 --- a/src/altimeter.cpp +++ /dev/null @@ -1,145 +0,0 @@ -#include "altimeter.hpp" -#include "hardware/gpio.h" - -altimeter::altimeter(i2c_inst_t* inst, uint8_t addr) { - this->inst = inst; - this->addr = addr; -} - -void altimeter::initialize() { - // Select control register(0x26) - // Active mode, OSR = 16, altimeter mode(0xB8) - this->buffer[0] = 0x26; - this->buffer[1] = 0x89; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); -} - -void altimeter::initialize(float threshold_altitude, uint8_t interrupt_pin, gpio_irq_callback_t callback) { - this->initialize(); - - // Below configures the interrupt for the first transition from PAD to BOOST - // Initial Reading - - sleep_ms(1000); - - float altitude = 0.0f; - - while (altitude == 0.0f) { - altitude = this->get_altitude_converted(); - } - - threshold_altitude += altitude; // 30 meters above ground - - // Select control register 3 (0x28) - // Set bot interrupt pins to active low and enable internal pullups - this->buffer[0] = 0x28; - this->buffer[1] = 0x01; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - - // Select pressure target MSB register(0x16) - // Set altitude target to 30 meters above ground altitude - this->buffer[0] = 0x16; - this->buffer[1] = (uint8_t) (((int16_t)(threshold_altitude)) >> 8); - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - - // Select pressure target LSB register(0x17) - // Set altitude target to 30 meters above ground altitude - this->buffer[0] = 0x17; - this->buffer[1] = (uint8_t) (((int16_t)(threshold_altitude))); - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - - // Select interrupt enable register (0x29) - // Set interrupt enabled for altitude threshold(0x08) - this->buffer[0] = 0x29; - this->buffer[1] = 0x08; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - - // Select interrupt this->bufferuration register (0x2A) - // Set interrupt enabled for altitude threshold to route to INT1 pin(0x08) - this->buffer[0] = 0x2A; - this->buffer[1] = 0x08; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - - gpio_set_irq_enabled_with_callback(interrupt_pin, GPIO_IRQ_LEVEL_LOW, true, callback); - // End of configuration of interrupt for first transition from PAD to BOOST -} - -void altimeter::set_threshold_altitude(float threshold_altitude, uint8_t interrupt_pin, gpio_irq_callback_t callback) { - float altitude = 0.0f; - - while (altitude == 0.0f) { - altitude = get_altitude_converted(); - } - - threshold_altitude += altitude; - - // Select control register 3 (0x28) - // Set bot interrupt pins to active low and enable internal pullups - this->buffer[0] = 0x28; - this->buffer[1] = 0x01; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - - // Select pressure target MSB register(0x16) - // Set altitude target to 30 meters above ground altitude - this->buffer[0] = 0x16; - this->buffer[1] = (uint8_t) (((int16_t)(threshold_altitude)) >> 8); - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - - // Select pressure target LSB register(0x17) - // Set altitude target to provided threshold altitude - this->buffer[0] = 0x17; - this->buffer[1] = (uint8_t) (((int16_t)(threshold_altitude))); - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - - // Select interrupt enable register (0x29) - // Set interrupt enabled for altitude threshold(0x08) - this->buffer[0] = 0x29; - this->buffer[1] = 0x08; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - - // Select interrupt this->bufferuration register (0x2A) - // Set interrupt enabled for altitude threshold to route to INT1 pin(0x08) - this->buffer[0] = 0x2A; - this->buffer[1] = 0x08; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - - gpio_set_irq_enabled_with_callback(interrupt_pin, GPIO_IRQ_LEVEL_LOW, true, callback); - // End of configuration of interrupt for first transition from PAD to BOOST -} - -void altimeter::unset_threshold_altitude(uint8_t interrupt_pin) { - gpio_set_irq_enabled_with_callback(interrupt_pin, GPIO_IRQ_LEVEL_LOW, false, NULL); - - // Select interrupt enable register (0x29) - // Set interrupt enabled for altitude threshold(0x08) - this->buffer[0] = 0x29; - this->buffer[1] = 0x00; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - - // Select interrupt configuration register (0x2A) - // Set interrupt enabled for altitude threshold to route to INT1 pin(0x08) - this->buffer[0] = 0x2A; - this->buffer[1] = 0x00; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); -} - -float altimeter::get_altitude_converted() { - uint8_t reg = 0x01; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, ®, 1, true); - i2c_read_blocking(this->inst, this->addr, this->altitude_buffer, 4, false); - // Exactly how MPL3115A2 datasheet says to retrieve altitude - float altitude = (float) ((int16_t) ((this->altitude_buffer[0] << 8) | this->altitude_buffer[1])) + (float) (this->altitude_buffer[2] >> 4) * 0.0625; - return altitude; -} - -void altimeter::get_altitude_raw(uint8_t* buffer) { - uint8_t reg = 0x01; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, ®, 1, true); - i2c_read_blocking(this->inst, this->addr, buffer, 3, false); -} - -uint32_t altimeter::expose_buffer(uint8_t** buffer) { - *buffer = this->altitude_buffer; - return sizeof(this->altitude_buffer); -} - diff --git a/src/heartbeat.cpp b/src/heartbeat.cpp new file mode 100644 index 0000000..e627935 --- /dev/null +++ b/src/heartbeat.cpp @@ -0,0 +1,48 @@ +#include "heartbeat.hpp" + +static int led_pin; + +#if (USE_FREERTOS != 1) +static repeating_timer_t heartbeat_timer; + +static bool heartbeat_callback(repeating_timer_t *rt) { + static volatile uint8_t led_counter = 0; + const bool sequence[] = {true, false, true, false, false}; + const uint8_t sequence_length = 5; + bool led_status = sequence[led_counter]; + gpio_put(led_pin, led_status); + led_counter++; + led_counter %= sequence_length; + return true; +} +#endif + +void heartbeat_initialize(int gpio) { + led_pin = gpio; + gpio_init(led_pin); + gpio_set_dir(led_pin, GPIO_OUT); + gpio_put(led_pin, 0); +#if (USE_FREERTOS != 1) + add_repeating_timer_us(-1000000 / HEART_RATE_HZ, &heartbeat_callback, NULL, &heartbeat_timer); +#endif +} + + +#if (USE_FREERTOS == 1) +void heartbeat_task( void *pvParameters ) { + TickType_t xLastWakeTime; + const TickType_t xFrequency = pdMS_TO_TICKS(1000 / HEART_RATE_HZ); + static volatile uint8_t led_counter = 0; + const bool sequence[] = {true, false, true, false, false}; + const uint8_t sequence_length = 5; + + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + while (1) { + vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency); + bool led_status = sequence[led_counter]; + gpio_put(PICO_DEFAULT_LED_PIN, led_status); + led_counter++; + led_counter %= sequence_length; + } +} +#endif diff --git a/src/iim42653.cpp b/src/iim42653.cpp new file mode 100644 index 0000000..d9b96d4 --- /dev/null +++ b/src/iim42653.cpp @@ -0,0 +1,108 @@ +#include "iim42653.hpp" + +int16_t IIM42653::sat_sub(int16_t a, int16_t b) { + int32_t result = (int32_t) a - (int32_t) b; + if (result < INT16_MIN) { + result = INT16_MIN; + } + if (result > INT16_MAX) { + result = INT16_MAX; + } + return (int16_t) result; +}; + +//Startup routine, initialize GPIO clock output +void IIM42653::initialize() { + //Enable 40kHz clock output on GPIO 23 + clock_gpio_init(MICRO_DEFAULT_CLK_OUTPUT, IIM42653_CLOCK_SOURCE_SYSTEM, IIM42653_CLOCK_DIVISOR); + sleep_ms(50); //Allow time for clock output to stabilize + + //Configure Gyroscope FSR and ODR + buffer[0] = R_IIM42653_GYRO_CONFIG0; + gyro_config0.fields.GYRO_ODR = B_IIM42653_GYRO_CONFIG0_ODR_500HZ; + gyro_config0.fields.GYRO_UI_FS_SEL = B_IIM42653_GYRO_CONFIG0_FSR_4000DPS; + buffer[1] = gyro_config0.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + + //Configure Accelerometer FSR and ODR + buffer[0] = R_IIM42653_ACCEL_CONFIG0; + accel_config0.fields.ACCEL_ODR = B_IIM42653_ACCEL_CONFIG0_ODR_500HZ; + accel_config0.fields.ACCEL_UI_FS_SEL = B_IIM42653_ACCEL_CONFIG0_FSR_32G; + buffer[1] = accel_config0.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + + //Enable Gyroscope, Accelerometer, and Thermocouple + buffer[0] = R_IIM42653_PWR_MGMT0; + pwr_mgmt0.fields.ACCEL_MODE = B_IIM42653_PWR_MGMT0_ACCEL_MODE_LOW_NOISE; + pwr_mgmt0.fields.GYRO_MODE = B_IIM42653_PWR_MGMT0_GYRO_MODE_LOW_NOISE; + pwr_mgmt0.fields.TEMP_DIS = B_IIM42653_PWR_MGMT0_TEMP_ENABLE; + buffer[1] = pwr_mgmt0.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + sleep_ms(10); //Datasheet instructs 200us wait after changing sensor power modes + + //Calibrate gyro bias once all sensors are initialized + calibrate_gyro(); +} + +//Read all 12 data registers at once and format them into their internal fields +void IIM42653::sample() { + //Read ACCEL_DATA_X1_UI - GYRO_DATA_Z0_UI as a block + buffer[0] = R_IIM42653_ACCEL_DATA_X1_UI; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 1, true); + i2c_read_blocking(i2c, addr, buffer, 12, false); + + //Split buffer into individial fields + ax = ((int16_t)buffer[1]) | (((int16_t)buffer[0]) << 8); + ay = ((int16_t)buffer[3]) | (((int16_t)buffer[2]) << 8); + az = ((int16_t)buffer[5]) | (((int16_t)buffer[4]) << 8); + raw_gx = ((int16_t)buffer[7]) | (((int16_t)buffer[6]) << 8); + raw_gy = ((int16_t)buffer[9]) | (((int16_t)buffer[8]) << 8); + raw_gz = ((int16_t)buffer[11]) | (((int16_t)buffer[10]) << 8); +} +void IIM42653::apply_gyro_offset() { + gx = sat_sub(raw_gx, bias_gx); + gy = sat_sub(raw_gy, bias_gy); + gz = sat_sub(raw_gz, bias_gz); +} + +//Request certain number of gyroscope readings, and set the gyro bias values to the averages of the readings +void IIM42653::calibrate_gyro() { + //Initialize buffers + int64_t g_x = 0; + int64_t g_y = 0; + int64_t g_z = 0; + + //Request configured number of samples and l + for (int64_t i = 0; i < n_gyro_bias_readings; i++) { + sample(); + g_x += raw_gx; + g_y += raw_gy; + g_z += raw_gz; + sleep_ms(5); + } + + //Set bias values to the average readings during the calibration period + bias_gx = g_x/n_gyro_bias_readings; + bias_gy = g_y/n_gyro_bias_readings; + bias_gz = g_z/n_gyro_bias_readings; +} + +#if ( USE_FREERTOS == 1 ) +void IIM42653::update_iim42653_task(void* pvParameters) { + TickType_t xLastWakeTime; + const TickType_t xFrequency = pdMS_TO_TICKS(1000 / IIM42653_SAMPLE_RATE_HZ); + + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + while (1) { + vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency); + taskENTER_CRITICAL(); + IIM42653* iim42653 = (IIM42653*) pvParameters; + iim42653->sample(); + iim42653->apply_gyro_offset(); + taskEXIT_CRITICAL(); + if ((xLastWakeTime + xFrequency) < xTaskGetTickCount()) { + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + } + } +} +#endif diff --git a/src/imu.cpp b/src/imu.cpp deleted file mode 100644 index 4a81042..0000000 --- a/src/imu.cpp +++ /dev/null @@ -1,160 +0,0 @@ -#include "imu.hpp" - -imu::imu(i2c_inst_t* inst, uint8_t addr, uint8_t id, imu_opmode_t mode) { - this->inst = inst; - this->addr = addr; - this->id = id; - this->mode = mode; -} - -void imu::reset() { - this->buffer[0] = SYS_TRIGGER; - this->buffer[1] = 0x20; // Reset system - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, buffer, 2, true); - sleep_ms(1000); // Wait 650ms for the sensor to reset -} - -void imu::initialize() { - sleep_ms(1000); // Wait 650ms for the sensor to reset - - uint8_t chip_id_addr = CHIP_ID; - uint8_t read_id = 0x00; - while (read_id != this->id) { - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, &chip_id_addr, 1, false); - i2c_read_blocking(this->inst, this->addr, &read_id, 1, false); - sleep_ms(100); - } - - // Use internal oscillator - this->buffer[0] = SYS_TRIGGER; - this->buffer[1] = 0x40; // Set to use internal oscillator - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - sleep_ms(50); - - // Reset all interrupt status bits - this->buffer[0] = SYS_TRIGGER; - this->buffer[1] = 0x01; // Reset interrupt status - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - sleep_ms(50); - - // Set to normal power mode - this->buffer[0] = POWER_MODE; - this->buffer[1] = 0x00; // Normal power mode - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - sleep_ms(50); - - // Default Axis Config - this->buffer[0] = AXIS_MAP_CONFIG; - this->buffer[1] = 0x24; // P1=Z, P2=Y, P3=X - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - sleep_ms(50); - - // Default Axis Sign - this->buffer[0] = AXIS_MAP_SIGN; - this->buffer[1] = 0x00; // P1=Positive, P2=Positive, P3=Positive - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - sleep_ms(50); - - // Set units to m/s^2 - this->buffer[0] = UNIT_SELECTION; - this->buffer[1] = 0x00; // Windows, Celsius, Degrees, DPS, m/s^2 - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, true); - sleep_ms(200); - - uint8_t sensor_offsets[19]; - sensor_offsets[0] = ACCELERATION_OFFSET_X_LSB; - sensor_offsets[1] = 0x00; - sensor_offsets[2] = 0x00; - sensor_offsets[3] = 0x00; - sensor_offsets[4] = 0x00; - sensor_offsets[5] = 0x00; - sensor_offsets[6] = 0x00; - sensor_offsets[7] = 0x00; - sensor_offsets[8] = 0x00; - sensor_offsets[9] = 0x00; - sensor_offsets[10] = 0x00; - sensor_offsets[11] = 0x00; - sensor_offsets[12] = 0x00; - sensor_offsets[13] = 0x00; - sensor_offsets[14] = 0x00; - sensor_offsets[15] = 0x00; - sensor_offsets[16] = 0x00; - sensor_offsets[17] = 0x00; - sensor_offsets[18] = 0x00; - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, sensor_offsets, 19, true); - sleep_ms(200); - - // The default operation mode after power-on is CONFIG - // Set to desired mode - this->buffer[0] = OPERATION_MODE; - this->buffer[1] = this->mode; // NDOF - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, this->buffer, 2, false); - sleep_ms(100); -} - -void imu::calibration_status(calibration_status_t* status) { - read_register(CALIBRATION_STATUS, 1, this->buffer); - status->mag = ((this->buffer[0] & 0b00000011) >> 0); - status->accel = ((this->buffer[0] & 0b00001100) >> 2); - status->gyro = ((this->buffer[0] & 0b00110000) >> 4); - status->sys = ((this->buffer[0] & 0b11000000) >> 6); -} - -void imu::linear_acceleration(Eigen::Vector3f& vec) { - read_register(LINEAR_ACCELERATION_X_LSB, 6, this->accel_buffer); - int16_t x, y, z; - x = y = z = 0; - x = ((int16_t)this->accel_buffer[0]) | (((int16_t)this->accel_buffer[1]) << 8); - y = ((int16_t)this->accel_buffer[2]) | (((int16_t)this->accel_buffer[3]) << 8); - z = ((int16_t)this->accel_buffer[4]) | (((int16_t)this->accel_buffer[5]) << 8); - vec(0) = ((float)x) / 100.0; - vec(1) = ((float)y) / 100.0; - vec(2) = ((float)z) / 100.0; -} - -void imu::quaternion(Eigen::Vector4f& vec) { - read_register(QUATERNION_W_LSB, 8, this->quat_buffer); - int16_t w, x, y, z; - w = x = y = z = 0; - w = ((int16_t)this->quat_buffer[0]) | (((int16_t)this->quat_buffer[1]) << 8); - x = ((int16_t)this->quat_buffer[2]) | (((int16_t)this->quat_buffer[3]) << 8); - y = ((int16_t)this->quat_buffer[4]) | (((int16_t)this->quat_buffer[5]) << 8); - z = ((int16_t)this->quat_buffer[6]) | (((int16_t)this->quat_buffer[7]) << 8); - vec(0) = ((float)w) / 16384.0; - vec(1) = ((float)x) / 16384.0; - vec(2) = ((float)y) / 16384.0; - vec(3) = ((float)z) / 16384.0; -} - -void imu::quaternion_euler(Eigen::Vector3f& angles, Eigen::Vector4f& quat) { - // roll (x-axis rotation) - float sinr_cosp = 2 * (quat(0) * quat(1) + quat(2) * quat(3)); - float cosr_cosp = 1 - 2 * (quat(1) * quat(1) + quat(2) * quat(2)); - angles(0) = Eigen::numext::atan2(sinr_cosp, cosr_cosp); - - // pitch (y-axis rotation) - float sinp = Eigen::numext::sqrt(1 + 2 * (quat(0) * quat(2) - quat(1) * quat(3))); - float cosp = Eigen::numext::sqrt(1 - 2 * (quat(0) * quat(2) - quat(1) * quat(3))); - angles(1) = 2 * Eigen::numext::atan2(sinp, cosp) - M_PI / 2; - - // yaw (z-axis rotation) - float siny_cosp = 2 * (quat(0) * quat(3) + quat(1) * quat(2)); - float cosy_cosp = 1 - 2 * (quat(2) * quat(2) + quat(3) * quat(3)); - angles(2) = Eigen::numext::atan2(siny_cosp, cosy_cosp); -} - -uint32_t imu::expose_acceleration_buffer(uint8_t** buffer) { - *buffer = this->accel_buffer; - return sizeof(this->accel_buffer); -} - -uint32_t imu::expose_quaternion_buffer(uint8_t** buffer) { - *buffer = this->quat_buffer; - return sizeof(this->quat_buffer); -} - -void imu::read_register(uint8_t reg, size_t len, uint8_t* buffer) { - i2c_write_blocking(this->inst, this->addr, ®, 1, true); - i2c_read_blocking(this->inst, this->addr, buffer, len, false); -} - diff --git a/src/log_format.cpp b/src/log_format.cpp new file mode 100644 index 0000000..5d9d275 --- /dev/null +++ b/src/log_format.cpp @@ -0,0 +1,66 @@ +#include "log_format.hpp" + +void print_log_entry(const uint8_t* entry) { + static bool first_call = true; + + if (first_call) { + printf("time_us,state,temperature_chip_celsius,deployment_percent,pressure_mb,altitude,altitude_filt,velocity_filt,temperature_alt_celsius,mid_imu_ax,mid_imu_ay,mid_imu_az,mid_imu_gx,mid_imu_gy,mid_imu_gz,mag_x,mag_y,mag_z,high_g_x,high_g_y,high_g_z,drag_force,apogee_prediction,desired_drag_force\r\n"); + first_call = false; + } + + const log_entry_t* packet = reinterpret_cast<const log_entry_t *>(entry); + printf("%" PRIu64 ",", packet->time_us); + state_t state = (state_t) packet->state; + switch (state) { + case PAD: + printf("PAD"); + break; + case BOOST: + printf("BOOST"); + break; + case COAST: + printf("COAST"); + break; + case APOGEE: + printf("APOGEE"); + break; + case RECOVERY: + printf("RECOVERY"); + break; + case END: + printf("END"); + break; + } + printf(","); + const float conversionFactor = 3.3f / (1 << 12); + float tempC = 27.0f - (((float)(packet->temperature_chip) * conversionFactor) - 0.706f) / 0.001721f; + printf("%4.2f,", tempC); + printf("%d,", packet->deploy_percent); + printf("%4.2f,", ((float) packet->pressure) / PRESSURE_SCALE_F); + printf("%4.2f,", ((float) packet->altitude) / ALTITUDE_SCALE_F); + printf("%4.2f,", (fix16_to_float(packet->altitude_filt))); + printf("%4.2f,", (fix16_to_float(packet->velocity_filt))); + printf("%4.2f,", ((float) packet->temperature_alt) / TEMPERATURE_SCALE_F); + + printf("%4.2f,", IIM42653::scale_accel(packet->ax)); + printf("%4.2f,", IIM42653::scale_accel(packet->ay)); + printf("%4.2f,", IIM42653::scale_accel(packet->az)); + + printf("%4.2f,", IIM42653::scale_gyro(packet->gx)); + printf("%4.2f,", IIM42653::scale_gyro(packet->gy)); + printf("%4.2f,", IIM42653::scale_gyro(packet->gz)); + + printf("%" PRIi16 ",", packet->mag_x); + printf("%" PRIi16 ",", packet->mag_y); + printf("%" PRIi16 ",", packet->mag_z); + + printf("%4.2f,", ADXL375::scale(packet->high_g_x)); + printf("%4.2f,", ADXL375::scale(packet->high_g_y)); + printf("%4.2f,", ADXL375::scale(packet->high_g_z)); + printf("%4.2f,", (fix16_to_float(packet->drag_force))); + printf("%4.2f,", (fix16_to_float(packet->apogee_prediction))); + printf("%4.2f,", (fix16_to_float(packet->desired_drag_force))); + printf("\r\n"); + stdio_flush(); +} + diff --git a/src/mmc5983ma.cpp b/src/mmc5983ma.cpp new file mode 100644 index 0000000..45ef94a --- /dev/null +++ b/src/mmc5983ma.cpp @@ -0,0 +1,158 @@ +#include "mmc5983ma.hpp" + +int16_t MMC5983MA::sat_sub(int16_t a, int16_t b) { + int32_t result = (int32_t) a - (int32_t) b; + if (result < INT16_MIN) { + result = INT16_MIN; + } + if (result > INT16_MAX) { + result = INT16_MAX; + } + return (int16_t) result; +}; + +void MMC5983MA::initialize() { + // Restart device prior to configuration + buffer[0] = R_MMC5983MA_INTERNAL_CTL1; + internal_ctl1.fields.RESTART = true; + buffer[1] = internal_ctl1.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + internal_ctl1.data = 0; + + sleep_ms(100); + + calibrate(); + + //Configure decimation filter bandwidth for 200 Hz + buffer[0] = R_MMC5983MA_INTERNAL_CTL1; + internal_ctl1.fields.BANDWIDTH = B_MMC5983MA_BANDWIDTH_200HZ; + buffer[1] = internal_ctl1.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + + //Configure and enable continuous measurement mode for 200 Hz + buffer[0] = R_MMC5983MA_INTERNAL_CTL2; + internal_ctl2.fields.CONTINUOUS_MODE_ENABLE = true; + internal_ctl2.fields.CONTINUOUS_MODE_FREQ = B_MMC5983_CONTINUOUS_MODE_FREQ_200HZ; + internal_ctl2.fields.PERIODIC_SET_ENABLE = false; + internal_ctl2.fields.PERIODIC_SET_RATE = B_MMC5983_PERIODIC_SET_RATE_MEAS_TIMES_1000; + buffer[1] = internal_ctl2.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + printf("MMC5983MA Initialized!\n"); +} + +void MMC5983MA::sample() { + buffer[0] = R_MMC5983MA_XOUT0; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 1, true); + i2c_read_blocking(i2c, addr, buffer, 6, false); + + raw_x = (int16_t) ((((uint16_t) buffer[0] << 8) | buffer[1]) - 32768); + raw_y = (int16_t) ((((uint16_t) buffer[2] << 8) | buffer[3]) - 32768); + raw_z = (int16_t) ((((uint16_t) buffer[4] << 8) | buffer[5]) - 32768); +} + +void MMC5983MA::apply_offset() { + ax = sat_sub(raw_x, offset_x); + ay = sat_sub(raw_y, offset_y); + az = sat_sub(raw_z, offset_z); +} + +void MMC5983MA::calibrate() { + sleep_ms(100); + + printf("MMC5983MA Calibration | Set command"); + // Take measurement after SET command completes + buffer[0] = R_MMC5983MA_INTERNAL_CTL0; + internal_ctl0.fields.SET_CMD = true; + buffer[1] = internal_ctl0.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + internal_ctl0.data = 0; + + sleep_ms(100); + printf(" | Measurement Request"); + + buffer[0] = R_MMC5983MA_INTERNAL_CTL0; + internal_ctl0.fields.TAKE_MAG_MEAS = true; + buffer[1] = internal_ctl0.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + internal_ctl0.data = 0; + printf(" | Request sent, awaiting completion...\n"); + + size_t counter = 0; + while (!dev_status.fields.MEAS_M_DONE) { + sleep_ms(1); + buffer[0] = R_MMC5983MA_DEV_STATUS; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 1, true); + i2c_read_blocking(i2c, addr, buffer, 1, false); + dev_status.data = buffer[0]; + printf("W | "); + counter++; + if (counter == 20) { + printf("\n"); + counter = 0; + } + } + printf("\n\nMeasurement taken!"); + + sample(); + printf(" | Sample taken!"); + + int16_t set_ax = raw_x, set_ay = raw_y, set_az = raw_z; + + // Take measurement after RESET command completes + buffer[0] = R_MMC5983MA_INTERNAL_CTL0; + internal_ctl0.fields.RESET_CMD = true; + buffer[1] = internal_ctl0.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + internal_ctl0.data = 0; + + sleep_ms(100); + + buffer[0] = R_MMC5983MA_INTERNAL_CTL0; + internal_ctl0.fields.TAKE_MAG_MEAS = true; + buffer[1] = internal_ctl0.data; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + internal_ctl0.data = 0; + + while (!dev_status.fields.MEAS_M_DONE) { + sleep_ms(1); + buffer[0] = R_MMC5983MA_DEV_STATUS; + i2c_write_blocking(i2c, addr, buffer, 1, true); + i2c_read_blocking(i2c, addr, buffer, 1, false); + dev_status.data = buffer[0]; + } + + sample(); + + int16_t reset_ax = raw_x, reset_ay = raw_y, reset_az = raw_z; + + sleep_ms(100); + + // Average the two measurements taken and assign them as offsets + offset_x = (int16_t) (((int32_t) set_ax + (int32_t) reset_ax) / 2); + offset_y = (int16_t) (((int32_t) set_ay + (int32_t) reset_ay) / 2); + offset_z = (int16_t) (((int32_t) set_az + (int32_t) reset_az) / 2); + +#if ( DEBUG == 1 ) + printf("MMC5983MA: Calibrated!\n\toffset_x: %" PRIi16 "\n\toffset_y: %" PRIi16 "\n\toffset_z: %" PRIi16 "\n", offset_x, offset_y, offset_z); +#endif +} + +#if (USE_FREERTOS == 1) +void MMC5983MA::update_mmc5983ma_task(void* pvParameters) { + TickType_t xLastWakeTime; + const TickType_t xFrequency = pdMS_TO_TICKS(1000 / MMC5983_SAMPLE_RATE_HZ); + + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + while (1) { + vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency); + taskENTER_CRITICAL(); + MMC5983MA* mag = (MMC5983MA *) pvParameters; + mag->sample(); + mag->apply_offset(); + taskEXIT_CRITICAL(); + if ((xLastWakeTime + xFrequency) < xTaskGetTickCount()) { + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + } + } +} +#endif diff --git a/src/ms5607.cpp b/src/ms5607.cpp new file mode 100644 index 0000000..c093189 --- /dev/null +++ b/src/ms5607.cpp @@ -0,0 +1,208 @@ +#include "ms5607.hpp" + +static const int32_t altitude_table[] = { +#include "altitude-pa.h" +}; + +#define ALT_SCALE (1 << ALT_SHIFT) +#define ALT_MASK (ALT_SCALE - 1) + +void MS5607::initialize() { + sample_state = NOT_SAMPLING; + + alarm_pool_init_default(); + + ms5607_cmd cmd; + cmd.data = RESET_COMMAND; + + ms5607_write_cmd(&cmd); + + sleep_ms(500); + + cmd.data = 0; + cmd.fields.PROM = true; + cmd.fields.PROM2 = true; + + cmd.fields.ADDR_OSR = PROM_CALIBRATION_COEFFICENT_1_ADDR; + + for (uint8_t prom_addr = PROM_CALIBRATION_COEFFICENT_1_ADDR; prom_addr <= PROM_CALIBRATION_COEFFICENT_6_ADDR; prom_addr++) { + sleep_ms(100); + cmd.fields.ADDR_OSR = prom_addr; + ms5607_write_cmd(&cmd); + i2c_read_blocking(i2c, addr, buffer, 2, false); + + prom[prom_addr - 1] = static_cast<uint16_t>((((uint16_t) buffer[0]) << 8) | ((uint16_t) buffer[1])); + } +} + +void MS5607::ms5607_write_cmd(ms5607_cmd* cmd) { + i2c_write_blocking(i2c, addr, (uint8_t *) cmd, 1, false); +} + +void MS5607::ms5607_start_sample() { + if (sample_state == NOT_SAMPLING) { + sample_state = PRESSURE_CONVERT; + ms5607_sample(); + } +} + +#if (USE_FREERTOS == 1) +void MS5607::ms5607_sample_handler(void* pvParameters) { + /* xMaxExpectedBlockTime is set to be a little longer than the maximum + expected time between events. */ + const TickType_t xInterruptFrequency = pdMS_TO_TICKS( 1000 / (MS5607_SAMPLE_RATE_HZ * 2) ); + const TickType_t xMaxExpectedBlockTime = xInterruptFrequency + pdMS_TO_TICKS( 1 ); + uint32_t ulEventsToProcess; + while (1) { + /* Wait to receive a notification sent directly to this task from the + interrupt service routine. */ + ulEventsToProcess = ulTaskNotifyTake( pdTRUE, xMaxExpectedBlockTime ); + if( ulEventsToProcess != 0 ) { + /* To get here at least one event must have occurred. Loop here + until all the pending events have been processed */ + while( ulEventsToProcess > 0 ) { + MS5607* alt = (MS5607 *) pvParameters; + taskENTER_CRITICAL(); + alt->ms5607_sample(); + taskEXIT_CRITICAL(); + ulEventsToProcess--; + } + } + } + +} + +void MS5607::update_ms5607_task(void* pvParameters) { + TickType_t xLastWakeTime; + const TickType_t xFrequency = pdMS_TO_TICKS(1000 / MS5607_SAMPLE_RATE_HZ); + + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + while (1) { + vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency); + MS5607* alt = (MS5607 *) pvParameters; + taskENTER_CRITICAL(); + alt->ms5607_start_sample(); + taskEXIT_CRITICAL(); + } +} +#endif + +int64_t MS5607::ms5607_sample_callback(alarm_id_t id, void* user_data) { +#if ( USE_FREERTOS == 1 ) + BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken; + xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE; + MS5607* alt = (MS5607 *) user_data; + // Defer ISR handling to separate handler within FreeRTOS context + vTaskNotifyGiveFromISR(alt->sample_handler_task_handle, &xHigherPriorityTaskWoken ); + portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken ); +#else + MS5607* alt = (MS5607 *) user_data; + alt->ms5607_sample(); +#endif + return 0; +} + +void MS5607::ms5607_sample() { + ms5607_cmd cmd = {.data = 0}; + + switch (sample_state) { + case NOT_SAMPLING: + break; + case PRESSURE_CONVERT: { + cmd.fields.CONVERT = 1; + cmd.fields.TYPE = TYPE_UNCOMPENSATED_PRESSURE; + cmd.fields.ADDR_OSR = OSR_CONVERT_256; + + ms5607_write_cmd(&cmd); + + add_alarm_in_us(OSR_256_CONVERSION_TIME_US, MS5607::ms5607_sample_callback, (void *) this, true); + + sample_state = TEMPERATURE_CONVERT; + break; + }; + case TEMPERATURE_CONVERT: { + cmd.data = ADC_READ_COMMAND; + ms5607_write_cmd(&cmd); + i2c_read_blocking(i2c, addr, buffer, 3, false); + uncompensated_pressure = (((uint32_t) buffer[0]) << 16) | (((uint32_t) buffer[1]) << 8) | ((uint32_t) buffer[2]); + + cmd.fields.CONVERT = 1; + cmd.fields.TYPE = TYPE_UNCOMPENSATED_TEMPERATURE; + cmd.fields.ADDR_OSR = OSR_CONVERT_256; + + ms5607_write_cmd(&cmd); + + add_alarm_in_us(OSR_256_CONVERSION_TIME_US, MS5607::ms5607_sample_callback, (void *) this, true); + + sample_state = COMPENSATE; + break; + }; + case COMPENSATE: { + cmd.data = ADC_READ_COMMAND; + ms5607_write_cmd(&cmd); + i2c_read_blocking(i2c, addr, buffer, 3, false); + uncompensated_temperature = (((uint32_t) buffer[0]) << 16) | (((uint32_t) buffer[1]) << 8) | ((uint32_t) buffer[2]); + ms5607_compensate(); + altitude = pressure_to_altitude(pressure); + + + sample_state = NOT_SAMPLING; + if (threshold_callback != NULL) { + if (positive_crossing) { + if (altitude >= threshold_altitude) { + add_alarm_in_ms(1, threshold_callback, NULL, true); + } + } else { + if (altitude <= threshold_altitude) { + add_alarm_in_ms(1, threshold_callback, NULL, true); + } + } + } + break; + }; + }; + +} + +void MS5607::ms5607_compensate() { + int32_t dT = uncompensated_temperature - (((uint32_t) prom[4]) << 8); + temperature = 2000 + ( ( ( (int64_t) dT) * ( (int64_t) prom[5]) ) >> 23); + int64_t OFF = ( ( (int64_t) prom[1]) << 17) + ( ( ((int64_t) prom[3]) * ( (int64_t) dT)) >> 6); + int64_t SENS = ( ( (int64_t) prom[0]) << 16) + (( ( (int64_t) prom[2]) * ((int64_t) dT)) >> 7); + pressure = (int32_t) ((((((int64_t) uncompensated_pressure) * SENS) >> 21) - OFF) >> 15); + +} + +int32_t MS5607::pressure_to_altitude(int32_t pressure) { + uint16_t o; + int16_t part; + int32_t low, high; + + if (pressure < 0) { + pressure = 0; + } + + if (pressure > 120000) { + pressure = 120000; + } + + o = (uint16_t) (pressure >> ALT_SHIFT); + part = pressure & ALT_MASK; + + low = (int32_t) altitude_table[o] * (ALT_SCALE - part); + high = (int32_t) altitude_table[o + 1] * part; + return ((low + high + (ALT_SCALE >> 1)) >> ALT_SHIFT); +} + + +void MS5607::set_threshold_altitude(int32_t threshold_altitude, alarm_callback_t callback) { + this->threshold_altitude = threshold_altitude; + + positive_crossing = (threshold_altitude > altitude); + + threshold_callback = callback; +} + +void MS5607::clear_threshold_altitude() { + this->threshold_callback = NULL; +} diff --git a/src/pwm.cpp b/src/pwm.cpp index 3a78d23..267765b 100644 --- a/src/pwm.cpp +++ b/src/pwm.cpp @@ -2,9 +2,9 @@ void PWM::init() { // Tell GPIO 0 they are allocated to the PWM - gpio_set_function(SERVO_PIN, GPIO_FUNC_PWM); + gpio_set_function(MICRO_DEFAULT_PWM, GPIO_FUNC_PWM); // Find out which PWM slice is connected to GPIO 0 (it's slice 0) - uint slice_num = pwm_gpio_to_slice_num(SERVO_PIN); + uint slice_num = pwm_gpio_to_slice_num(MICRO_DEFAULT_PWM); // Configure PWM slice and set it running pwm_config cfg = pwm_get_default_config(); @@ -24,7 +24,7 @@ void PWM::set_duty_cycle(int duty_cycle_percent) { uint32_t raw_value = WRAP_VALUE * (duty_cycle_percent / 100.0); // Set the duty cycle - pwm_set_gpio_level(SERVO_PIN, raw_value); + pwm_set_gpio_level(MICRO_DEFAULT_PWM, raw_value); } void PWM::set_servo_percent(int percent) { diff --git a/src/serial.cpp b/src/serial.cpp new file mode 100644 index 0000000..9dfd5d9 --- /dev/null +++ b/src/serial.cpp @@ -0,0 +1,134 @@ +#include "serial.hpp" +#include "portable.h" +#include "portmacro.h" +#include <pico/multicore.h> +#include <pico/stdio.h> + +void serial_task( void *pvParameters ) { + char *str = (char *) malloc(1024); + size_t len = 1024; + + + printf("Welcome! :3\n"); + + while (1) { + printf("# "); + stdio_flush(); + + size_t n = input_line(str,len); + printf("\n"); + if (n > 0) { + for (int i = 0; i < (NUM_BASE_CMDS + num_user_cmds); i++) { + if ((i < NUM_BASE_CMDS) && n >= base_commands[i].len && strncmp(str, base_commands[i].name, base_commands[i].len) == 0) { + base_commands[i].function(); + break; + } + + if ((i >= NUM_BASE_CMDS && ((i - NUM_BASE_CMDS) < num_user_cmds)) && n >= user_commands[i - NUM_BASE_CMDS].len && strncmp(str, user_commands[i - NUM_BASE_CMDS].name, user_commands[i - NUM_BASE_CMDS].len) == 0) { + user_commands[i - NUM_BASE_CMDS].function(); + break; + } + if (i == (NUM_BASE_CMDS + num_user_cmds - 1)) { + printf("Invalid command! Please try again or use 'help' to see the available commands.\n"); + } + } + } + } +} + +int input_line(char *buffer, size_t len) { + size_t n = 0; + int c; + for (n = 0; n < len - 1; n++) { + + c = getchar_timeout_us(0); + switch (c) { + case 127: /* fall through to below */ + case '\b': /* backspace character received */ + if (n > 0) + n--; + buffer[n] = 0; + stdio_putchar('\b'); /* output backspace character */ + stdio_putchar(' '); + stdio_putchar('\b'); + n--; /* set up next iteration to deal with preceding char location */ + break; + case '\n': /* fall through to \r */ + case '\r': + buffer[n] = 0; + return n; + default: + if (c != PICO_ERROR_TIMEOUT && c < 256) { + stdio_putchar(c); + buffer[n] = c; + } else { + n--; + } + break; + } + } + buffer[len - 1] = 0; + return 0; // Filled up buffer without reading a linebreak +} + +void info_cmd_func() { + extern const char* executeable_name; + printf("%s", logo); + printf("#####################################################################################\n"); + printf("# \e[0;31mRocketry \e[0;37mat \e[0;33mVirginia Tech\e[0;37m #\n"); + printf("# Executeable: %s #\n", executeable_name); + printf("#####################################################################################\n\n"); +} + +void help_cmd_func() { + printf("Commands: \n"); + for (int i = 0; i < NUM_BASE_CMDS; i++) { + printf("\t%s\n", base_commands[i].name); + } + + for (int i = 0; i < num_user_cmds; i++) { + printf("\t%s\n", user_commands[i].name); + } +} + +void clear_cmd_func() { + printf("%c%c%c%c",0x1B,0x5B,0x32,0x4A); +} + +void top_cmd_func() { +#if (configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1) + UBaseType_t num_tasks = uxTaskGetNumberOfTasks(); + char* buffer = (char *) malloc( 40 * num_tasks ); + vTaskGetRunTimeStats(buffer); + printf("%s", buffer); + free(buffer); +#endif +#if (configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1) + HeapStats_t heap_stats; + vPortGetHeapStats(&heap_stats); + printf("\n\tAvailable Heap Space In Bytes:\t%d\nSize Of Largest Free Block In Bytes:\t%d\nNumber Of Successful Allocations:\t%d\n", heap_stats.xAvailableHeapSpaceInBytes, heap_stats.xSizeOfLargestFreeBlockInBytes, heap_stats.xNumberOfSuccessfulAllocations); +#endif +} + +static void reset_cmd_task(void * unused_arg) { + reset_cmd_func(); +} + +void reset_cmd_func() { +#define AIRCR_Register (*((volatile uint32_t*)(PPB_BASE + 0x0ED0C))) + if (get_core_num() == 0) { + vTaskSuspendAll(); + multicore_reset_core1(); + printf("\nOn core zero! Going dark!\n"); + stdio_flush(); + AIRCR_Register = 0x5FA0004; + } else { + printf("\nOn core one! Tasking core zero with the reset!\n"); + stdio_flush(); + TaskHandle_t reset_task = NULL; + vTaskSuspendAll(); + xTaskCreate(reset_cmd_task, "reset", 256, NULL, (configMAX_PRIORITIES - 1), &reset_task); + vTaskCoreAffinitySet( reset_task, 0x01 ); + xTaskResumeAll(); + } +} diff --git a/src/spi_flash.c b/src/spi_flash.c deleted file mode 100644 index 32babc5..0000000 --- a/src/spi_flash.c +++ /dev/null @@ -1,267 +0,0 @@ -/** - * Copyright (c) 2020 Raspberry Pi (Trading) Ltd. - * - * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause - */ - -// Example of reading/writing an external serial flash using the PL022 SPI interface - -#include "spi_flash.h" - -static inline void cs_select(uint cs_pin) { - asm volatile("nop \n nop \n nop"); // FIXME - gpio_put(cs_pin, 0); - asm volatile("nop \n nop \n nop"); // FIXME -} - -static inline void cs_deselect(uint cs_pin) { - asm volatile("nop \n nop \n nop"); // FIXME - gpio_put(cs_pin, 1); - asm volatile("nop \n nop \n nop"); // FIXME -} - -void __not_in_flash_func(flash_read)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin, uint32_t addr, uint8_t* dest, size_t len) { - cs_select(cs_pin); - uint8_t cmdbuf[4] = { - FLASH_CMD_READ, - addr >> 16, - addr >> 8, - addr - }; - spi_write_blocking(spi, cmdbuf, 4); - spi_read_blocking(spi, 0, dest, len); - cs_deselect(cs_pin); -} - -void __not_in_flash_func(flash_write_enable)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin) { - cs_select(cs_pin); - uint8_t cmd = FLASH_CMD_WRITE_EN; - spi_write_blocking(spi, &cmd, 1); - cs_deselect(cs_pin); -} - -void __not_in_flash_func(flash_wait_done)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin) { - uint8_t status; - do { - cs_select(cs_pin); - uint8_t buf[2] = {FLASH_CMD_STATUS, 0}; - spi_write_read_blocking(spi, buf, buf, 2); - cs_deselect(cs_pin); - status = buf[1]; - } while (status & FLASH_STATUS_BUSY_MASK); -} - -void __not_in_flash_func(flash_sector_erase)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin, uint32_t addr) { - uint8_t cmdbuf[4] = { - FLASH_CMD_SECTOR_ERASE, - addr >> 16, - addr >> 8, - addr - }; - flash_write_enable(spi, cs_pin); - cs_select(cs_pin); - spi_write_blocking(spi, cmdbuf, 4); - cs_deselect(cs_pin); - flash_wait_done(spi, cs_pin); -} - -void __not_in_flash_func(flash_block_erase)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin, uint32_t addr) { - uint8_t cmdbuf[4] = { - FLASH_CMD_BLOCK_ERASE, - addr >> 16, - addr >> 8, - addr - }; - flash_write_enable(spi, cs_pin); - cs_select(cs_pin); - spi_write_blocking(spi, cmdbuf, 4); - cs_deselect(cs_pin); - flash_wait_done(spi, cs_pin); -} - - -void __not_in_flash_func(flash_erase)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin) { - uint8_t cmdbuf[1] = { - FLASH_CMD_CHIP_ERASE - }; - flash_write_enable(spi, cs_pin); - cs_select(cs_pin); - spi_write_blocking(spi, cmdbuf, 1); - cs_deselect(cs_pin); - flash_wait_done(spi, cs_pin); -} - -void __not_in_flash_func(flash_page_program)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin, uint32_t addr, uint8_t* src) { - uint8_t cmdbuf[4] = { - FLASH_CMD_PAGE_PROGRAM, - addr >> 16, - addr >> 8, - addr - }; - flash_write_enable(spi, cs_pin); - cs_select(cs_pin); - spi_write_blocking(spi, cmdbuf, 4); - spi_write_blocking(spi, src, FLASH_PAGE_SIZE); - cs_deselect(cs_pin); - flash_wait_done(spi, cs_pin); -} - -void __not_in_flash_func(flash_write)(spi_inst_t *spi, uint cs_pin, uint32_t addr, uint8_t* src, size_t size) { - uint8_t cmdbuf[4] = { - FLASH_CMD_PAGE_PROGRAM, - addr >> 16, - addr >> 8, - addr - }; - flash_write_enable(spi, cs_pin); - cs_select(cs_pin); - spi_write_blocking(spi, cmdbuf, 4); - spi_write_blocking(spi, src, size); - cs_deselect(cs_pin); - flash_wait_done(spi, cs_pin); -} - -void write_entry(uint8_t* data_entry) { - flash_read(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, base_addr, page_buffer, FLASH_PAGE_SIZE); - for (uint16_t i = 0; i < FLASH_PAGE_SIZE; i += PACKET_SIZE) { - if (page_buffer[i] == 0xFF) { - base_addr += i; - break; - } - if ((i + PACKET_SIZE) == FLASH_PAGE_SIZE) { - base_addr += FLASH_PAGE_SIZE; - flash_read(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, base_addr, page_buffer, FLASH_PAGE_SIZE); - i = 0; - } - } - flash_write(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, base_addr, data_entry, PACKET_SIZE); - base_addr += PACKET_SIZE; -} - - -#ifdef FLASH_TEST - #include "pico/multicore.h" - #include <stdint.h> - #include <inttypes.h> - #include <stdio.h> - - - void printbuf(uint8_t buf[FLASH_PAGE_SIZE]) { - for (int i = 0; i < FLASH_PAGE_SIZE; ++i) { - if (i % 16 == 15) - printf("%02x\n", buf[i]); - else - printf("%02x ", buf[i]); - } - } - - - - void core1_entry() { - printf("SPI flash example\n"); - - // Enable SPI 0 at 1 MHz and connect to GPIOs - spi_init(spi_default, 1000 * 1000 * 60); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_SPI_RX_PIN, GPIO_FUNC_SPI); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_SPI_TX_PIN, GPIO_FUNC_SPI); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_SPI_SCK_PIN, GPIO_FUNC_SPI); - - // Chip select is active-low, so we'll initialise it to a driven-high state - gpio_init(PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN); - gpio_set_dir(PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, GPIO_OUT); - gpio_put(PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, 1); - - // flash_erase(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN); - // flash_sector_erase(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, 0); - printf("Before program:\n"); - flash_read(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, 0, page_buffer, FLASH_PAGE_SIZE); - printbuf(page_buffer); - - uint8_t entry[PACKET_SIZE]; - - printf("Written Data:\n"); - printf("time (us)\t|\tstate\t|\tdep pcnt\t|\talt (m)\t|\tvel (m/s)\t|\tempty\n"); - for (uint16_t i = 0; i < 500; i++) { - absolute_time_t now = get_absolute_time(); - uint64_t now_us= to_us_since_boot(now); - float altitude = 10.0f * i; - float velocity = 5.0f * i; - uint8_t deploy_percent = (i*1000) / 200; - printf("%"PRIu64"\t|\t%"PRIu8"\t|\t%"PRIu8"\t|\t%4.2f\t|\t%4.2f\t|\tDAWSYN_SCHRAIB\n", now_us, (uint8_t)(i), deploy_percent, altitude, velocity); - uint32_t alt_bits = *((uint32_t *)&altitude); - uint32_t vel_bits = *((uint32_t *)&velocity); - entry[0] = now_us >> 56; - entry[1] = now_us >> 48; - entry[2] = now_us >> 40; - entry[3] = now_us >> 32; - entry[4] = now_us >> 24; - entry[5] = now_us >> 16; - entry[6] = now_us >> 8; - entry[7] = now_us; - entry[8] = i; - entry[9] = deploy_percent; - entry[10] = alt_bits >> 24; - entry[11] = alt_bits >> 16; - entry[12] = alt_bits >> 8; - entry[13] = alt_bits; - entry[14] = vel_bits >> 24; - entry[15] = vel_bits >> 16; - entry[16] = vel_bits >> 8; - entry[17] = vel_bits; - entry[18] = 'D'; - entry[19] = 'A'; - entry[20] = 'W'; - entry[21] = 'S'; - entry[22] = 'Y'; - entry[23] = 'N'; - entry[24] = '_'; - entry[25] = 'S'; - entry[26] = 'C'; - entry[27] = 'H'; - entry[28] = 'R'; - entry[29] = 'A'; - entry[30] = 'I'; - entry[31] = 'B'; - write_entry(entry); - } - - printf("After program:\n"); - flash_read(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, 0, page_buffer, FLASH_PAGE_SIZE); - printbuf(page_buffer); - - printf("\nRead Data:\n"); - printf("time (us)\t|\tstate\t|\tdep pcnt\t|\talt (m)\t|\tvel (m/s)\t|\tempty\n"); - for (uint32_t i = 0; i < base_addr; i += PACKET_SIZE) { - flash_read(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, i, entry, PACKET_SIZE); - uint64_t now_us = (((uint64_t)entry[0] << 56) | ((uint64_t)entry[1] << 48) | \ - ((uint64_t)entry[2] << 40) | ((uint64_t)entry[3] << 32) | \ - ((uint64_t)entry[4] << 24) | ((uint64_t)entry[5] << 16) | \ - ((uint64_t)entry[6] << 8) | ((uint64_t)entry[7])); - - uint8_t state = entry[8]; - uint8_t deploy_percent = entry[9]; - - uint32_t alt_bits = (entry[10] << 24) | (entry[11] << 16) | (entry[12] << 8) | (entry[13]); - uint32_t vel_bits = (entry[14] << 24) | (entry[15] << 16) | (entry[16] << 8) | (entry[17]); - float altitude = *(float *)(&alt_bits); - float velocity = *(float *)(&vel_bits); - printf("%"PRIu64"\t|\t%"PRIu8"\t|\t%"PRIu8"\t|\t%4.2f\t|\t%4.2f\t|\t%c%c%c%c%c%c%c%c%c%c%c%c%c%c\n", \ - now_us, state, deploy_percent, altitude, velocity, \ - entry[18],entry[19],entry[20],entry[21],entry[22],entry[23],entry[24],entry[25],entry[26],entry[27],entry[28],entry[29],entry[30],entry[31]); - } - - } - - int main() { - // Enable UART so we can print status output - stdio_init_all(); - getchar(); - - multicore_launch_core1(core1_entry); - - while (1) { - tight_loop_contents(); - } - - } -#endif diff --git a/tools/CMakeLists.txt b/tools/CMakeLists.txt index 8806fb0..a5a7ba6 100644 --- a/tools/CMakeLists.txt +++ b/tools/CMakeLists.txt @@ -1,34 +1,42 @@ if (COMPILE_TOOLS) add_executable(read_flash - read_flash.c - ../src/spi_flash.c + read_flash.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/ms5607.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/adxl375.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/iim42653.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/mmc5983ma.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/log_format.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/heartbeat.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/serial.cpp ) add_executable(servo_test servo_test.cpp - ../src/pwm.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/pwm.cpp ) add_executable(alt_test alt_test.cpp - ) - - add_executable(imu_calib - imu_calib.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/ms5607.cpp + ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/heartbeat.cpp ) # pull in common dependencies - target_link_libraries(read_flash pico_stdlib hardware_spi) - target_include_directories(read_flash PUBLIC ../include) + target_link_libraries(read_flash pico_stdlib pico_logger pico_flash pico_rand pico_multicore pico_sync hardware_i2c hardware_adc hardware_timer FreeRTOS-Kernel FreeRTOS-Kernel-Heap4) + target_include_directories(read_flash PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include) + target_compile_definitions(read_flash PRIVATE + USE_FREERTOS=1 + DEBUG=1 + PICO_STDIO_STACK_BUFFER_SIZE=64 # use a small printf on stack buffer + ) + pico_set_binary_type(read_flash copy_to_ram) target_link_libraries(servo_test pico_stdlib hardware_pwm hardware_i2c) - target_include_directories(servo_test PUBLIC ../include) + target_include_directories(servo_test PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include) target_link_libraries(alt_test pico_stdlib hardware_i2c hardware_gpio) - - target_link_libraries(imu_calib pico_stdlib hardware_i2c hardware_gpio) - target_include_directories(imu_calib PUBLIC ../include) - + target_include_directories(alt_test PUBLIC ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include) + pico_enable_stdio_usb(read_flash 1) pico_enable_stdio_uart(read_flash 0) @@ -37,14 +45,10 @@ if (COMPILE_TOOLS) pico_enable_stdio_usb(alt_test 1) pico_enable_stdio_uart(alt_test 0) - - pico_enable_stdio_usb(imu_calib 1) - pico_enable_stdio_uart(imu_calib 0) - + # create map/bin/hex file etc. pico_add_extra_outputs(read_flash) pico_add_extra_outputs(servo_test) pico_add_extra_outputs(alt_test) - pico_add_extra_outputs(imu_calib) endif() diff --git a/tools/alt_test.cpp b/tools/alt_test.cpp index a5c8849..9e92cdd 100644 --- a/tools/alt_test.cpp +++ b/tools/alt_test.cpp @@ -1,50 +1,47 @@ #include <stdio.h> #include "hardware/gpio.h" -#include "boards/pico_w.h" #include "hardware/i2c.h" #include "pico/stdio.h" #include "pico/time.h" -#define ALT_ADDR 0x60 +#include "ms5607.hpp" +#include "heartbeat.hpp" +#include "rp2040_micro.h" + +#define DATA_RATE_HZ 200 #define MAX_SCL 400000 -#define DATA_RATE_HZ 15 -float altitude = 0.0f; -float get_altitude(); +bool data_callback(repeating_timer_t *rt); + +repeating_timer_t data_timer; + +MS5607 altimeter(i2c_default); int main() { stdio_init_all(); i2c_init(i2c_default, MAX_SCL); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN, GPIO_FUNC_I2C); + gpio_init(PICO_DEFAULT_I2C_SCL_PIN); + gpio_init(PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN); gpio_set_function(PICO_DEFAULT_I2C_SCL_PIN, GPIO_FUNC_I2C); - gpio_pull_up(PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN); - gpio_pull_up(PICO_DEFAULT_I2C_SCL_PIN); + gpio_set_function(PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN, GPIO_FUNC_I2C); - uint8_t config[2] = {0}; + altimeter.initialize(); + heartbeat_initialize(PICO_DEFAULT_LED_PIN); + // gpio_init(PICO_DEFAULT_LED_PIN); + // gpio_set_dir(PICO_DEFAULT_LED_PIN, GPIO_OUT); + // gpio_put(PICO_DEFAULT_LED_PIN, 1); - // Select control register(0x26) - // Active mode, OSR = 16, altimeter mode(0xB8) - config[0] = 0x26; - config[1] = 0xB9; - i2c_write_blocking(i2c_default, ALT_ADDR, config, 2, true); - sleep_ms(1500); + add_repeating_timer_us(-1000000 / DATA_RATE_HZ, &data_callback, NULL, &data_timer); while (1) { - sleep_ms(1000); - altitude = get_altitude(); - printf("Altitude: %4.2f\n", altitude); + sleep_ms(500); + printf("\n\nAltitude: %4.2f\nPressure: %4.2f\nTemperature: %4.2f\n", (float) altimeter.get_altitude() / ALTITUDE_SCALE_F, (float) altimeter.get_pressure() / PRESSURE_SCALE_F, (float) altimeter.get_temperature() / TEMPERATURE_SCALE_F); } } -float get_altitude() { - uint8_t reg = 0x01; - uint8_t data[5]; - i2c_write_blocking(i2c_default, ALT_ADDR, ®, 1, true); - i2c_read_blocking(i2c_default, ALT_ADDR, data, 5, false); - // Exactly how MPL3115A2 datasheet says to retrieve altitude - float altitude = (float) ((int16_t) ((data[0] << 8) | data[1])) + (float) (data[2] >> 4) * 0.0625; - return altitude; +bool data_callback(repeating_timer_t *rt) { + altimeter.ms5607_start_sample(); + return true; } - diff --git a/tools/clock_gen_test.cpp b/tools/clock_gen_test.cpp new file mode 100644 index 0000000..6cfdcdd --- /dev/null +++ b/tools/clock_gen_test.cpp @@ -0,0 +1,22 @@ +#include <stdio.h> + +#include "boards/pico_w.h" +#include "pico/stdio.h" +#include "hardware/gpio.h" +#include "hardware/clocks.h" +#include "pico/time.h" + +//Generate a 40kHz square wave with duty 0.5 on pin 21 +int main() { + stdio_init_all(); + + //21 --> GPIO Selection, Pin 21 (Clock 0) + //0x6 --> Input selection, CLK_SYS as input (125MHz) + //3125 --> Clock Divider Int, 125MHz/40kHz = 3125 + clock_gpio_init(21, 0x6, 3125); + + while(1) { + printf("Clock may or may not be running?"); + sleep_ms(1000); + } +} diff --git a/tools/imu_calib.cpp b/tools/imu_calib.cpp deleted file mode 100644 index dc45f39..0000000 --- a/tools/imu_calib.cpp +++ /dev/null @@ -1,222 +0,0 @@ -#include <stdio.h> -#include <stdint.h> -#include <inttypes.h> -#include <Eigen/Geometry> - -#include "pico/stdio.h" -#include "hardware/gpio.h" -#include "hardware/i2c.h" - -#define MAX_SCL 400000 - -#define BNO055_OPR_MODE_ADDR 0x3D -#define BNO055_OPR_MODE_CONFIG 0x00 -#define BNO055_SYS_TRIGGER_ADDR 0x3F -#define BNO055_ADDRESS 0x28 -#define BNO055_CHIP_ID_ADDR 0x00 -#define BNO055_CHIP_ID 0xA0 -#define BNO055_OPR_MODE_NDOF 0x0C -#define BNO055_CALIB_STAT_ADDR 0x35 -#define ACCEL_OFFSET_X_LSB_ADDR 0x55 -#define BNO055_LINEAR_ACCEL_DATA_X_LSB_ADDR 0x28 -#define BNO055_QUATERNION_DATA_W_LSB_ADDR 0x20 -#define UNIT_SELECTION 0x3B - -void get_calibration(uint8_t *sys, uint8_t *gyro, uint8_t *accel, uint8_t *mag); - -int main() { - stdio_init_all(); - - getchar(); - - i2c_init(i2c_default, MAX_SCL); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN, GPIO_FUNC_I2C); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_I2C_SCL_PIN, GPIO_FUNC_I2C); - gpio_pull_up(PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN); - gpio_pull_up(PICO_DEFAULT_I2C_SCL_PIN); - - uint8_t buf[2] = {BNO055_CHIP_ID_ADDR}; - - uint8_t id = 0x00; - sleep_ms(1000); - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 1, false); - i2c_read_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, &id, 1, false); - while (id != BNO055_CHIP_ID) { - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 1, false); - i2c_read_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, &id, 1, false); - printf("Id not correct!, seeing: %" PRIu8 "\n", id); - sleep_ms(10); - } - - buf[0] = BNO055_OPR_MODE_ADDR; - buf[1] = BNO055_OPR_MODE_CONFIG; - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 2, false); - - buf[0] = BNO055_SYS_TRIGGER_ADDR; - buf[1] = 0x20; // RESET - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 2, false); - sleep_ms(30); - - buf[0] = BNO055_CHIP_ID_ADDR; - id = 0x00; - while (id != BNO055_CHIP_ID) { - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 1, false); - i2c_read_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, &id, 1, false); - printf("Id not correct!, seeing: %" PRIu8 "\n", id); - sleep_ms(10); - } - - buf[0] = BNO055_SYS_TRIGGER_ADDR; - buf[1] = 0x00; // RESET - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 2, false); - sleep_ms(30); - - // Set units to m/s^2 - buf[0] = UNIT_SELECTION; - buf[1] = 0x00; // Windows, Celsius, Degrees, DPS, m/s^2 - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 2, false); - sleep_ms(50); - - buf[0] = BNO055_OPR_MODE_ADDR; - buf[1] = BNO055_OPR_MODE_NDOF; - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 2, false); - - uint8_t gyro = 0x00, accel = 0x00, mag = 0x00; - - printf("Magnetometer: Perform the figure-eight calibration dance.\n"); - while (mag != 3) { - // Calibration Dance Step One: Magnetometer - // Move sensor away from magnetic interference or shields - // Perform the figure-eight until calibrated - get_calibration(NULL, NULL, NULL, &mag); - printf("Mag Calib Status: %3.0f\n", (100 / 3 * mag)); - sleep_ms(1000); - } - printf("... CALIBRATED\n"); - sleep_ms(1000); - - printf("Accelerometer: Perform the six-step calibration dance.\n"); - while (accel != 3) { - // Calibration Dance Step Two: Accelerometer - // Place sensor board into six stable positions for a few seconds each: - // 1) x-axis right, y-axis up, z-axis away - // 2) x-axis up, y-axis left, z-axis away - // 3) x-axis left, y-axis down, z-axis away - // 4) x-axis down, y-axis right, z-axis away - // 5) x-axis left, y-axis right, z-axis up - // 6) x-axis right, y-axis left, z-axis down - // Repeat the steps until calibrated - get_calibration(NULL, NULL, &accel, NULL); - printf("Accel Calib Status: %3.0f\n", (100 / 3 * accel)); - sleep_ms(1000); - } - printf("... CALIBRATED\n"); - sleep_ms(1000); - - printf("Gyroscope: Perform the hold-in-place calibration dance.\n"); - while (gyro != 3) { - // Calibration Dance Step Three: Gyroscope - // Place sensor in any stable position for a few seconds - // (Accelerometer calibration may also calibrate the gyro) - get_calibration(NULL, &gyro, NULL, NULL); - printf("Gyro Calib Status: %3.0f\n", (100 / 3 * gyro)); - sleep_ms(1000); - } - printf("... CALIBRATED\n"); - sleep_ms(1000); - printf("CALIBRATION COMPLETED\n"); - - // Get Sensor Offsets - buf[0] = BNO055_OPR_MODE_ADDR; - buf[1] = BNO055_OPR_MODE_CONFIG; - uint8_t sensor_offsets[22]; - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 2, false); - sleep_ms(30); - - buf[0] = ACCEL_OFFSET_X_LSB_ADDR; - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 1, false); - i2c_read_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, sensor_offsets, 18, false); - for (uint8_t i = 0; i < 18; i++) { - printf("sensor_offsets[%" PRIu8 "] = 0x%" PRIx8 ";\r\n", i + 1, sensor_offsets[i]); - } - sleep_ms(5000); - - buf[0] = BNO055_OPR_MODE_ADDR; - buf[1] = BNO055_OPR_MODE_NDOF; - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 2, false); - sleep_ms(5000); - - getchar(); - - uint8_t lin_accel[6]; - uint8_t quat[8]; - float accel_x, accel_y, accel_z; - float abs_lin_accel_x, abs_lin_accel_y, abs_lin_accel_z; - float abs_quaternion_w, abs_quaternion_x, abs_quaternion_y, abs_quaternion_z; - while (1) { - uint8_t lin_accel_reg = BNO055_LINEAR_ACCEL_DATA_X_LSB_ADDR; - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, &lin_accel_reg, 1, true); - i2c_read_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, lin_accel, 6, false); - int16_t x, y, z; - x = y = z = 0; - x = ((int16_t)lin_accel[0]) | (((int16_t)lin_accel[1]) << 8); - y = ((int16_t)lin_accel[2]) | (((int16_t)lin_accel[3]) << 8); - z = ((int16_t)lin_accel[4]) | (((int16_t)lin_accel[5]) << 8); - accel_x = ((float)x) / 100.0; - accel_y = ((float)y) / 100.0; - accel_z = ((float)z) / 100.0; - - uint8_t quat_reg = BNO055_QUATERNION_DATA_W_LSB_ADDR; - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, &quat_reg, 1, true); - i2c_read_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, quat, 8, false); - int16_t w; - w = x = y = z = 0; - w = ((int16_t)quat[0]) | (((int16_t)quat[1]) << 8); - x = ((int16_t)quat[2]) | (((int16_t)quat[3]) << 8); - y = ((int16_t)quat[4]) | (((int16_t)quat[5]) << 8); - z = ((int16_t)quat[6]) | (((int16_t)quat[7]) << 8); - abs_quaternion_w = ((float)w) / 16384.0; // 2^14 LSB - abs_quaternion_x = ((float)x) / 16384.0; - abs_quaternion_y = ((float)y) / 16384.0; - abs_quaternion_z = ((float)z) / 16384.0; - - Eigen::Quaternion<float> q; - q.w() = abs_quaternion_w; - q.x() = abs_quaternion_x; - q.y() = abs_quaternion_y; - q.z() = abs_quaternion_z; - // q.normalize(); - Eigen::Matrix3f rotation_matrix = q.toRotationMatrix(); - Eigen::Vector3f lin_accel; - abs_lin_accel_x = accel_x* rotation_matrix(0, 0) + accel_y * rotation_matrix(0, 1) + accel_z* rotation_matrix(0, 2); - abs_lin_accel_y = accel_x * rotation_matrix(1, 0) + accel_y * rotation_matrix(1, 1) + accel_z * rotation_matrix(1, 2); - abs_lin_accel_z = -1.0f * (accel_x * rotation_matrix(2, 0) + accel_y * rotation_matrix(2, 1) + accel_z * rotation_matrix(2, 2)); - - printf("Acceleration Vector: %4.2f, %4.2f, %4.2f\n", accel_x, accel_y, accel_z); - printf("Abs Acceleration Vector: %4.2f, %4.2f, %4.2f\n", abs_lin_accel_x, abs_lin_accel_y, abs_lin_accel_z); - printf("Quaternion: %4.2f, %4.2f, %4.2f, %4.2f\n\n\n", abs_quaternion_w, abs_quaternion_x, abs_quaternion_y, abs_quaternion_z); - sleep_ms(1000); - } - - return 0; -} - -void get_calibration(uint8_t *sys, uint8_t *gyro, uint8_t *accel, uint8_t *mag) { - uint8_t buf[1] = {BNO055_CALIB_STAT_ADDR}; - uint8_t cal_data = 0x00; - i2c_write_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, buf, 1, false); - i2c_read_blocking(i2c_default, BNO055_ADDRESS, &cal_data, 1, false); - if (sys != NULL) { - *sys = (cal_data >> 6) & 0x03; - } - if (gyro != NULL) { - *gyro = (cal_data >> 4) & 0x03; - } - if (accel != NULL) { - *accel = (cal_data >> 2) & 0x03; - } - if (mag != NULL) { - *mag = cal_data & 0x03; - } -} - diff --git a/tools/read_flash.c b/tools/read_flash.c deleted file mode 100644 index 91c75fb..0000000 --- a/tools/read_flash.c +++ /dev/null @@ -1,78 +0,0 @@ -#include <stdio.h> -#include <inttypes.h> -#include "boards/pico_w.h" -#include "hardware/spi.h" -#include "spi_flash.h" - -int main() { - stdio_init_all(); - getchar(); - // Enable SPI 0 at 1 MHz and connect to GPIOs - spi_init(spi_default, 1000 * 1000 * 60); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_SPI_RX_PIN, GPIO_FUNC_SPI); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_SPI_TX_PIN, GPIO_FUNC_SPI); - gpio_set_function(PICO_DEFAULT_SPI_SCK_PIN, GPIO_FUNC_SPI); - - // Chip select is active-low, so we'll initialise it to a driven-high state - gpio_init(PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN); - gpio_set_dir(PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, GPIO_OUT); - gpio_put(PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, 1); - - uint8_t entry[PACKET_SIZE]; - - // flash_erase(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN); - flash_read(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, base_addr, page_buffer, FLASH_PAGE_SIZE); - for (uint16_t i = 0; i < FLASH_PAGE_SIZE; i += PACKET_SIZE) { - if (page_buffer[i] == 0xFF) { - base_addr += i; - break; - } - if ((i + PACKET_SIZE) == FLASH_PAGE_SIZE) { - base_addr += FLASH_PAGE_SIZE; - flash_read(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, base_addr, page_buffer, FLASH_PAGE_SIZE); - i = 0; - } - } - - printf("\nRead Data:\n"); - printf("time,state,board_temp,deploy_percent,altitude,velocity,lin_ax,lin_ay,lin_az,quat_w,quat_x,quat_y,quat_z\n"); - for (uint32_t i = 0; i < base_addr; i += PACKET_SIZE) { - flash_read(spi_default, PICO_DEFAULT_SPI_CSN_PIN, i, entry, PACKET_SIZE); - uint64_t now_us = (((uint64_t)entry[0] << 56) | ((uint64_t)entry[1] << 48) | \ - ((uint64_t)entry[2] << 40) | ((uint64_t)entry[3] << 32) | \ - ((uint64_t)entry[4] << 24) | ((uint64_t)entry[5] << 16) | \ - ((uint64_t)entry[6] << 8) | ((uint64_t)entry[7])); - - uint8_t state = entry[8] >> 4; - uint16_t temperature_data = ((uint16_t)(entry[8] & 0x0F) << 8) | ((uint16_t)entry[9]); - const float conversionFactor = 3.3f / (1 << 12); - float tempC = 27.0f - (((float)(temperature_data) * conversionFactor) - 0.706f) / 0.001721f; - - uint8_t deploy_percent = entry[10]; - - float altitude = (float) ((int16_t) ((entry[11] << 8) | entry[12])) + (float) (entry[13] >> 4) * 0.0625; - uint32_t vel_bits = (entry[14] << 24) | (entry[15] << 16) | (entry[16] << 8) | (entry[17]); - float velocity = *(float *)(&vel_bits); - - int16_t ax = ((int16_t)entry[18]) | (((int16_t)entry[19]) << 8); - int16_t ay = ((int16_t)entry[20]) | (((int16_t)entry[21]) << 8); - int16_t az = ((int16_t)entry[22]) | (((int16_t)entry[23]) << 8); - float lax = ((float)ax) / 100.0; - float lay = ((float)ay) / 100.0; - float laz = ((float)az) / 100.0; - - int16_t w, x, y, z; - w = x = y = z = 0; - w = ((int16_t)entry[24]) | (((int16_t)entry[25]) << 8); - x = ((int16_t)entry[26]) | (((int16_t)entry[27]) << 8); - y = ((int16_t)entry[28]) | (((int16_t)entry[29]) << 8); - z = ((int16_t)entry[30]) | (((int16_t)entry[31]) << 8); - float qw = ((float)w) / 16384.0; - float qx = ((float)x) / 16384.0; - float qy = ((float)y) / 16384.0; - float qz = ((float)z) / 16384.0; - - printf("%"PRIu64",%"PRIu8",%04.2f,%"PRIu8",%04.2f,%04.2f,%04.2f,%04.2f,%04.2f,%04.2f,%04.2f,%04.2f,%04.2f\r\n", \ - now_us, state, tempC, deploy_percent, altitude, velocity, lax, lay, laz, qw, qx, qy, qz); - } -} diff --git a/tools/read_flash.cpp b/tools/read_flash.cpp new file mode 100644 index 0000000..b3305aa --- /dev/null +++ b/tools/read_flash.cpp @@ -0,0 +1,538 @@ +#include <stdlib.h> +#include <stdio.h> +#include <string.h> +#include <inttypes.h> + +#include <cmath> //TODO: Reimplement math properly using Eigen functions +#include <sstream> //TODO: This is for debug purposes, remove when implemented +#include <Eigen/Dense> +using namespace Eigen; //TODO: Limit scope to necessary components once implemented + +#include "hardware/gpio.h" +#include "hardware/i2c.h" +#include "hardware/adc.h" +#include <hardware/timer.h> +#include "pico/rand.h" +#include "pico/stdlib.h" +#include "pico/stdio.h" +#include "pico/multicore.h" +#include "pico/time.h" +#include <pico/error.h> +#include <pico/types.h> + +/* Kernel includes. */ +#include "FreeRTOS.h" +#include "FreeRTOSConfig.h" +#include "portmacro.h" +#include "projdefs.h" +#include "serial.hpp" +#include "task.h" +#include "semphr.h" + +#include "heartbeat.hpp" +#include "adxl375.hpp" +#include "ms5607.hpp" +#include "iim42653.hpp" +#include "mmc5983ma.hpp" +#include "serial.hpp" +#include "pico_logger.h" +#include "log_format.hpp" + +/* Priorities at which the tasks are created. */ +#define EVENT_HANDLER_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 4 ) +#define SENSOR_SAMPLE_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 3 ) +#define HEARTBEAT_TASK_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 2 ) +#define LOGGING_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 2 ) +#define SERIAL_TASK_PRIORITY ( tskIDLE_PRIORITY + 1 ) + +#define SENSOR_SAMPLE_RATE_HZ 500 +#define ORIENTATION_ESTIMATION_RATE_HZ 5 + +#define MAX_SCL 400000 + +static void populate_log_entry(log_entry_t * log_entry); +static void sample_cmd_func(); +static void debug_cmd_func(); +static void circular_cmd_func(); +static void read_cmd_func(); +static void write_cmd_func(); +static void erase_cmd_func(); +static void orient_cmd_func(); +static void logging_task(void * unused_arg); + +void vApplicationTickHook(void) { /* optional */ } +void vApplicationMallocFailedHook(void) { /* optional */ } +void vApplicationStackOverflowHook(TaskHandle_t xTask, char *pcTaskName) { for( ;; ); } + +const char* executeable_name = "read_flash.uf2"; +const size_t num_user_cmds = 7; +const command_t user_commands[] = { {.name = "sample", + .len = 6, + .function = &sample_cmd_func}, + {.name = "debug", + .len = 5, + .function = &debug_cmd_func}, + {.name = "circular", + .len = 8, + .function = &circular_cmd_func}, + {.name = "read", + .len = 4, + .function = &read_cmd_func}, + {.name = "write", + .len = 5, + .function = &write_cmd_func}, + {.name = "erase", + .len = 5, + .function = &erase_cmd_func}, + {.name = "orient", + .len = 6, + .function = &orient_cmd_func} }; + +volatile bool serial_data_output = false; +volatile bool use_circular_buffer = false; + +MS5607 alt(i2c_default); +ADXL375 adxl375(i2c_default); +IIM42653 iim42653(i2c_default); +MMC5983MA mmc5983ma(i2c_default); + +Logger logger(PACKET_SIZE, LOG_BASE_ADDR, print_log_entry); + +volatile TaskHandle_t logging_handle = NULL; + +int main() { + stdio_init_all(); + + adc_init(); + adc_set_temp_sensor_enabled(true); + + gpio_init(PICO_DEFAULT_LED_PIN); + gpio_set_dir(PICO_DEFAULT_LED_PIN, GPIO_OUT); + gpio_put(PICO_DEFAULT_LED_PIN, 0); + + i2c_init(i2c_default, MAX_SCL); + gpio_set_function(PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN, GPIO_FUNC_I2C); + gpio_set_function(PICO_DEFAULT_I2C_SCL_PIN, GPIO_FUNC_I2C); + gpio_pull_up(PICO_DEFAULT_I2C_SDA_PIN); + gpio_pull_up(PICO_DEFAULT_I2C_SCL_PIN); + + sleep_ms(2500); + + info_cmd_func(); + stdio_flush(); + + logger.initialize(true); + + alt.initialize(); + sleep_ms(500); + adxl375.initialize(); + sleep_ms(500); + iim42653.initialize(); + sleep_ms(500); + mmc5983ma.initialize(); + sleep_ms(500); + + xTaskCreate(heartbeat_task, "heartbeat", 256, NULL, HEARTBEAT_TASK_PRIORITY, NULL); + xTaskCreate(serial_task, "serial", 8192, NULL, SERIAL_TASK_PRIORITY, NULL); + + vTaskStartScheduler(); + + while (1) { + tight_loop_contents(); + } +} + +static void logging_task(void * unused_arg) { + TickType_t xLastWakeTime; + const TickType_t xFrequency = pdMS_TO_TICKS(1000 / 10); + + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + printf("Time,Pressure,Altitude,Temperature,ax,ay,az,ax,ay,az,gx,gy,gz,ax,ay,az\n"); + while (1) { + vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency); +// printf("%" PRIu64 ",", time_us_64()); +// printf("%4.2f,", ((float) alt.get_pressure()) / PRESSURE_SCALE_F); +// printf("%4.2f,", ((float) alt.get_altitude()) / ALTITUDE_SCALE_F); +// printf("%4.2f,", ((float) alt.get_temperature()) / TEMPERATURE_SCALE_F); +// printf("%4.2f,", adxl375.scale(adxl375.get_ax())); +// printf("%4.2f,", adxl375.scale(adxl375.get_ay())); +// printf("%4.2f,", adxl375.scale(adxl375.get_az())); +// printf("%4.2f,", iim42653.scale_accel(iim42653.get_ax())); +// printf("%4.2f,", iim42653.scale_accel(iim42653.get_ay())); +// printf("%4.2f,", iim42653.scale_accel(iim42653.get_az())); +// printf("%4.2f,", iim42653.scale_gyro(iim42653.get_gx())); +// printf("%4.2f,", iim42653.scale_gyro(iim42653.get_gy())); +// printf("%4.2f,", iim42653.scale_gyro(iim42653.get_gz())); +// printf("%" PRIi16 ",", mmc5983ma.get_ax()); +// printf("%" PRIi16 ",", mmc5983ma.get_ay()); +// printf("%" PRIi16 ",", mmc5983ma.get_az()); +// printf("\r\n"); + log_entry_t log_entry; + populate_log_entry(&log_entry); + printf("\nWriting the following entry!\n"); + print_log_entry(reinterpret_cast<const uint8_t *>(&log_entry)); + if (use_circular_buffer) { + logger.write_circular_buffer(reinterpret_cast<const uint8_t *>(&log_entry)); + } else { + logger.write_memory(reinterpret_cast<const uint8_t *>(&log_entry), true); + } + stdio_flush(); + } + +} + +//TODO: This task is getting increasingly complex and involved, it may be worth migrating to a class of its own +static void pose_estimation_task(void * unused_arg) { + printf("--POSE: INITIALIZING DATA MEMBERS\n"); + TickType_t xLastWakeTime; + const TickType_t xFrequency = pdMS_TO_TICKS(1000 / ORIENTATION_ESTIMATION_RATE_HZ); + xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); + int orient_count = 0; + + Quaternionf q_k(1, 0, 0, 0); //Initialize to straight upright + Quaternionf q_k_est = q_k; + Matrix4f P_k = Matrix4f::Identity()*0.01f; //TODO: Tune this initialization value + Matrix4f P_k_est = P_k; + + //TODO: Store covariance values somewhere reasonable instead of hardcoding them + Matrix3f gyro_covariance = Matrix3f::Identity()*0.05f*M_PI/180.0f; //0.05deg/s RMSE @ 100HZ Bandwidth + Matrix<float, 6, 6> accel_mag_covariance; + accel_mag_covariance << 0.00065f, 0, 0, 0, 0, 0, + 0, 0.00065f, 0, 0, 0, 0, + 0, 0, 0.00070f, 0, 0, 0, + 0, 0, 0, 0.00120f, 0, 0, + 0, 0, 0, 0, 0.00120f, 0, + 0, 0, 0, 0, 0, 0.00120f; + //accel_mag_covariance *= 3; + + //Stored intermediate equation matrices + Matrix4f gyro_skew; //Skew-symmetric matrix equivalent of gyroscope output + Matrix4f I_4 = Matrix4f::Identity(); //4x4 Identity matrix, used for F_k calculation + + Matrix4f F_k; //State Transition Matrix + Matrix4f H_k; //Observation Matrix + Matrix4f K_k; //Kalman Gain Matrix + Matrix<float, 4, 3> J_process_k; //Jacobian for process (gyro) covariance transformation + Matrix<float, 4, 6> J_observation_k; //Jacobian for observation (accel/mag) covariance transformation + Matrix4f process_noise_transformed; //Matrix of transformed process noise + Matrix4f observation_noise_transformed; //Matrix of transformed observation noise + Matrix<float, 4, 1> z_k; //Measurement vector + Matrix<float, 4, 1> z_k_est; //Estimated measurement vector, used for Kalman filter calculation + + while (1) { + vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency); + + //printf("-------- BEGINNING UPDATE COMPUTATION --------\n"); + //Get all required sensor values and compute intermediate values + float imu_ax = -IIM42653::scale_accel(iim42653.get_ax()); + float imu_ay = -IIM42653::scale_accel(iim42653.get_ay()); + float imu_az = IIM42653::scale_accel(iim42653.get_az()); + float imu_gx = -IIM42653::scale_gyro(iim42653.get_gx())/180.0f*M_PI; + float imu_gy = -IIM42653::scale_gyro(iim42653.get_gy())/180.0f*M_PI; + float imu_gz = IIM42653::scale_gyro(iim42653.get_gz())/180.0f*M_PI; + float mag_x = -MMC5983MA::scale_mag(mmc5983ma.get_ay()); //TODO: Not convinced mag axes are correct + float mag_y = MMC5983MA::scale_mag(mmc5983ma.get_ax()); + float mag_z = -MMC5983MA::scale_mag(mmc5983ma.get_az()); + + //Normalize accelerometer and magnetometer measurements + float imu_a_mag = std::sqrt(std::pow(imu_ax, 2) + std::pow(imu_ay, 2) + std::pow(imu_az, 2)); + float mag_mag = std::sqrt(std::pow(mag_x, 2) + std::pow(mag_y, 2) + std::pow(mag_z, 2)); + imu_ax /= imu_a_mag; + imu_ay /= imu_a_mag; + imu_az /= imu_a_mag; + mag_x /= mag_mag; + mag_y /= mag_mag; + mag_z /= mag_mag; + + printf("--- [I] INITIALIZATION | IMU Accel direct outputs (x, y, z): [%4.3f, %4.3f, %4.3f]\n", imu_ax, imu_ay, imu_az); + printf("--- [I] INITIALIZATION | IMU Gyro direct outputs (x, y, z): [%4.3f, %4.3f, %4.3f]\n", imu_gx, imu_gy, imu_gz); + printf("--- [I] INITIALIZATION | Magnetometer direct outputs (x, y, z): [%4.3f, %4.3f, %4.3f]\n", mag_x, mag_y, mag_z); + + float mag_D = imu_ax*mag_x + imu_ay*mag_y + imu_az*mag_z; + float mag_N = std::sqrt(1.0f - std::pow(mag_D, 2)); + printf("--- [I] INITIALIZATION | Magnetometer values (mag_mag, mag_D, mag_N): [%2.4f, %2.4f, %2.4f]\n", mag_mag, mag_D, mag_N); + + //UPDATE | Calculate Kalman gain + //TODO: This Jacobian calculation is FUGLY, and very computationally intensive + // Separate out common math, vectorize, and put it in a function somewhere? + float pd_mD_ax = mag_x/(2*mag_D); + float pd_mD_ay = mag_y/(2*mag_D); + float pd_mD_az = mag_z/(2*mag_D); + float pd_mD_mx = imu_ax/(2*mag_D); + float pd_mD_my = imu_ay/(2*mag_D); + float pd_mD_mz = imu_az/(2*mag_D); + float pd_mN_ax = -mag_D/mag_N*pd_mD_ax; + float pd_mN_ay = -mag_D/mag_N*pd_mD_ay; + float pd_mN_az = -mag_D/mag_N*pd_mD_az; + float pd_mN_mx = -mag_D/mag_N*pd_mD_mx; + float pd_mN_my = -mag_D/mag_N*pd_mD_my; + float pd_mN_mz = -mag_D/mag_N*pd_mD_mz; + float common_num = (imu_ay*mag_z - imu_az*mag_y); + float common_denom = std::pow(mag_N, 2); + + float J_o_4_1 = (-pd_mN_ax*common_num)/common_denom; + float J_o_4_2 = (mag_z*mag_N - pd_mN_ay*common_num)/common_denom; + float J_o_4_3 = (-mag_y*mag_N - pd_mN_az*common_num)/common_denom; + float J_o_4_4 = (-pd_mN_mx*common_num)/common_denom; + float J_o_4_5 = (-imu_az*mag_N - pd_mN_my*common_num)/common_denom; + float J_o_4_6 = (imu_ay*mag_N - pd_mN_mz*common_num)/common_denom; + J_observation_k << 1.0f, 0, 0, 0, 0, 0, + 0, 1.0f, 0, 0, 0, 0, + 0, 0, 1.0f, 0, 0, 0, + J_o_4_1, J_o_4_2, J_o_4_3, J_o_4_4, J_o_4_5, J_o_4_6; + //printf("- [U] CALC KALMAN GAIN | [J_o_4_1 - J_o_4_6] after calculation, from J_observation_k: [%4.2f | %4.2f | %4.2f | %4.2f | %4.2f | %4.2f]\n", J_observation_k(3, 0), J_observation_k(3, 1), J_observation_k(3, 2), J_observation_k(3, 3), J_observation_k(3, 4), J_observation_k(3, 5)); + + observation_noise_transformed = J_observation_k*accel_mag_covariance*J_observation_k.transpose(); + //printf("- [U] CALC KALMAN GAIN | Diagonal of observation_noise_transformed after transformation: [%2.4f, %2.4f, %2.4f, %2.4f]\n", observation_noise_transformed(0, 0), observation_noise_transformed(1, 1), observation_noise_transformed(2, 2), observation_noise_transformed(3, 3)); + + H_k << -q_k.y(), q_k.z(), -q_k.w(), q_k.x(), + q_k.x(), q_k.w(), q_k.z(), q_k.y(), + q_k.w(), -q_k.x(), -q_k.y(), q_k.z(), + q_k.z(), q_k.y(), q_k.x(), q_k.w(); + H_k *= 2; + //printf("- [U] CALC KALMAN GAIN | First column of H_k after computation: [%2.4f, %2.4f, %2.4f, %2.4f]\n", H_k(0, 0), H_k(1, 0), H_k(2, 0), H_k(3, 0)); + + K_k = P_k*H_k.transpose()*(H_k*P_k*H_k.transpose() + observation_noise_transformed).inverse(); + //printf("- [U] CALC KALMAN GAIN | First column of K_k after computation: [%2.4f, %2.4f, %2.4f, %2.4f]\n", K_k(0, 0), K_k(1, 0), K_k(2, 0), K_k(3, 0)); + + //UPDATE | Calculate current state estimate based on accel/mag measurements + z_k << imu_ax, imu_ay, imu_az, ((imu_ay*mag_z - imu_az*mag_y)/mag_N); + z_k_est = H_k*q_k_est.coeffs(); //TODO: Confirm quaternion multiplication, output and check + q_k = q_k_est.coeffs() + K_k*(z_k - z_k_est); //TODO: Confirm quaternion arithmetic, output and check + q_k.normalize(); //Ensure state output is a proper rotation quaternion + //printf("- [U] CALC STATE ESTIMATE | See below block for direct output\n"); + + //UPDATE | Calculate state covariance based on accel/mag measurements + P_k = (I_4 - K_k*H_k)*P_k_est; + //printf("- [U] CALC STATE COVAR | First column of P_k after computation: [%2.4f, %2.4f, %2.4f, %2.4f]\n", P_k(0, 0), P_k(1, 1), P_k(2, 2), P_k(3, 3)); + + //printf("-------- COMPLETED UPDATE COMPUTATION! --------\n\n"); + //if (orient_count == ORIENTATION_ESTIMATION_RATE_HZ) { + printf("~~> Estimate (q_k) Coefficients [w, x, y, z]: [%1.4f, %1.4f, %1.4f, %1.4f]\n", q_k.w(), q_k.x(), q_k.y(), q_k.z()); + Vector3f testVect = q_k.toRotationMatrix().eulerAngles(2, 1, 0)*180.0f/M_PI; + printf("~~> Estimate (q_k) in Euler [Yaw, Pitch, Roll]: [%3.3f, %3.3f, %3.3f]\n", testVect[0], testVect[1], testVect[2]); + Vector3f testAccelVect(imu_ax, imu_ay, imu_az); + Vector3f testAccelVectRotated = q_k._transformVector(testAccelVect); + printf("~~> Estimate (q_k) rotated accel magnitude vector: [%2.4f, %2.4f, %2.4f]\n\n", testAccelVectRotated[0], testAccelVectRotated[1], testAccelVectRotated[2]); + + // orient_count = 0; + //} + //orient_count++; + + //printf("-------- BEGINNING PREDICT COMPUTATION --------\n"); + + //Predict next state based on gyroscope measurements + gyro_skew << 0, -imu_gx, -imu_gy, -imu_gz, + imu_gx, 0, imu_gz, -imu_gy, + imu_gy, -imu_gz, 0, imu_gx, + imu_gz, imu_gy, -imu_gx, 0; + //printf("- [P] PREDICT STATE | Top second element of gyro_skew after set: [%4.2f]\n", gyro_skew(0, 1)); + + F_k = I_4 + (0.5f/ORIENTATION_ESTIMATION_RATE_HZ)*gyro_skew; + //printf("- [P] PREDICT STATE | First column of F_k after set: [%2.4f, %2.4f, %2.4f, %2.4f]\n", F_k(0, 0), F_k(1, 0), F_k(2, 0), F_k(3, 0)); + + q_k_est = F_k*q_k.coeffs(); + q_k_est.normalize(); //TODO: CONFIRM normalization necessary at intermediary steps + //printf("- [P] PREDICT STATE | State estimate (q_k_est) coefficients after predict step: [%1.4f, %1.4f, %1.4f, %1.4f]\n", q_k_est.w(), q_k_est.x(), q_k_est.y(), q_k_est.z()); + + //Predict next covariance based on gyroscope measurements + Jacobian-transformed measurement variance + J_process_k << q_k.x(), q_k.y(), q_k.z(), + -1.0f*q_k.w(), q_k.z(), -1.0f*q_k.y(), + -1.0f*q_k.z(), -1.0f*q_k.w(), q_k.x(), + q_k.y(), -1.0f*q_k.x(), -1.0f*q_k.w(); + //printf("- [P] PREDICT COVAR | Top left element of J_process_k after computation: [%4.2f]\n", J_process_k(0, 0)); + + process_noise_transformed = std::pow(0.5f/ORIENTATION_ESTIMATION_RATE_HZ, 2) * + J_process_k*gyro_covariance*J_process_k.transpose(); + //printf("- [P] PREDICT COVAR | Diagonal of process_noise_transformed after transformation: [%2.4f, %2.4f, %2.4f, %2.4f]\n", process_noise_transformed(0, 0), process_noise_transformed(1, 1), process_noise_transformed(2, 2), process_noise_transformed(3, 3)); + + P_k_est = F_k*P_k*F_k.transpose() + process_noise_transformed; + //printf("- [P] PREDICT COVAR | Diagonal of P_k_est after prediction computation: [%2.4f, %2.4f, %2.4f, %2.4f]\n", P_k_est(0, 0), P_k_est(1, 1), P_k_est(2, 2), P_k_est(3, 3)); + //printf("-------- PREDICT COMPUTATION COMPLETED! --------\n\n\n"); + } +} + +static void sample_cmd_func() { + static bool sampling = false; + + if (sampling == false) { + vTaskSuspendAll(); + + xTaskCreate(MS5607::update_ms5607_task, "update_ms5607", 256, &alt, SENSOR_SAMPLE_PRIORITY, &(alt.update_task_handle)); + xTaskCreate(ADXL375::update_adxl375_task, "update_adxl375", 256, &adxl375, SENSOR_SAMPLE_PRIORITY, &(adxl375.update_task_handle)); + xTaskCreate(IIM42653::update_iim42653_task, "update_iim42653", 256, &iim42653, SENSOR_SAMPLE_PRIORITY, &(iim42653.update_task_handle)); + xTaskCreate(MMC5983MA::update_mmc5983ma_task, "update_mmc5983ma", 256, &mmc5983ma, SENSOR_SAMPLE_PRIORITY, &(mmc5983ma.update_task_handle)); + + xTaskCreate(MS5607::ms5607_sample_handler, "ms5607_sample_handler", 256, &alt, EVENT_HANDLER_PRIORITY, &(alt.sample_handler_task_handle)); + + vTaskCoreAffinitySet( alt.update_task_handle, 0x01 ); + vTaskCoreAffinitySet( adxl375.update_task_handle, 0x01 ); + vTaskCoreAffinitySet( iim42653.update_task_handle, 0x01 ); + vTaskCoreAffinitySet( mmc5983ma.update_task_handle, 0x01 ); + + vTaskCoreAffinitySet( alt.sample_handler_task_handle, 0x01 ); + sampling = true; + xTaskResumeAll(); + } else { + printf("Stopping sample!\n"); + vTaskSuspendAll(); + + vTaskDelete(alt.update_task_handle); + vTaskDelete(adxl375.update_task_handle); + vTaskDelete(iim42653.update_task_handle); + vTaskDelete(mmc5983ma.update_task_handle); + + vTaskDelete(alt.sample_handler_task_handle); + + alt.update_task_handle = NULL; + adxl375.update_task_handle = NULL; + iim42653.update_task_handle = NULL; + mmc5983ma.update_task_handle = NULL; + + alt.sample_handler_task_handle = NULL; + + sampling = false; + xTaskResumeAll(); + } +} + + +static void debug_cmd_func() { + if (logging_handle == NULL) { + vTaskSuspendAll(); + xTaskCreate(logging_task, "logging", 256, NULL, LOGGING_PRIORITY, const_cast<TaskHandle_t *>(&logging_handle)); + vTaskCoreAffinitySet(logging_handle, 0x02); + xTaskResumeAll(); + } else { + vTaskSuspendAll(); + vTaskDelete(logging_handle); + logging_handle = NULL; + xTaskResumeAll(); + } +} + +static void circular_cmd_func() { + if (logging_handle != NULL) { + vTaskSuspend(logging_handle); + } + if (!use_circular_buffer) { + logger.initialize_circular_buffer(PAD_BUFFER_SIZE); + use_circular_buffer = true; + } else { + logger.flush_circular_buffer(true); + use_circular_buffer = false; + } + if (logging_handle != NULL) { + vTaskResume(logging_handle); + } +} + +static void read_cmd_func() { + if (logging_handle != NULL) { + vTaskSuspend(logging_handle); + } + if (use_circular_buffer) { + logger.read_circular_buffer(); + } else { + logger.read_memory(); + } + vTaskResume(logging_handle); +} + +static void populate_log_entry(log_entry_t * log_entry) { + log_entry->time_us = time_us_64(); + + adc_select_input(4); + log_entry->temperature_chip = adc_read(); + log_entry->state = PAD; + log_entry->deploy_percent = 80; + log_entry->pressure = alt.get_pressure(); + log_entry->altitude = alt.get_altitude(); + log_entry->temperature_alt = alt.get_temperature(); + + log_entry->ax = iim42653.get_ax(); + log_entry->ay = iim42653.get_ay(); + log_entry->az = iim42653.get_az(); + log_entry->gx = iim42653.get_gx(); + log_entry->gy = iim42653.get_gy(); + log_entry->gz = iim42653.get_gz(); + + log_entry->mag_x = mmc5983ma.get_ax(); + log_entry->mag_y = mmc5983ma.get_ay(); + log_entry->mag_z = mmc5983ma.get_az(); + + log_entry->high_g_x = adxl375.get_ax(); + log_entry->high_g_y = adxl375.get_ay(); + log_entry->high_g_z = adxl375.get_az(); + + log_entry->data0 = get_rand_64(); + log_entry->data1 = get_rand_64(); + log_entry->data2 = get_rand_32(); + log_entry->data3 = get_rand_32(); +} + +static void write_cmd_func() { + if (logging_handle != NULL) { + vTaskSuspend(logging_handle); + } + uint64_t start = time_us_64(); + log_entry_t log_entry; + populate_log_entry(&log_entry); + printf("\nWriting the following entry!\n"); + print_log_entry(reinterpret_cast<const uint8_t *>(&log_entry)); + if (use_circular_buffer) { + logger.write_circular_buffer(reinterpret_cast<const uint8_t *>(&log_entry)); + } else { + logger.write_memory(reinterpret_cast<const uint8_t *>(&log_entry), true); + } + uint64_t end = time_us_64(); + printf("\nTook %" PRIu64 " us to write that entry!\n", (end - start)); + if (logging_handle != NULL) { + vTaskResume(logging_handle); + } +} + +static void erase_cmd_func() { + if (logging_handle != NULL) { + vTaskSuspend(logging_handle); + } + logger.erase_memory(); + if (logging_handle != NULL) { + vTaskResume(logging_handle); + } +} + +static void orient_cmd_func() { + /* + float pitch_rad = std::atan(imu_ay/std::sqrt(std::pow(imu_ax, 2) + std::pow(imu_az, 2))); + float roll_rad = std::atan(imu_ax/std::sqrt(std::pow(imu_ay, 2) + std::pow(imu_az, 2))); + float yaw_rad = std::atan2(-mag_y*std::cos(roll_rad) + mag_z*std::sin(roll_rad), + mag_x*std::cos(pitch_rad) + mag_y*std::sin(pitch_rad)*std::sin(roll_rad) + mag_z*std::cos(roll_rad) * std::sin(pitch_rad)); + */ + + static TaskHandle_t pose_estimation_handle = NULL; + static bool estimating = false; + + if (!estimating) { + printf("================ BEGINNING STATE ESTIMATION ================\n"); + vTaskSuspendAll(); + + //TODO: Assign pose estimation unique priority? + xTaskCreate(pose_estimation_task, "pose_estimation", 1024, NULL, + SENSOR_SAMPLE_PRIORITY, &pose_estimation_handle); + vTaskCoreAffinitySet( pose_estimation_handle, 0x01 ); + + estimating = true; + xTaskResumeAll(); + } else { + printf("================= ENDING STATE ESTIMATION ================\n"); + vTaskSuspendAll(); + + vTaskDelete(pose_estimation_handle); + pose_estimation_handle = NULL; + + estimating = false; + xTaskResumeAll(); + } +} + diff --git a/tools/servo_test.cpp b/tools/servo_test.cpp index c5e8e6e..9c26c25 100644 --- a/tools/servo_test.cpp +++ b/tools/servo_test.cpp @@ -3,16 +3,14 @@ #include "pico/stdio.h" #include "pwm.hpp" -#define MOSFET_PIN 1 - PWM pwm; int main() { stdio_init_all(); // Initialize MOSFET - gpio_init(MOSFET_PIN); - gpio_set_dir(MOSFET_PIN, GPIO_OUT); - gpio_put(MOSFET_PIN, 1); + gpio_init(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE); + gpio_set_dir(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, GPIO_OUT); + gpio_put(MICRO_DEFAULT_SERVO_ENABLE, 1); pwm.init(); uint8_t duty_cycle = 13; while (1) { |