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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( -3396), /* 105.47 kPa error 0.03m */ +ALT_VALUE( -3602), /* 105.73 kPa error 0.03m */ +ALT_VALUE( -3808), /* 105.98 kPa error 0.03m */ +ALT_VALUE( -4013), /* 106.24 kPa error 0.03m */ +ALT_VALUE( -4218), /* 106.50 kPa error 0.03m */ +ALT_VALUE( -4423), /* 106.75 kPa error 0.04m */ +ALT_VALUE( -4627), /* 107.01 kPa error 0.04m */ +ALT_VALUE( -4830), /* 107.26 kPa error 0.04m */ +ALT_VALUE( -5034), /* 107.52 kPa error 0.04m */ +ALT_VALUE( -5237), /* 107.78 kPa error 0.04m */ +ALT_VALUE( -5439), /* 108.03 kPa error 0.03m */ +ALT_VALUE( -5641), /* 108.29 kPa error 0.03m */ +ALT_VALUE( -5843), /* 108.54 kPa error 0.04m */ +ALT_VALUE( -6044), /* 108.80 kPa error 0.04m */ +ALT_VALUE( -6245), /* 109.06 kPa error 0.03m */ +ALT_VALUE( -6446), /* 109.31 kPa error 0.01m */ +ALT_VALUE( -6646), /* 109.57 kPa error 0.01m */ +ALT_VALUE( -6846), /* 109.82 kPa error 0.04m */ +ALT_VALUE( -7045), /* 110.08 kPa error 0.05m */ +ALT_VALUE( -7245), /* 110.34 kPa error 0.05m */ +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 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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), + 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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) { |