惯性测量单元（IMU）-QMI8658A驱动开发简要介绍

原创已于 2025-08-17 12:58:42 修改 · 2.5k 阅读

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#驱动开发 #无人机

于 2025-08-01 21:07:53 首次发布

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背景：近日，因工作需要，在项目中开发了一个QMI8658A惯性测量单元的驱动。

概述

QMI8658（A系列）是一款国产六轴姿态传感器，也是一款低噪声、高带宽的六轴惯性测量单元（IMU），主要包含三轴陀螺仪和三轴加速计，还包括温度计。所以该传感器就是读取六轴数据就可以了，姿态解算自己在控制端实现，因为目前attitude engine无法使用了。

内部框图

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PIN脚图及其PIN脚功能定义

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QMI8658与主版的接口通信方式

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典型应用线路连接示意图

主控器通过SPI总线与QMI8658相连

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主控器通过IIC总线与QMI8658相连

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寄存器总览

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传感器驱动开发配置常用寄存器

QMI8658在典型传感器模式下，输出原始传感器值，使用寄存器配置和读取传感器的采集的数据，其思路为：上电->复位->陀螺仪校准->自检->配置传感器->读取传感器数据。使用配置的寄存器如下。
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QMI8658的片上信息寄存器（Chip Information Register），主要包括WHO_AM_I、REVISION_ID寄存器。
QMI8658的配置寄存器（configuration register），主要包括CTRL1（通信接口、传感器使能设置）、CTRL2（加速度测量设置）、CTRL3（陀螺仪测量设置）、CTRL5（传感器数据会处理设置）、CTRL7（使能传感器和配置数据读取）、CTRL8（运动检测控制设置）、CTRL9（主机命令）。
QMI8658的FIFO队列寄存器（FIFO register），主要包括FIFO_WTM_TH、FIFO_CTRL（FIFO队列控制寄存器）、FIFO_SMPL_CNT（FIFO队列简单计数寄存器）、FIFO_STATUS（FIFO队列状态寄存器）、FIFO_DATA（FIFO队列数据输出寄存器）。
QMI8658的状态和时间戳寄存器（status and time stamp registers），主要包括STATUSINT（传感器数据可用并锁定寄存器）、SATUS0（输出数据状态寄存器）、SATUS1（其他状态寄存器）、TIMESTAMP（时间戳寄存器）。
QMI8658的传感器数据输出寄存器（sensor data output register），主要包括TEMP_[H,L]（温度数据输出传感器）、A[X,Y,Z][H,L]（加速度数据输出传感器）、G[X,Y,Z][H,L]（角度数据输出传感器）。
QMI8658的按需校准寄存器（Calibration-On-Demand (COD) Status Register），包括COD_SATUS寄存器。 QMI8658的活动检测输出寄存器（Activity Detection Output Registers），主要包括TAP_SATUS寄存器（敲击配置寄存器）、STEP_COUNT（步数计数寄存器）。
QMI8658执行外部主机处理器的命令是通过读写CTRL9寄存器实现的，其中CTRL9支持多种指令，以及寄存器的指令读写Write –CTRL9 Protocol和CTRL9 Protocol -R。
QMI8658的中断支持，INT1和INT2，在不同模式（SyncSample同步采样、Non-SyncSample非同步采样、DDRY数据就绪）下存在一定的差异。

操作模式（operation mode）

有12种模式，模式的描述与配置方法如下。
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复位

分为上电复位（VDD 和 VDDIO 线从断电状态驱动到有效工作范围初始化）和软件复位（REST寄存器写入0x0B）。
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校准（COD）

QMI8658 按需校准（calibration on demand，COD）。支持陀螺仪的X/Y轴精度校准，提高精度，减少误差。
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自检

QMI8658 自检（self-test）。支持加速度传感器自检和陀螺仪传感器自检。

加速度自检

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陀螺仪自检

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中断

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同步采样模式

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非同步采样模式

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FIFO队列

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在FIFO中加速度、角速度均占6个字节，根据使能的检测参数的个数，获取的数据可能是6字节或12字节；配置FIFO模式需要对相关的寄存器（如，FIFO_CTRL）进行配置，FIFO的中断、满载、数据、读取和重置等都需要通过对应寄存器处理实现。FIFO样本计数的计算方式：FIFO_Sample_Count (in byte) = 2 * (fifo_smpl_cnt_msb[1:0] * 256 + fifo_smpl_cnt_lsb[7:0])。若是要使用FIFO，更多详细请参考数据手册8 FIFO Description章节。

QMI8658支持监测功能

QMI8658运动检测（motion detection）包括无运动检测、任意运动检测、显著运动检测。
QMI8658敲击检测（tap detection）包括单点敲击和双点敲击。 QMI8658 计步检测（pedometer detection）。
QMI8658运动唤醒（wake on motion）。原理是极低功耗模式下，主机睡眠后由运动唤醒；类似任意运动检测，但没有数据输出；通过中断唤醒主机。
QMI8658 锁定机制（locking mechanism）。在syncSample同步采样模式下启用，读取传感器数据时可以锁定当前样本数据，防止被新数据覆盖，这就类似于影子寄存器机制，确保数据的一致性。