基于MEMS的 FIS1100惯性测量装置IC 及融合软件

对于片载外设，设备包含一个 20 通道可编程外设互连器件 (PPI) 子系统，无需 CPU 干预即可支持外设操作。 开发人员通过 PPI 通道设置专用 PPI 寄存器，将任务连接到硬件事件。 例如，工程师可以使用该机制让某个外设发生事件，以便在其他外设中触发任务。 除了减少外设间交互的延迟，PPI 子系统通过允许 CPU 处于低功耗模式时进行数据采集等外设操作，有助于减少总功耗。

但对于大多数可穿戴产品来说，应用要求通常推动着对复杂传感器的需求，甚至已经超越了最先进 MCU 中的传感器。 WDK1.0 通过集成 ON Semi 基于 MEMS 的 FIS1100 惯性测量装置 (IMU) IC 及其相关的传感器融合软件，解决了这一需求。 FIS1100 IMU 设备结合的运动传感器包括一个 3 轴陀螺仪和 3 轴加速计、16 位模数转换器 (ADC)，以及一个称为 AttitudeEngin 的运动数字信号处理器。 这种专用引擎可自动以高速率对传感器进行采样，将原始传感器数据转换为所需的运动参数，以便实现更高级别的空间定位应用。

为了生成应用层的定位信息，ON Semi 将 FIS1100 IC 与自己的 XKF3 软件库配对。 XKF3 库提供背景自动校准服务，并包括九轴传感器融合算法，其中算法使用 FIS1100 输出生成四元数格式的定位信息。

正如 WDK1.0 设计所展示的一样，nRF52832 主机和传感器之间的硬件连接可通过任意 MCU 的各种受支持串行接口（包括 SPI、I2C 或 UART）轻松实现。 例如，FIS1100 支持 SPI 和 I2C，因此接口设计十分简单。 FIS1100 通过受支持的 SPI 或 I2C 串行接口连接到主机处理器，传递 XKF3 库使用的四元数运动信息（图 2）。



图 2： 集成式传感器（如 ON Semiconductor FIS1100 惯性测量装置）包含了完整的复杂功能，如运动编码。 （图片来源： ON Semiconductor）

软件执行也同样简单。 nRF52832 主机可轮询 IMU，只需通过 SPI 或 I2C 总线将值 0x0C 写入 IMU 的专用 CTRL9 寄存器，即可采集这些数据。 在 FIS1100 中，CTRL9 寄存器为主机提供了一种机制，可用来启动执行 FIS1100 固件中的预定义功能。 除了用于启动主机主导数据轮询的值 0x0C，CTRL9 协议定义的值还能设置传感器校正值、管理内部 FIFO，以及执行其他配置功能。

除了主机主导的数据轮询，FIS1100 还提供另一种旨在帮助减少总功耗要求的机制。 在这一点，开发人员可在很宽的范围对设备输出数据速率 (ODR) 进行编程。 例如，工程师可将设备四元数运动数据的 ODR 设为低至 8 Hz。