基于STM32F103的CH101驅(qū)動程序移植

有許多朋友在移植CHX01超聲波傳感器的過程中可能會遇到一些挑戰(zhàn)，因此本文將重點介紹一些核心問題。雖然本來有想以手把手的方式來教授如何移植，但是由于之前移植的時候沒有保存具體過程中的圖文，所以需要花費很長的時間來重新完成這項工作。文末也提供了獲取資源的接口，以幫助大家解決移植中出現(xiàn)的問題。

01準備資料

1. 從官網(wǎng)獲取 SmartSonic_HelloChirp_Example_v1_31_0.exe

源碼（CHx01 官網(wǎng)源碼的硬件平臺 MCU: ATSAMG55;IDE:Microchip Studio）

2. 獲取一個 STM32F103CB 的例程，比如我直接使用 STM32CubeF1 的模板。（當然你也可以用 STM32CubeIDE 創(chuàng)建一個工程）在這之前，假設(shè)你已經(jīng)掌握了 Keil IDE 工程下的文件添加、編譯等操作。比如，如下截圖，我精簡了STM32CubeF1 的模板，將工程名稱修改為：SmartSonic_HelloChirp，并在工程下新建了 Drivers/BSP 和 Drivers/chirpmicro 兩個Groups。

3. 將SmartSonic_HelloChirp_Example_v1_31_0文件中

SmartSonic_HelloChirp_v1.31.0sourcedriverschirpmicro路徑下的src 和 inc 文件夾拷貝到自己的STM32工程的smart-sonic_-hello-chirpDriverschirpmicro目錄下

02API接口封裝

我在之前的文章《超聲波傳感器(CHx01) 學習筆記 Ⅲ-API介紹》中提到所需API接口的相關(guān)內(nèi)容。同樣，在官方提供的例程中有一個 chbsp_dummy.c 文件，它使用 `attribute((weak))` 的方式提供了可選板支持包IO功能的虛擬實現(xiàn)，可以讓平臺依據(jù)需求來支持所需的功能。這種 `attribute((weak))` 例程能夠滿足來自其他代碼的引用，避免鏈接出現(xiàn)錯誤，但它們不會執(zhí)行任何操作。所有板卡支持包接口的詳細信息，包括這些可選功能，都可以在 chirp_bsp.h 中找到。

/* Functions supporting debugging */
__attribute__((weak)) void chbsp_debug_toggle(uint8_t __attribute__((unused)) dbg_pin_num) {}
__attribute__((weak)) void chbsp_debug_on(uint8_t __attribute__((unused)) dbg_pin_num) {}
__attribute__((weak)) void chbsp_debug_off(uint8_t __attribute__((unused)) dbg_pin_num) {}
__attribute__((weak)) void chbsp_print_str(char *str) {
    (void)(str);
}
__attribute__((weak)) uint32_t chbsp_timestamp_ms() {
return 0;
}
__attribute__((weak)) int chbsp_i2c_deinit(void){
return 0;
}




/* Functions supporting interrupt-based operation */
__attribute__((weak)) void chbsp_group_io_interrupt_enable(ch_group_t *grp_ptr) {
    (void)(grp_ptr);
}
__attribute__((weak)) void chbsp_io_interrupt_enable(ch_dev_t *dev_ptr) {
    (void)(dev_ptr);
}
__attribute__((weak)) void chbsp_group_io_interrupt_disable(ch_group_t *grp_ptr) {
    (void)(grp_ptr);
}
__attribute__((weak)) void chbsp_io_interrupt_disable(ch_dev_t *dev_ptr) {
    (void)(dev_ptr);
}


/* Functions supporting non-blocking operation */
__attribute__((weak)) int chbsp_i2c_write_nb(ch_dev_t *dev_ptr, uint8_t *data, uint16_t num_bytes) {
    (void)(dev_ptr);
    (void)(data);
    (void)(num_bytes);
return 1;
}


__attribute__((weak)) 
int chbsp_i2c_mem_write_nb(ch_dev_t *dev_ptr, uint16_t mem_addr, uint8_t *data, uint16_t num_bytes) {
    (void)(dev_ptr);
    (void)(mem_addr);
    (void)(data);
    (void)(num_bytes);
return 1;
}


__attribute__((weak)) int chbsp_i2c_read_nb(ch_dev_t *dev_ptr, uint8_t *data, uint16_t num_bytes) {
    (void)(dev_ptr);
    (void)(data);
    (void)(num_bytes);
return 1;
}


__attribute__((weak)) int chbsp_i2c_mem_read_nb(ch_dev_t *dev_ptr, uint16_t mem_addr, uint8_t *data, uint16_t num_bytes) {
    (void)(dev_ptr);
    (void)(mem_addr);
    (void)(data);
    (void)(num_bytes);
return 1;
}




/* Functions supporting controlling int pins of individual sensors (originally only controllable in a group) */
__attribute__((weak)) void chbsp_set_io_dir_out(ch_dev_t *dev_ptr) {
    (void)(dev_ptr);
}
__attribute__((weak)) void chbsp_set_io_dir_in(ch_dev_t *dev_ptr) {
    (void)(dev_ptr);
}
__attribute__((weak)) void chbsp_io_clear(ch_dev_t *dev_ptr) {
    (void)(dev_ptr);
}
__attribute__((weak)) void chbsp_io_set(ch_dev_t *dev_ptr) {
    (void)(dev_ptr);
}
__attribute__((weak)) void chbsp_external_i2c_irq_handler(chdrv_i2c_transaction_t *trans){
    (void)(trans);
}

超聲波傳感器(CHx01) 學習筆記 Ⅱ- I2C讀寫操作》中有詳細的介紹，按照上述API接口逐個封裝函數(shù)內(nèi)容即可。

03API接口驗證

假設(shè)你已經(jīng)將MAX3378EEUD和74LVC1T45用于IO口電平轉(zhuǎn)換，接下來就是如何獲取傳感器的固定ID，以此來驗證I2C通信接口的正確性。獲取ID的方式可以幫助我們更好地驗證I2C通信接口的封裝正確性。

獲取傳感器 ID流程圖

獲取傳感器 IDI2C讀時序圖

04關(guān)鍵API接口介紹

`int chbsp_i2c_mem_read(ch_dev_t *dev_ptr, uint16_t mem_addr, uint8_t *data, uint16_t num_bytes)`

這個 API 使用內(nèi)存尋址從I2C從機讀取字節(jié)。需要封裝成一個，指定一個字節(jié)寄存器地址并從Slave讀取多個字節(jié)的函數(shù)。

與 STM32 HAL庫相關(guān)的函數(shù)是：HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, Address << 1, RegisterAddr, 1, (uint8_t *)(uint32_t)RegisterValue, (uint16_t)RegisterLen, 1000)

`int chbsp_i2c_read(ch_dev_t *dev_ptr, uint8_t *data, uint16_t num_bytes)`

這個 API 是原始的I2C從機讀取字節(jié)。需要封裝成一個，從Slave讀取多字節(jié)的函數(shù)。

與 STM32 HAL庫相關(guān)的函數(shù)是：HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, (Address << 1), (uint8_t *)(uint32_t)data, (uint16_t)len, 1000)

`int chbsp_i2c_mem_write(ch_dev_t *dev_ptr, uint16_t mem_addr, uint8_t *data, uint16_t num_bytes)`

這個 API 使用內(nèi)存尋址將字節(jié)寫入I2C從機。需要封裝成一個，指定一個字節(jié)寄存器地址并將多個字節(jié)寫入從機的函數(shù)。

與 STM32 HAL庫相關(guān)的函數(shù)是：HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, Address << 1, RegisterAddr, 1, (uint8_t *)(uint32_t)RegisterValue, (uint32_t)RegisterLen, 1000)

`int chbsp_i2c_write(ch_dev_t *dev_ptr, uint8_t *data, uint16_t num_bytes)`

這個 API 是原始的將字節(jié)寫入I2C從機。需要封裝成一個，將多字節(jié)寫入從機的函數(shù)。

與 STM32 HAL庫相關(guān)的函數(shù)是：HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, (Address << 1), (uint8_t *)(uint32_t)data, (uint32_t)len, 1000)

`void chbsp_delay_ms(uint32_t num_ms)`

`void chbsp_delay_us(uint32_t us)`

這兩個延時函數(shù)要精準，尤其是 chbsp_delay_ms 毫秒延時，會直接影響傳感器的輸出頻率。

下面這兩個函數(shù)，我們無需自行封裝任何內(nèi)容，但是它們非常重要。

`int chdrv_group_detect_and_program(ch_group_t *grp_ptr)`

這個函數(shù)用來檢測、編程和啟動傳感器。對于每個檢測到的傳感器，會將傳感器固件被編程到設(shè)備中，并設(shè)置應用程序I2C地址。然后傳感器復位并開始執(zhí)行。

一旦啟動，傳感器設(shè)備將開始內(nèi)部初始化和自檢序列。chdrv_group_wait_for_lock()函數(shù)可用于等待此序列在設(shè)備上完成。此函數(shù)完成后，將使設(shè)備的PROG引腳解除。

`void chdrv_group_measure_rtc(ch_group_t *grp_ptr)`

這個函數(shù)用來 校準傳感器實時時鐘。在這個函數(shù)里 觸發(fā)IO引腳上的脈沖 時與選擇的主處理器的時鐘相關(guān)。

此函數(shù)在INT 引腳上向傳感器設(shè)備發(fā)送一個脈沖（由主機MCU定時），然后回讀每個單獨設(shè)備上該脈沖期間經(jīng)過的傳感器RTC周期的計數(shù)。結(jié)果存儲在每個設(shè)備的ch_dev_config結(jié)構(gòu)中，隨后在范圍計算期間使用。

脈沖的長度為dev_ptr->rtc_cal_pulse_ms毫秒（通常為100）。此值在ch_init()期間設(shè)置。

如果有多個傳感器時，校準脈沖會同時發(fā)送到所有設(shè)備。因此，所有連接的設(shè)備將看到相同的參考脈沖長度。

還需要實現(xiàn)兩個外設(shè)功能

定時器，定時周期100ms,在定時器回調(diào)函數(shù)中周期性調(diào)用

`int chdrv_group_hw_trigger(ch_group_t *grp_ptr)` 啟動硬件觸發(fā)模式下開始測量。

int chdrv_group_hw_trigger(ch_group_t *grp_ptr) 函數(shù)通過簡單地檢測INT 引腳上每個傳感器開始被觸發(fā)的測量。在調(diào)用此函數(shù)之前，每個傳感器必須已置于硬件觸發(fā)模式。

GPIO外部中斷，在外部中斷回調(diào)函數(shù)中調(diào)用

`sensor_int_callback()` 檢測傳感器的中斷信號。每次調(diào)用此函數(shù)時，都會在data_ready_devices變量中設(shè)置一個位以標識中斷設(shè)備。當傳感器產(chǎn)生中斷（通過與active_devices變量比較找到）時，DATA_READY_FLAG被設(shè)置。該標志將在main()循環(huán)中檢測到。

一個完成的硬件觸發(fā)INT硬件，并接收傳感器返回的INT信號的時序圖

05程序流程圖

主程序

定時器服務程序

INT外部中斷服務程序