作者：Sam Lin
最近，看了MakerPRO的2篇Intel Quark D2000 的文章介紹，對Intel Quark D2000 開發板的加速度感測器還蠻好奇的。因此就進一步研究D2000開發板，板子上使用一個Bosch BMC150 6軸eCompass 電子羅盤／加速度計晶片，內建了3軸加速度感測，以及3軸地磁感測，還有一個溫度感測，詳細規格可參考這裡。
圖中紅色圈起來的部分，就是BMC150 6-軸感測器IC
BMC150是一顆系統整合包裝(SIP System in Package)晶片，內部整合封裝了一組3軸加速度計ASIC，和一組3軸地磁電子羅盤感測器ASIC，利用SIP 技術將晶片體積縮小，Intel D2000 SoC 透過2個不同的I2C 位址，來控制2顆感測ASIC。
|
Jumper J1 |
3-軸加速度計I2C位址 |
3-軸地磁指南針I2C位址 |
|
未接 (default) |
0x10 | 0x13 |
| 接通 | 0x11 |
0x14 |
Quark D2000開發平台硬體架構圖（紅色箭頭為6軸加速度感測器及溫度感測器）
Intel D2000 MCU為低功耗（使用鈕扣電池）32-bit x86架構微控制器，所以D2000開發板很適合用來做IoT物聯網應用開發，我們安裝Intel® System Studio for Microcontroller SDK後，即可在Intel專用的IDE環境下，使用C/C++來開發Intel Quark Microcontroller D2000 的控制或IoT應用程式。(請參考【X86 MCU】安裝Quark D2000開發環境)
為了方便學習，我們可以參考Intel® System Studio for Microcontroller的”Quark Accelerometer”範例程式，藉以學習如何使用Intel® Quark™ Microcontroller Software Interface (Intel® QMSI)的基本函式，程式中除了讀取3軸加速度計的X、Y、Z 的值，並將讀到的加速度計數據經由串列埠傳送到電腦，還利用 Intel® Integrated Performance Primitives (IPP) for Microcontrollers (DSP 功能) 的程式庫，來計算最後15個Z軸加速度計的均方根值、差異值，以及平均值。
為了要將讀到的加速度計數據經由串列埠傳送到電腦，我們需要準備一條FTDI USB轉序列傳輸線(型號如： TTL-232R-3V3)，也可以按此下載驅動程式。
FTDI傳輸線接線說明，如下圖：
從FTDI 序列傳輸線的 GND （紫色） 連接到D2000開發板的 GND 針腳。
從FTDI 序列傳輸線的 TXD （藍色） 連接到D2000開發板的 RX (0)針腳。
從FTDI 序列傳輸線的 RXD （綠色） 連接到D2000開發板的 TX (1)針腳。
FTDI傳輸線接線圖
當然你也可以使用別家的USB轉序列傳輸線，如Prolific PL2303等。不過，如果你使用的PL2303在Windows 10發生無法辨識使用情況時，可參考此文說明，重新安裝選用舊版驅動程式即可。
3軸加速度計測試程式
接著，我們可以利用Intel ® System Studio for Microcontrollers IDE提供的3軸加速度計範例程式，來測試3軸加速度計。
1. 首先，開啟Intel ® System Studio for Microcontrollers IDE
2. 依照下列步驟，建立一個”Accelerometer”範例專案：
1). 點選左上角”File”的”New”（＊同時按下Alt＋Shift＋N也可以），選擇”Intel Project for Microcontrollers”
2). 接著，在”Create a new Project “ 的操作步驟中，依序設定下列提示的選項：
i. Developer board: Intel® Quark™ D2000 Developer Board
ii. Project type: Intel® QMSI (1.1)
iii. Connection type: USB-Onboard
iv. Project name: Accelerometer
3). 最後，再如下面畫面，點選”Finish”
4). IDE 會開啟” Accelerometer”範例專案程式，接著，我們要在IDE設定序列傳輸埠將加速度計感測值傳送到設定的序列埠。設定前，可以先打開Windows 的”裝置管理員”，檢查”連接埠(COM和 LPT)”，查看你的FTDI USB轉序列傳輸線的序列埠號碼(COMx )，如下列設定的是”COM5”。
5). 在Intel ® System Studio for Microcontrollers IDE畫面右下方，選擇”Serial Terminal” 選項，按下 “+”開啟新的序列傳輸連線”。
這樣就確定已選取正確的序列連接埠。您也可以按一下點按”+“，修改成正確的序列埠。或在「Custom Configuration」 功能表中，修改系統的預設序列連線設定，如傳輸鮑率(Baud Rate)。
3. 編譯專案、執行專案：
1). 在Project Explorer 中選擇”Accelerometer” 專案
2). 點按 Build按鈕，編譯程式與專案
3). 點選 “Run”下拉列表，選擇 “Accelerometer (flashing)”，開始將專案的程式燒錄到D2000 開發板的MCU中，並開始執行。
4). 這時候可以在右下角Serial Terminal 中，看到D2000傳到序列埠的加速度計感測數據、X、Y、Z，以及rms (均方根值)、var(偏差值)、mean (平均值)。
4. 程式說明
加速度計感測程式範例，透過I2C 介面控制板子上的Bosch BMC150加速度計，也利用Intel® Quark™ D2000 MCU 的RTC （即時時鐘）的設定，週期性的讀取板子上的 UARTBosch BMC150 加速度計感測數據。再將數據資料經由 UART 模組傳送到序列連接埠，將資料傳輸出去。
範例程式main() 主程式中，首先設定 rtc 組態結構(configuration structure)中的RTC參數：
2 rtc.init_val = 0;
3 rtc.alarm_en = true;
4 rtc.alarm_val = INTERVAL;
5 rtc.callback = accel_callback;
6 rtc.callback_data = NULL;
組態設定中，先啟動RTC alarm，並設定”accel_callback”為RTC alarm 發生時的回呼函式(callback function)，讓程式啟動後定時執行此函式來將加速度計的感測值回傳回去。
接下來，程式中利用QMSI API call設定RTC 岔斷要求(interrupt request)，並啟動RTC 時脈(RTC Clock)：
2
3 /* Enable the RTC. */
4 clk_periph_enable(CLK_PERIPH_RTC_REGISTER | CLK_PERIPH_CLK);
之後，程式會根據板子種類，設定加速度計類型（BMC150 或 BMI160）的加速計參數，D2000 用的是BMC150：
2 cfg.pos = BMC150_J14_POS_0;
3 #endif /* QUARK_D2000 */
4
5 /* Initialise the sensor config and setthe mode. */
6 bmx1xx_init(cfg);
7 bmx1xx_accel_set_mode(BMX1XX_MODE_2G);
8
9 #if (BMC150_SENSOR)
10 bmx1xx_set_bandwidth(BMC150_BANDWIDTH_64MS); /* Set the bandwidth. */
11 #elif(BMI160_SENSOR)
12 bmx1xx_set_bandwidth(BMI160_BANDWIDTH_10MS); /* Set the bandwidth. */
13 #endif /* BMC150_SENSOR */
cfg.pos 參數用來設定BMC150加速計的I2C位址，D2000開發板上有J1跳線帽(J1 Jumper)，可讓您變更地址。D2000開發板的預設位址是BMC150_J14_POS_0 （沒有插跳線帽，I2C 位址 0x10）。
此時，終於完成RTC 組態的設定，可以啟動 RTC alarm 了：
2 qm_rtc_set_config(QM_RTC_0, &rtc);
一旦RTC alarm被啟動計時，程式中RTC alarm設為每 125 毫秒的時間間隔，RTC alarm會發出中斷(interrupt)，並叫用accel_callback 函式。accel_callback 函式則透過bmx1xx_read_accel 函式讀取加速計資料。如果此讀取作業成功完成時，加速計的資料會列印序列主控台輸出。否則，便會發出錯誤訊息。
02 static void accel_callback(void *data)
03 {
04 bmx1xx_accel_t accel = {0};
05
06 if(0 == bmx1xx_read_accel(&accel)) {
07 QM_PRINTF("x %d y %d z %d\n", accel.x, accel.y, accel.z);
08 } else {
09 QM_PUTS("Error: unable to read from sensor");
10 }
如果IPP 已啟用（範例程式預設值），程式會呼叫 print_axis_stats 函式列印 Z 軸的統計資料。（請參閱 Intel® Integrated Performance Primitives for Microcontrollers Library, print_axis_stats功能的說明）。
2 print_axis_stats(accel.z);
3 #endif /* __IPP_ENABLE__ */
accel_callback 回呼函式中，還會檢查已讀取的加速度計樣品數據，是否達到預設的NUM_SAMPLES組數了，如果還沒有，RTC alarm會重新設定繼續計時，並將樣品計數加1，否則就將”complete” 變數設為 true，表示已完成預設讀取樣品數了。
2 if(cb_count < NUM_SAMPLES) {
3 qm_rtc_set_alarm(QM_RTC_0,
4 (QM_RTC[QM_RTC_0].rtc_ccvr + INTERVAL));
5 cb_count++;
6 } else {
7 complete = true;
8 }
回到main程式碼，最後，使用一個while 迴圈等待程式讀完預設的500 組加速度計感測數據 (NUM_SAMPLES)，並輸出到序列埠後，列印出完成加速度計讀取訊息，並結束程式。
2 while(!complete)
3 ;
4 QM_PUTS("Finished: Accelerometer example app");
5 return0;
6 }
由以上說明可以看出，Intel® System Studio IDE使用很方便，藉由Intel® QMSI 提供的函式庫，能夠輕易實現讀取Intel D2000開發板上的加速度計或電子指南針的感測值；再透過USB-轉序列傳輸線，我們可以將讀到的數據傳送到PC，如果將USB-轉序列傳輸線換成藍牙BLE 4.0模組，再加上手機App，我們也可以很容易的將數據傳送到手機，由於Intel D2000具有低功率的設計，可以使用一個鈕扣電池就可以運作，所以結合BLE，就很適合做物聯網應用專案。
限於篇幅，如果讀者有興趣，可以進一步參考Intel® Integrated Performance Primitives for Microcontrollers Library，了解Intel® IPP API 和常用的DSP-style API。
延伸閱讀
2. Intel® Quark™ Microcontroller D2000 Tutorial: Accelerometer Sample App
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7. Enabling DHT11 Humidity Sensor on the Intel® Quark™ Microcontroller D2000
8.【與Maker共舞】Intel Quark的演進與家族藍圖
9. 【實測心得】Intel Quark D2000有何優勢？
10. 【X86 MCU】安裝Quark D2000開發環境
11.【新手入門】Intel Quark D2000針腳大解密
14. Intel Quark系列台灣代理商Sertek
- 【實測心得】如何讀取Quark D2000 的加速度計數據 - 2017/06/30
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