SPI 輸出與 ArduPilot 整合¶
適用於 IMU600-V2／韌體 0.11.2／GUI v1.6.1。
以下步驟依使用手冊 v1.1 整理，使用的韌體為：SparkNavi 提供的 Copter 4.7.1、自訂板型 SparkNavi-Blue2-IMU600。手冊註明該驅動尚未併入 ArduPilot 主線；一般 Blue／Blue2 韌體或任意 SPI 埠不會自動支援。請向 SparkNavi 取得相符韌體及接線配置。
SPI 接線與讀取¶
| 項目 | 設定 |
|---|---|
| Pins | 6 CS / 8 SCK / 10 MOSI / 12 MISO + GND |
| 電氣 | 3.3 V；模組為從機；CS 低態有效且內部上拉；MOSI 主機送 0 |
| 時脈 | Mode 3 (SPICK,3) / Mode 0 (SPICK,0); MSB first; 2 MHz |
| 讀取長度 | 每次將 CS 拉低後讀取 128 bytes。若未讀滿，下次仍提供同一包；超過 128 的部分補 0 |
| 輪詢 | 沒有 DRDY 訊號；主機約每 0.9 個輸出週期讀取一次，pending >0 時可立即讀下一包 |
| 佇列 | 16 包（1000 Hz 時 16 ms），滿時丟最舊資料 |
128-byte 封包¶
SPI,ardupilot 使用 little-endian 封包。先確認 magic、版本、類型與 CRC，再依 seq 排除重複／偵測漏包；類型 0 是空包，不應當作新的 IMU 資料。
| Offset | Type | 內容 |
|---|---|---|
| 0 | u8 ×2 | 0x53 0x4E (SN) |
| 2 | u8 | 版本 1 |
| 3 | u8 | 0 empty / 1 IMU / 2 stream |
| 4 | u16 | seq：每個輸出時間格 +1 |
| 6 | u8 | pending：本包後尚有幾包 |
| 7 | u8 | used_mask |
| 8 | u64 | ts_us |
| 16 | f32 | dt (s) |
| 20 | f32 ×6 | 合併 Δθ[3] rad、Δv[3] m/s，FRD |
| 44 / 68 / 92 | f32 ×6 each | IMU 1／2／3 各自 Δθ、Δv；若該顆資料缺少，則填 0，對應 status = 0xFF |
| 116 | i16 ×3 | 三顆溫度，0.01 °C |
| 122 | u8 ×3 | 三顆 status；bit7 = PPS |
| 125 | u8 | 合併 flags |
| 126 | u16 | CRC-16/CCITT-FALSE, bytes 0–125 |
stream（type 2）：byte 7 改為有效長度 0–118，byte 8 起的有效資料依序串接，再按 ASCII／D6 44 解析；內容與格式由 SPIOUT／SPIMODE 控制。收到 type 2 時，請按串流格式解析，不要使用上方 type 1 的 IMU 欄位表。
Blue2 整合步驟¶
- 斷電後按指定接線連接 SPI 與共地，先以 UART1 GUI 設定 IMU600。SPI 用途選 ArduPilot、時脈模式 3、RATE 1000 Hz，套用並 SAVE。
- 接飛控運作時，建議 OUT,none、AHRS,0、U2OUT,none 以減少 UART 負載，保留 STAT 診斷；需要觀察資料時再配合頻寬暫時啟用。
- 安裝相符的 SparkNavi-Blue2-IMU600 韌體（手冊驗證 Copter 4.7.1、SPI 2 MHz／Mode 3、獨立 CS）。在這個配置中，飛控將 IMU600 當作第三組 IMU 輸入（backend）。
- 確認 EK3_IMU_MASK = 7，使三個 IMU backend 都可供 EKF3 使用。若要優先使用 IMU600，可選設 EK3_PRIMARY = 2，並確認 INS_USE3 = 1；索引從 0 起算。
- 在 Mission Planner 對三個 IMU 一起做六面校正。依手冊，模組端與飛控端加速度校正擇一作為校正流程，避免任意重複套用；整合時以 Mission Planner 為主。若之後改了模組校正，必須重做飛控校正。
- 重新啟動，Messages 應出現 IMU600 found, 1000 Hz，並有 INS_ACC3_ID／INS_GYR3_ID。水平靜置時 Accel3 Z 約 −1000 mG、X／Y 約 0；轉動方向須與內建 IMU 一致，再完成 EKF 與 PreArm 檢查。
$SPNVCMD,SPI,ardupilot
$SPNVCMD,SPICK,3
$SPNVCMD,RATE,1000
$SPNVCMD,OUT,none
$SPNVCMD,AHRS,0
$SPNVCMD,U2OUT,none
$SPNVCMD,SAVE,1
$SPNVCMD,CFG,1
速率與運作驗證¶
- 400 Hz 主迴圈的起飛前檢查要求陀螺 backend 至少 1.8 × 400 = 720 Hz，因此此整合採 RATE = 1000；200／400／500 Hz 會觸發速率不足警告。
- 保留 EKF3 自動 lane switch；不要為強制固定 IMU600 而關閉備援切換。飛行中若目前使用的 EKF 核心狀態變差，系統仍可能切換到狀態較好的核心。
- CFG 的 SPNVSPI 中 txn 與 delivered 應持續增加，主機開始讀取後 drop 不應持續增加。大量錯誤時 Messages 可能顯示 IMU600: SPI link errors，檢查接線、共地、模式與供電。
- 由飛控 5 V 供電時，飛控重啟可能短暫中斷供電。韌體 0.10.1 起含供電穩定等待及持續 SPI 錯誤後的自動重新初始化（SPNVHEAL）；仍應排查掉壓原因。
SPNVSPI 狀態欄位¶
$SPNVSPI,mode=ardupilot,out=none,fmt=binary,ck=3,txn=...,ok=...,short=...,delivered=...,drop=...,dma=1,dmaerr=0,...*XX
| 欄位 | 定義與判讀 |
|---|---|
| mode / out / fmt / ck | SPI / SPIOUT / SPIMODE / SPICK |
| txn | CS 交易累計；手冊驗證約每秒 1190 次（RATE=1000） |
| ok | 讀滿 128 bytes 的次數，通常接近 txn，可能包含空包 |
| short | 不足 128 bytes 的讀取累計，下次仍提供同包；持續增加查 CS／SCK |
| delivered | 完整交付的資料包數，每秒增量應接近 RATE |
| drop | 16 包佇列滿時丟棄最舊包；判讀時請分開看主機尚未開始讀取前，以及正常運作後的增加量 |
| dmaerr | 0／1，是否曾發生 DMA 錯誤，正常 0 |
| dma / lf / lt / ls / ks / kr / sp | 原廠診斷欄位，一般解析器可略過並容許新增欄位 |
主機讀取與序號¶
- RATE=1000 時約每 0.9 ms 讀取；pending>0 立即續讀，但單次最多連讀 5 包，避免長時間占用主機。CS 拉高後模組準備下包。
- 檢查 SN、版本 1、CRC；type0 空包略過。seq 為 u16，以循環差值比較：gap=0 重複，gap>1 可能漏包；stream 的 seq 按分段計，空包沿用最後完成讀取的 seq。
- CRC 錯誤時，丟棄這次讀到的內容並重新讀取；未讀滿的封包會保留，供下次再讀，fw 0.10.8 起疑似未完成交易也可能重送相同 seq。手冊已驗證 2 MHz；8 MHz 尚未驗證。
ArduPilot 驅動與 hwdef¶
文件所列發行包為 ArduPilot-4.7.1-SparkNavi-IMU600.zip，包含 AP_InertialSensor_SparkNavi、patch、專用板型、測試 .apj 與 bootloader；需向 SparkNavi 取得。以下 hwdef 僅適用該 Blue2 自訂配置，EXTERNAL_CS 需有相符的板級接腳定義。
SPIDEV imu600 SPI6 DEVID1 EXTERNAL_CS MODE3 2*MHZ 2*MHZ
IMU SparkNavi SPI:imu600 ROTATION_NONE
| 驅動行為 | 說明 |
|---|---|
| 開機偵測 | 至少探測 500 ms，最晚等到飛控開機後 5 s；取得 50 包，以 dt 中位數估輸出率，運作中每 2 s 再核對 |
| 成功／失敗 | 成功顯示 IMU600 found, 1000 Hz；失敗顯示 probe: rd／hdr／crc。未接模組則略過，內建兩顆仍可使用 |
| 資料送入 INS | 合併 Δθ／Δv 送 _notify_new_delta_angle／_velocity，使用封包 dt；used_mask=0 或 NaN 則記錯誤、不送 INS；SATURATED 增加 accel clip |
| 溫度與單位 | 三顆溫度平均約 10 Hz 發布。Mission Planner 加速度為 mG、角速度為 mrad/s；SCALED_IMU2／3 分別傳送，畫面時間戳可能不同 |
SNV6 日誌與錯誤門檻¶
序號 gap>1 累計 Lost，CRC 失敗累計 Bad；偶發錯誤不直接在地面站顯示。最近 10 s 有錯誤時記錄 SNV6：TimeUS、Lost、Bad、Pkts。10 s 內 Lost ≥20 或 Bad ≥100，才顯示 IMU600: SPI link errors (...)。桌面驗證可設定 LOG_DISARMED=1，在未解鎖時錄製並查看 SNV6。
文件中的實機驗證條件¶
| 條件／項目 | 文件紀錄 |
|---|---|
| 日期與版本 | 2026-10-15 · Blue2 + ArduPilot 4.7.1 · IMU fw 0.10.8 |
| SPI | SPI6 + external CS · 2 MHz · Mode 3 |
| RATE / delivered / txn | 1000 Hz / ≈1000 packets/s / ≈1190 transactions/s |
| 7.6 min | short=4 · dmaerr=0 · no runtime drop increase |
| IMU / EKF | Accel Z ≈−1000 mG · ROTATION_NONE · EK3_IMU_MASK=7 |
上表是 PDF 記錄的測試結果；更換配線或整合條件後，仍需重新確認。Blue2 自訂整合的 bootloader hwdef 需將 PE2／PE3 設 OUTPUT HIGH，以維持對應電源控制；依原廠配套燒錄 .apj 後，仍需在 Mission Planner 執行一次 Flash bootloader，才會寫入新的 bootloader。這是該專用韌體流程，應核對板型與原廠發行包。
本章通訊細節另依通訊協定 v1.1，第 29–33 頁整理；通訊協定總覽。
EKF 核心選擇補充¶
手冊指出一般預設 EK3_IMU_MASK=3 只納入前兩個 backend；本專用板型預設為 7。EK3_PRIMARY=2 是第 3 個 backend 的索引，需同時有 EK3_IMU_MASK=7 與 INS_USE3=1。尚未解鎖時會使用指定的核心；飛行中仍可依狀態自動切換，Messages 會顯示 EKF3 lane switch n。
原始文件：IMU600-V2 User Manual v1.1 · PDF 頁 32–35