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TI mmWave Radar IWR1843/AWR2243+DCA1000EVM Raw ADC IQ data and UART data capturing

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Supported Platforms

Universal

README

ADC/UART data capturing using xWR1843/AWR2243 with DCA1000

  • for xWR1843: capture both raw ADC IQ data and processed UART point cloud data simultaneously in Python and C(pybind11) without mmwaveStudio
  • for AWR2243: capture raw ADC IQ data in Python and C(pybind11) without mmwaveStudio

Introduction

  • 该模块主要分为两部分，mmwave和fpga_udp:
    • mmwave修改自OpenRadar，用于配置文件读取、串口数据发送与接收、原始数据解析等。
    • fpga_udp修改自pybind11 example以及mmWave-DFP-2G，用于通过C语言编写的socket代码从网口接收DCA1000发回的高速的原始数据。对于AWR2243这种没有片上DSP及ARM核的型号，还实现了利用FTDI通过USB发送指令用SPI控制AWR2243的固件写入、参数配置等操作。
  • TI的毫米波雷达主要分两类，只有射频前端的和自带片上ARM及DSP/HWA的。前者型号有AWR1243、AWR2243等，后者型号有xWR1443、xWR6443、xWR1843、xWR6843、AWR2944等。
    • 对于只有射频前端的雷达传感器，一般是通过SPI/I2C接口向其发送控制及配置指令，并通过CSI2/LVDS接口输出原始数据。其中SPI接口可以用DCA1000板载的FTDI芯片转为USB协议直接用电脑控制，LVDS接口的数据也能用DCA1000板载的FPGA采集并转为UDP包通过以太网传输。本仓库实现了上述所有操作。
    • 对于自带片上ARM及DSP的雷达传感器，则可以烧录控制程序，用片上ARM对雷达传感器进行配置，用片上DSP处理原始数据并得到点云等数据，通过UART传输。其中原始数据除了送入片上DSP，还能配置为通过LVDS接口输出，并利用DCA1000板载的FPGA采集。本仓库实现了上述所有操作。当然，自带片上ARM及DSP的雷达传感器也有SPI/I2C等接口，也可以利用该接口对雷达传感器进行配置，并通过DCA1000板载的FTDI将SPI转为USB用电脑控制。mmwaveStudio就是这样做的，但本仓库暂未实现该方法，可参考mmWave-DFP自行实现。

Prerequisites

Hardware

for xWR1843

  • Connect the micro-USB port (UART) on the xWR1843 to your system
  • Connect the xWR1843 to a 5V barrel jack
  • Set power connector on the DCA1000 to RADAR_5V_IN
  • boot in Functional Mode: SOP[2:0]=001
    • either place jumpers on pins marked as SOP0 or toggle SOP0 switches to ON, all others remain OFF
  • Connect the RJ45 to your system
  • Set a fixed IP to the local interface: 192.168.33.30

for AWR2243

  • Connect the micro-USB port (FTDI) on the DCA1000 to your system
  • Connect the AWR2243 to a 5V barrel jack
  • Set power connector on the DCA1000 to RADAR_5V_IN
  • Put the device in SOP0
    • Jumper on SOP0, all others disconnected
  • Connect the RJ45 to your system
  • Set a fixed IP to the local interface: 192.168.33.30

Software

Windows

  • Microsoft Visual C++ 14.0 or greater is required.
  • FTDI D2XX driver and DLL is needed.
    • Download version 2.12.36.4 or newer from official website.
    • Unzip it and install .\ftdibus.inf by right-clicking this file.
    • Copy .\amd64\ftd2xx64.dll to C:\Windows\System32\ and rename it to ftd2xx.dll. For 32-bit system, just copy .\i386\ftd2xx.dll to that directory.

Linux

  • sudo apt install python3-dev
  • FTDI D2XX driver and .so lib is needed. Download version 1.4.27 or newer from official website based on your architecture, e.g. X86, X64, armv7, aarch64, etc.
  • Then you'll need to install the library: 
    • tar -xzvf libftd2xx-arm-v8-1.4.27.tgz
cd release
sudo cp ftd2xx.h /usr/local/include
sudo cp WinTypes.h /usr/local/include
cd build
sudo cp libftd2xx.so.1.4.27 /usr/local/lib
sudo chmod 0755 /usr/local/lib/libftd2xx.so.1.4.27
sudo ln -sf /usr/local/lib/libftd2xx.so.1.4.27 /usr/local/lib/libftd2xx.so
sudo ldconfig -v

Installation

  • clone this repository
  • for Windows:
    • python3 -m pip install --upgrade pip
    • python3 -m pip install --upgrade setuptools
    • python3 -m pip install ./fpga_udp
  • for Linux:
    • sudo python3 -m pip install --upgrade pip
    • sudo python3 -m pip install --upgrade setuptools
    • sudo python3 -m pip install ./fpga_udp

Instructions for Use

General

  1. 先按照Prerequisites搭建运行环境
  2. 再按Installation安装库
  3. 未提及的模块在运行时若报错请自行查询添加

For xWR1843

  1. 按mmwave SDK的说明烧录xwr18xx_mmw_demo程序
  2. 用mmWave_Demo_Visualizer调整参数并保存cfg配置文件
  3. 打开captureAll.py按需求修改并填入cfg配置文件地址及端口号后运行并开始采集数据
  4. 打开testDecode.ipynb或testDecodeADCdata.mlx解析刚才采集的数据
  5. 对参数不满意可以继续用mmWave_Demo_Visualizer调整或用testParam.ipynb修改并检验参数的合理性

For AWR2243

  1. 烧录固件补丁至外部flash（该操作只需要执行一次，重启不会丢固件）
  • for Windows: python3 -c "import fpga_udp;fpga_udp.AWR2243_firmwareDownload()"
  • for Linux: sudo python3 -c "import fpga_udp;fpga_udp.AWR2243_firmwareDownload()"
  • 看见"MSS Patch version [ 2. 2. 2. 0]"则烧录成功
  1. 打开captureADC_AWR2243.py按需求修改并填入txt配置文件地址并开始采集数据
  2. 打开testDecode_AWR2243.ipynb解析刚才采集的数据
  3. 对参数不满意可以用testParam_AWR2243.ipynb修改并检验参数的合理性

Example

captureAll.py

同时采集原始ADC采样的IQ数据及片内DSP预处理好的点云等串口数据的示例代码（仅xWR1843）。

1.采集原始数据的一般流程

  1. 重置雷达与DCA1000(reset_radar、reset_fpga)
  2. 通过UART初始化雷达并配置相应参数(TI、setFrameCfg)
  3. (optional)创建从串口接收片内DSP处理好的数据的进程(create_read_process)
  4. 通过网口udp发送配置fpga指令(config_fpga)
  5. 通过网口udp发送配置record数据包指令(config_record)
  6. (optional)启动串口接收进程（只进行缓存清零）(start_read_process)
  7. 通过网口udp发送开始采集指令(stream_start)
  8. 启动UDP数据包接收线程(fastRead_in_Cpp_async_start)
  9. 通过串口启动雷达（理论上通过FTDI(USB转SPI)也能控制，目前只在AWR2243上实现）(startSensor)
  10. 等待UDP数据包接收线程结束+解析出原始数据(fastRead_in_Cpp_async_wait)
  11. 保存原始数据到文件离线处理(tofile)
  12. (optional)通过网口udp发送停止采集指令(stream_stop)
  13. 通过串口关闭雷达(stopSensor) 或 通过网口发送重置雷达命令(reset_radar)
  14. (optional)停止接收串口数据(stop_read_process)
  15. (optional)解析从串口接收的点云等片内DSP处理好的数据(post_process_data_buf)

2."*.cfg"毫米波雷达配置文件要求

  • Default profile in Visualizer disables the LVDS streaming.
  • To enable it, please export the chosen profile and set the appropriate enable bits.
  • adcbufCfg需如下设置，lvdsStreamCfg的第三个参数需设置为1，具体参见mmwave_sdk_user_guide.pdf
    • adcbufCfg -1 0 1 1 1
    • lvdsStreamCfg -1 0 1 0

3."cf.json"数据采集卡配置文件要求

  • 具体信息请查阅TI_DCA1000EVM_CLI_Software_UserGuide.pdf
  • lvds Mode:
    • LVDS mode specifies the lane config for LVDS. This field is valid only when dataTransferMode is "LVDSCapture".
    • The valid options are
    • • 1 (4lane)
    • • 2 (2lane)
  • packet delay:
    • In default conditions, Ethernet throughput varies up to 325 Mbps speed in a 25-µs Ethernet packet delay.
    • The user can change the Ethernet packet delay from 5 µs to 500 µs to achieve different throughputs.
      • "packetDelay_us": 5 (us) ~ 706 (Mbps)
      • "packetDelay_us": 10 (us) ~ 545 (Mbps)
      • "packetDelay_us": 25 (us) ~ 325 (Mbps)
      • "packetDelay_us": 50 (us) ~ 193 (Mbps)

captureADC_AWR2243.py

采集原始ADC采样的IQ数据的示例代码（仅AWR2243）。

1.AWR2243采集原始数据的一般流程

  1. 重置雷达与DCA1000(reset_radar、reset_fpga)
  2. 通过SPI初始化雷达并配置相应参数(AWR2243_init、AWR2243_setFrameCfg)(linux下需要root权限)
  3. 通过网口udp发送配置fpga指令(config_fpga)
  4. 通过网口udp发送配置record数据包指令(config_record)
  5. 通过网口udp发送开始采集指令(stream_start)
  6. 启动UDP数据包接收线程(fastRead_in_Cpp_async_start)
  7. 通过SPI启动雷达(AWR2243_sensorStart)
    1. (optional, 若numFrame==0则必须有)通过SPI停止雷达(AWR2243_sensorStop)
    2. (optional, 若numFrame==0则不能有)等待雷达采集结束(AWR2243_waitSensorStop)
  9. (optional, 若numFrame==0则必须有)通过网口udp发送停止采集指令(stream_stop)
  10. 等待UDP数据包接收线程结束+解析出原始数据(fastRead_in_Cpp_async_wait)
  11. 保存原始数据到文件离线处理(tofile)
  12. 通过SPI关闭雷达电源与配置文件(AWR2243_poweroff)

2."mmwaveconfig.txt"毫米波雷达配置文件要求

  • TBD

3."cf.json"数据采集卡配置文件要求

  • 同上

realTimeProc.py

实时循环采集原始ADC采样的IQ数据并在线处理的示例代码（仅xWR1843）。

1.采集原始数据的一般流程

  1. 重置雷达与DCA1000(reset_radar、reset_fpga)
  2. 通过UART初始化雷达并配置相应参数(TI、setFrameCfg)
  3. 通过网口udp发送配置fpga指令(config_fpga)
  4. 通过网口udp发送配置record数据包指令(config_record)
  5. 通过网口udp发送开始采集指令(stream_start)
  6. 通过UART启动雷达（理论上通过FTDI(USB转SPI)也能控制，目前只在AWR2243上实现）(startSensor)
  7. UDP循环接收数据包+解析出原始数据+数据实时处理(fastRead_in_Cpp、postProc)
  8. 通过UART停止雷达(stopSensor)
  9. 通过网口udp发送停止采集指令(fastRead_in_Cpp_thread_stop、stream_stop)

2."mmwaveconfig.txt"毫米波雷达配置文件要求

  • 略

3."cf.json"数据采集卡配置文件要求

  • 略

realTimeProc_AWR2243.py

实时循环采集原始ADC采样的IQ数据并在线处理的示例代码（仅AWR2243）。

1.AWR2243采集原始数据的一般流程

  • 略

2."mmwaveconfig.txt"毫米波雷达配置文件要求

  • TBD

3."cf.json"数据采集卡配置文件要求

  • 略

testDecode.ipynb

解析原始ADC采样数据及串口数据（仅IWR1843）的示例代码，需要用Jupyter(推荐VS Code安装Jupyter插件)打开。

1.解析LVDS接收的ADC原始IQ数据

利用numpy对LVDS接收的ADC原始IQ数据进行解析
  • 载入相关库
  • 设置对应参数
  • 载入保存的bin数据并解析
  • 绘制时域IQ波形
  • 计算Range-FFT
  • 计算Doppler-FFT
  • 计算Azimuth-FFT
利用mmwave.dsp提供的函数对LVDS接收的ADC原始IQ数据进行解析

2.解析UART接收的片内DSP处理过的点云、doppler等数据

  • 载入相关库
  • 载入保存的串口解析数据
  • 显示cfg文件设置的数据
  • 显示片内处理时间(可用来判断是否需要调整帧率)
  • 显示各天线温度
  • 显示数据包信息
  • 显示点云数据
  • 计算距离标签及多普勒速度标签
  • 显示range profile及noise floor profile
  • 显示多普勒图Doppler Bins
  • 显示方位角图Azimuth (Angle) Bins

testDecode_AWR2243.ipynb

解析原始ADC采样数据（仅AWR2243）的示例代码，需要用Jupyter(推荐VS Code安装Jupyter插件)打开。

1.解析LVDS接收的ADC原始IQ数据

利用numpy对LVDS接收的ADC原始IQ数据进行解析
  • 载入相关库
  • 设置对应参数
  • 载入保存的bin数据并解析
  • 绘制时域IQ波形
  • 计算Range-FFT
  • 计算Doppler-FFT
  • 计算Azimuth-FFT

testParam.ipynb

IWR1843毫米波雷达配置参数合理性校验，需要用Jupyter(推荐VS Code安装Jupyter插件)打开。

  • 主要校验毫米波雷达需要的cfg文件及DCA采集板需要的cf.json文件的参数配置是否正确。
  • 参数的约束条件来自于

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