LINUXCNC源程序原理說明[精校版本]

1、opLINUXCNC源程序?qū)W習源程序的樹結(jié)構(gòu)如下：Overview of the emc2 directory (generated by tree -I .git -d) :.|- app-defaults|- bin (user mode binaries)|- configs| |- 5axis| |- boss| |- common| |- dallur-thc| |- demo_mazak (sample mazak config files)| |- demo_sim_cl (sample sim with ladder IO)| |- demo_step_cl (sample s

2、tepper with ladder IO)| |- etch-servo| |- halui_halvcp| |- hexapod-sim| |- lathe-pluto| |- m5i20 (sample servo using Mesa PCI)| |- max| |- motenc (sample servo using Vital PCI)| |- nist-lathe| |- plasma-thc| |- plasma-thc-sim| |- ppmc| |- puma| |- scara| |- sim (simulated motion and IO)| |- stepper

3、(parport stepper driver) | |- stepper-gantry| |- stepper-xyza| |- stg (sample servo using STG ISA)| |- univpwm (sample PICO servo generator)| |- univstep (sample PICO stepper generator)| - vti|- debian (files needed to build deb packages)| |- extras-Ubuntu-5.10 (extra files for Ubuntu 5.10)| | |- et

4、c| | | |- modprobe.d| | | |- udev| | | | |- rules.d| | | | - scripts| | | - xdg| | | - menus| | | - applications-merged| | - usr| | - share| | |- applications| | |- desktop-directories| | - pixmaps| |- extras-Ubuntu-6.06 (extra files for building on Ubuntu 6.06 Dapper Drake)| | |- etc| | | |- modpro

5、be.d| | | |- udev| | | | |- rules.d| | | | - scripts| | | - xdg| | | - menus| | | - applications-merged| | - usr| | - share| | |- applications| | |- desktop-directories| | - pixmaps| |- extras-Ubuntu-7.10 (extra files for building on Ubuntu 7.10)| | |- etc| | | |- modprobe.d| | | |- udev| | | | - ru

6、les.d| | | - xdg| | | - menus| | | - applications-merged| | - usr| | - share| | |- applications| | |- desktop-directories| | - pixmaps| |- extras-Ubuntu-8.04 (extra files for building on Ubuntu 8.04 Hardy Heron)| | |- etc| | | |- modprobe.d| | | - xdg| | | - menus| | | - applications-merged| | - usr

7、| | - share| | |- applications| | |- desktop-directories| | - pixmaps| |- extras-sim-Ubuntu-5.10 (extra files for sim package for Ubuntu 5.10)| | |- etc| | | - xdg| | | - menus| | | - applications-merged| | - usr| | - share| | |- applications| | |- desktop-directories| | - pixmaps| - extras-sim-Ubun

8、tu-6.06 (extra files for sim package for Ubuntu 6.06 Dapper Drake)| |- etc| | - xdg| | - menus| | - applications-merged| - usr| - share| |- applications| |- desktop-directories| - pixmaps|- docs (All the important and relevant Docs.)| |- help| |- html (html version of docs - some generated from lyx)

9、| |- man (man pages)| | |- man1| | |- man3| | - man9| - src (API and source notes should be in each src dir.) (source for the handbooks) (top level .lyx files)| |- code| |- common (shared .lyx files and images, such as glossary, GPLD license)| |- config| |- gcode (.lyx files, images, etc. for G-Code

10、 documentation)| |- gui (.lyx files, images, etc. for GUI documentation)| |- hal (.lyx files, images, etc. for HAL documentation)| |- install| |- ladder| |- motion| - quickstart|- include (headers installed here - originals in src/xxx/)|- lib (user mode object files)| - python| |- rs274| - yapps|- n

11、c_files (Sample NC files)|- rtlib (kernel mode object files, only after a successfull compile)|- scripts(bash scripts like linuxcnc, realtime, rip-environment, etc.)|- share| |- axis| | |- images| | - tcl| |- emc| - locale| |- de| | - LC_MESSAGES| |- es| | - LC_MESSAGES| |- fr| | - LC_MESSAGES| |- h

12、u| | - LC_MESSAGES| |- it| | - LC_MESSAGES| |- pt_BR| | - LC_MESSAGES| |- ro| | - LC_MESSAGES| |- ru| | - LC_MESSAGES| |- se| | - LC_MESSAGES| |- sr| | - LC_MESSAGES| - zh_CN| - LC_MESSAGES|- src (source tree - configure script, top level makefile, Makefile.inc, etc)| | |- depends (generated depende

13、ncy tree)| | |- emc (actual LinuxCNC code)| | |- canterp (interpreter for canonical commands)| | |- ini (inifile related operations)| | |- iotask (IO interface, lots of HAL pins)| | |- kinematics (trajectory planner and kinematics)| | |- motion (motion controller, talks through SHM to the rest of EM

14、C)| | |- nml_intf (emc specific NML implementation, all messages sent in emc)| | |- rs274ngc (the rs274 g-code interpreter)| | |- sai| | |- task (core component in emc, dispatches actions to other parts)| | - usr_intf (interfaces for some GUIs, and other interfaces: AXIS, halui, stepconf)| | |- axis

15、| | | |- etc| | | |- extensions| | | - scripts| | - stepconf| |- hal (the Hardware Abstraction Layer, provides a unified interface across all hardware)| | |- classicladder| | | - projects_examples| | |- components| | |- drivers| | | |- m5i20| | | | |- bit| | | | - hostmot5_src| | | |- mesa-hostmot2|

16、 | | | |- doc| | | | - firmware| | | | |- 5i20| | | | | - SOURCE| | | | - 7i43| | | | |- CPLD| | | | | - SOURCE| | | | - SOURCE| | | |- mesa7i43-firmware| | | | |- gpio| | | | | - source| | | | |- hostmot2| | | | | - src| | | | - source| | | |- mesa_5i2x| | | | - firmware| | | |- pluto_servo_firmwar

17、e| | | - pluto_step_firmware| | |- user_comps| | | |- devices| | | - vcp| | - utils| | - halgui| |- libnml (a clean implementation of RCSLIB)| | |- buffer| | |- cms| | |- inifile| | |- linklist| | |- nml| | |- os_intf| | |- posemath| | - rcs| |- module_helper| |- objects| | |- emc| | | |- canterp| |

18、 | |- ini| | | |- iotask| | | |- motion| | | |- nml_intf| | | |- rs274ngc| | | |- sai| | | |- task| | | - usr_intf| | | - axis| | | - extensions| | |- hal| | | |- classicladder| | | |- components| | | |- drivers| | | |- user_comps| | | | |- devices| | | | - vcp| | | - utils| | |- libnml| | | |- buff

19、er| | | |- cms| | | |- inifile| | | |- linklist| | | |- nml| | | |- os_intf| | | |- posemath| | | - rcs| | |- rtapi| | |- rtemc| | | |- kinematics| | | - motion| | |- rthal| | | |- classicladder| | | |- components| | | - utils| | |- rtlibnml| | | - posemath| | - rtobjects| | - hal| | - components| |

20、- po (Translation files for i18n support)| |- rtapi (*.c and *.h for RTAPI) (unified RT API, wraps over RTLinux, RTAI and sim)| | - examples (testing examples for the RTAPI)| | |- extint| | |- fifo| | |- semaphore| | |- shmem| | - timer| - tests|- tcl (tkemc.tcl, mini.tcl - the tcl GUIs)| |- bin| -

21、scripts- tests |- abs.0 |- and-or-not-mux.0 |- basic |- ccomp | |- lathe-comp | |- mill-g90g91g92 | |- mill-line-arc-entry | - mill-zchanges |- counter-encoder.0 |- flipflop.0 |- interp | |- cam-nisley | - flowsnake |- limit3.0 |- limit3.1 |- limit3.2 |- modparam.0 |- overrun |- oword | - sub.0 |- s

22、ave.0 |- save.1 |- source.0 |- stepgen.0 |- stepgen.1 |- stepgen.2 |- threads.0 - timedelay.0Overview of the emc2 install dirs: / (file system root) | | |- etc/ | | | - init.d/ | | | - realtime (realtime start/stop script) | | |- $(prefix) (default: /usr/local) | | (all the following $xxxxdir are co

23、nfigurable through autoconf | | | |- bin/ (known as $bindir, files from EMC2/bin) | | | |- sbin/ (known as $sbindir, ) | | | |- etc/ (known as $sysconfdir, config files and subdirs from configs/) | | | |- lib/ (known as $libdir, lib files *.so from libs/) | | | - share/ | | | - emc/ | | | | | |- doc

24、s/ | | | | | - (All the important and relevant Docs.) | | | |- handbooks/ | | | | | - (PDF versions of handbooks) | | | - nc_files/ | | | - (Sample NC files) | |- $MAN_DIR/ (default: /usr/local/man) | | | |- man1/ | | | | | | | | - man3/ | | | | - $moduledir/ (based on where ./configure finds the RT

25、OS modules)根據(jù)這個結(jié)構(gòu)樹，我們可以清楚的知道每一個文件夾，每一個子文件的作用，包括了接口，硬件抽象層，實時內(nèi)核等等部分。當然，在這里面我們需要深入研究的是linuxcnc-dev/src/emc文件夾中的各個文件，也是該數(shù)控系統(tǒng)的核心所在。我們再次列出linuxcnc-dev/src/emc中的子結(jié)構(gòu)樹：linuxcnc-dev/src/emc中的子結(jié)構(gòu)樹：| |- emc (actual LinuxCNC code)| | |- canterp (interpreter for canonical commands)| | |- ini (inifile related oper

26、ations)| | |- iotask (IO interface, lots of HAL pins)| | |- kinematics (trajectory planner and kinematics)| | |- motion (motion controller, talks through SHM to the rest of EMC)| | |- nml_intf (emc specific NML implementation, all messages sent in emc)| | |- rs274ngc (the rs274 g-code interpreter)|

27、| |- sai| | |- task (core component in emc, dispatches actions to other parts)| | - usr_intf (interfaces for some GUIs, and other interfaces: AXIS, halui, stepconf)| | |- axis| | | |- etc| | | |- extensions| | | - scripts| | - stepconf根據(jù)該結(jié)構(gòu)樹，我們一個一個的再一次進行分析：（1）canterp (interpreter for canonical comma

28、nds，即規(guī)范命令的解釋器)#include / FILE, fopen(), fclose()#include / strcpy()#include / isspace()#include #include #include config.h#include emc/nml_intf/interp_return.hh#include emc/nml_intf/canon.hh#include emc/rs274ngc/interp_base.hh其中包括了語法解析，讀取，執(zhí)行等函數(shù)，對刀具信息、主軸轉(zhuǎn)速、開始、停止等信息進行判斷和執(zhí)行工作。（2）ini (inifile related op

29、erations，初始化相關(guān)的文件)同樣，列出該文件夾的結(jié)構(gòu)樹：| |- ini (inifile related operations)| | |- emcIniFile.cc/hh | | |- iniaxis.cc/hh | | |- inihal.cc/hh | | |- initraj.cc/hh | | |- initool.cc /hh (2.1) emcIniFile.cc/hh #include / M_PI.#include emcIniFile.hh該文件定義了一些INI文件中字符的賦值，包括 一個TURE或者FAULSE，單位mm ,m，角度，直線，旋轉(zhuǎn)等等。(2.2)

30、 iniaxis.cc/hh #include #include / NULL#include / atol(), _itoa()#include / strcmp()#include / isdigit()#include #include #include emc.hh#include rcs_print.hh#include emcIniFile.hh#include iniaxis.hh/ these decls#include emcglb.h/ EMC_DEBUG#include emccfg.h/ default values for globals#include inihal

31、.hh該文件主要用到了兩個函數(shù)：loadaxis以及iniaxis。前一個函數(shù)loadaixs是對INI文件中的軸類型，軸單元，最大最小位置限值，誤差限值，最大速度，加速度，加加速度等初始化參數(shù)進行讀取并存儲在&axisIniFile中，這些參數(shù)對應(yīng)于INI文件中AXIS一欄中的參數(shù)，并將部分參數(shù)賦值給old_inihal_data。除此之外，iniaxis函數(shù)主要是讀取INI文件中TRAJ部分的AXIS軸數(shù)，然后調(diào)用loadaxis進行初始化加載。除去兩個主要函數(shù)，還有一個精度判斷函數(shù)iniGetFloatPrec以及狀態(tài)函數(shù)（可有可無）。（2.3）initraj.cc/hh該文件主要包含以

32、下幾個函數(shù)：loadTraj，用于加載INI文件中TRAJ中的配置參數(shù)，然后將讀取的參數(shù)值進行保存，主要賦值給old_inihal_data以及traj_max_velocity等變量，供后續(xù)其他文件調(diào)用。同時該文件的后面還有一個坐標軸返回原點的判斷程序，從而保證TRAJ中的原點坐標。其實，該文件類似于iniaxis.cc/hh。（2.4）inihal.cc/hh#include rcs_print.hh#include emc.hh#include #include hal.h#include rtapi.h#include inihal.hh該文件中主要包含以下幾個函數(shù)：ini_hal_i

33、nit，用于定義HAL中的新的管腳，包括了各軸中的INI參數(shù)管腳，以及TRAJ中的INI參數(shù)管腳；ini_hal_init_pins，用于對之前定義好的新管腳進行賦值，主要是將old_inihal_data中的參數(shù)值存儲到*(the_inihal_data-NAME)中去。check_ini_hal_items()，用于對各個管腳的值進行更新檢查。備注：old_inihal_data中的值都是在iniaxis.cc以及initraj.cc中賦值了的。（3） iotask該文件在這里不做詳細介紹，主要是創(chuàng)建“iocontrol”組件，并對一些接口文件進行配置。（4）Kinamitcs該文件夾中包

34、含了不同的運動控制模塊，例如五軸、三軸、六軸等等。除此之外，還包含了插補以及速度控制的軌跡規(guī)劃文件。（4.1）運動控制模塊（4.2）軌跡規(guī)劃模塊TC.C文件主要是基于軌跡規(guī)劃的簡單判別文件，由TP.C調(diào)用。下面我們分別說明該文件中的一些函數(shù)。#include rtapi.h/* rtapi_print_msg */#include posemath.h#include emcpos.h#include tc.h（1）tcGetStartingUnitVector 主要是獲取運動軌跡的起始點的起始單位向量，如果是直線或者攻絲，那么直接計算起始與終止點的位移大小。如果不是，那么就是圓形運動，計算曲

35、率，半徑，起始點等等。（2）tcGetEndingUnitVector 主要是獲取運動軌跡的終止點的終止單位向量，如果是直線，那么直接計算終點坐標減去起點坐標的大小。如果是攻絲，那么計算起點坐標減去終點坐標的大小。對于其他運動，即曲線運動，則根據(jù)轉(zhuǎn)過的角度，計算終點坐標，然后計算曲率半徑，并將數(shù)據(jù)保存到指定位置V中。（3）tcGetPos/tcGetEndpoint 兩個都是通過調(diào)用函數(shù)tcGetPosReal從而得到位置信息。（4） tcGetPosReal 根據(jù)傳入的參數(shù)判斷是計算當前位移值還是目標位移值；其次判斷運動類型，如果是攻絲，判斷是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)的，再進行坐標值計算（具體算法先省略

36、）。如果是直線運動，因為只是涉及到了xyz，其他軸uvw，abc等只需要進行配合運動即可，或者是XYZ不動，或者只有ABC再動等等。如果是曲線運動，同樣配合計算其他各軸位移。判斷完畢之后，返回各個軸的位移。（5）tcqCreate() 建立TC結(jié)構(gòu)體的新隊列。（6）tcqDelete() 刪除TC結(jié)構(gòu)體的隊列。（7）tcqInit （8）tcqPut()/tcqRemove()/tcqLen()/tcqItem() 數(shù)據(jù)存放，先入先出；tcqLen()數(shù)據(jù)隊列的大?。籺cqItem()讀取數(shù)據(jù)隊列的第N的元素。（9）tcqFull() 判斷堆棧是否已滿，或者快要滿了。TP.C文件主要實現(xiàn)軌跡規(guī)

37、劃。#ifdef RTAPI#define assert(args.) do while(0)#else/ SIM#include #include #include #include #endif#include rtapi.h/* rtapi_print_msg */#include rtapi_string.h /* NULL */#include posemath.h#include tc.h#include tp.h#include rtapi_math.h#include ./motion/motion.h#include hal.h#include ./motion/mot_pr

38、iv.h#include motion_debug.h（1）tpCreate（）創(chuàng)建隊列，供后續(xù)調(diào)用。（2）tpClearDIOs() 如果需要改變的數(shù)字IO的存放隊列，該函數(shù)將會清除之前的IO觸發(fā)器隊列供下次使用。（3）tpClear() 某種程度而言，該函數(shù)屬于“軟件初始化”，結(jié)構(gòu)體TP_STRUCT中的參數(shù)將會被保留下來，而隊列將會被清空。（4）tpInit（），初始化TP結(jié)構(gòu)體中的參數(shù)值。（5）tpSetCycleTime（），設(shè)置程序循環(huán)時間。（6）tpSetVmax（）設(shè)置最大速度。（7）tpSetVlimit（）/ tpSetAmax() 同上，設(shè)置速度限制以及最大速度。（8）t

39、pSetId（）/tpGetExecId（） 分別設(shè)置下一個運行周期的ID號，或獲取當前的ID號。（9）pSetTermCond(tp, cond) 設(shè)置后續(xù)運動隊列移動的終止條件，返回終止條件和公差。（10）tpSetPos（）設(shè)置當前位置以及目標位置。備注：（4-10）所返回的參數(shù)值都是TP結(jié)構(gòu)的成員，可以理解為TP中都是當前運動模式下的參數(shù)值。（11）tpAddRigidTap（）/ tpAddLine()/tpAddCircle() 這三個函數(shù)是用于判斷在原有的運動上所需要加入的新的運動模式，根據(jù)下一步的運動模式不同，設(shè)置不同的參數(shù)保存在結(jié)構(gòu)體TC中，可以理解為TC結(jié)構(gòu)體中存入了下一個

40、運動模式時的參數(shù)值。（12）tcRunCycle（） 該函數(shù)通過傳入結(jié)構(gòu)體參數(shù)TP以及TC，進行運動段的速度控制，源程序用到的是T形速度控制。根據(jù)判斷速度和加速度的狀態(tài)控制速度變化。最后返回新的速度，以及最終速度變化量（以當前的速度與最大限速進行比較，得到需要加速或者減速的多少）。（13）tpToggleDIOs（） 控制數(shù)字或者模擬IO口的開或者斷，保證下一次輸入或者輸出正確。（14）tpRunCycle（） 該函數(shù)是運動控制的核心部分。首先進行emcmotStatus的初始化；判斷TC是否空隊列；判斷當前運動是否同步進行，執(zhí)行當前運動，完畢之后刪除，載入下一個運動；判斷下一個運動的可行性，

41、如果出現(xiàn)異常中斷（abording），那么TP隊列中的值全部初始化。判斷所等待的ID號是否與TC中的ID號一致，如果不一致，則輸出錯誤信息，并給所等待的ID賦空值；對于TC值得第一次讀取進行一系列狀態(tài)判斷，保證所有動作符合要求；對于攻絲動作，需要進行特殊處理。即當狀態(tài)tc-motion_type = TC_RIGIDTAP的時候，先保證主軸正轉(zhuǎn)；其次判斷攻絲動作所處的狀態(tài)：TAPPING，該狀態(tài)表示正在攻絲，如果當前位移量以及超過了或者等于所需要攻絲的長度，那么將狀態(tài)切換到REVERSING，主軸反向，并設(shè)置反向運動的參數(shù)，如果當前位移量超過了攻絲長度，那么切換狀態(tài)到FINAL_REVERSA

42、L；主軸最后一個反向，然后回位；判斷下一次的運動狀態(tài)，判斷是否TC是第一次被讀取；判斷TC結(jié)構(gòu)體中的同步參數(shù)，然后判斷運動中的速度以及加速度是否滿足要求。其中一部分算法屬于軌跡規(guī)劃中的加速度判斷法；在做完上述一些列判斷之后，進行軌跡規(guī)劃的重要部分：primary_before = tcGetPos(tc); tcRunCycle(tp, tc, &primary_vel, &on_final_decel); primary_after = tcGetPos(tc); pmCartCartSub(primary_after.tran, primary_before.tran, &primary_

43、displacement.tran); primary_displacement.a = primary_after.a - primary_before.a; primary_displacement.b = primary_after.b - primary_before.b; primary_displacement.c = primary_after.c - primary_before.c; primary_displacement.u = primary_after.u - primary_before.u; primary_displacement.v = primary_aft

44、er.v - primary_before.v; primary_displacement.w = primary_after.w - primary_before.w;調(diào)用之前的函數(shù)，計算當前值，然后運行一個周期，再次獲取新的位置，然后分別計算各軸位移量。下一步計算屬于混合模式下（即將幾段相似的程序進行合并）的運動控制：同樣進行條件判斷，之后計算前后兩段運動的速度，位移等等，最后輸出前后兩端的位移大小，實現(xiàn)合并。（15）最后對一些錯誤信息進行判斷和驗證。保證正確輸出。備注：在tp.c中軌跡規(guī)劃是如何完成的：（1）解釋調(diào)用tpAddLine還是tpAddCircle?主要是依據(jù)MDI或者G代碼

45、的輸入；（2）tpRunCycle在每一個TRAJ_PERIOD周期內(nèi)進行調(diào)用，從而更新currentPos；（3）currentPos最終反饋回HAL對應(yīng)的是axis.X.motor-pos-cmd HAL pins。在tpruncycle中：l 判斷tc隊列是否為空，if(!tc)；運動隊列為空就表示已經(jīng)到了程序的終點或者說隊列處于饑餓狀態(tài)，需要存入數(shù)據(jù)：此時，采取以下動作：（1）初始化一個空的運動隊列；（2）通過tp-goalPos = tp-currentPos and tp-done = 1來終止機器的動作；（3）調(diào)用tpResume(tp)然后等待隊列tc中寫入東西。l 判斷是否有異常終止信息if(tp-aborting)；此時，采取以下動作：(1) 將當前的速度設(shè)置為0；（2）通過tp-goalPos = tp-currentPos and tp-done = 1來終止機器的動作；l 判斷是否當前命令行執(zhí)行完畢if (tc-target = tc-progress)：此時，采取以下動作：(1) 將當前的命令行從隊列中刪除；（2）將下一個命令載入到隊列中。（4.3）cubic.c三