LINUXCNC源程序原理说明

1、-作者xxxx-日期xxxxLINUXCNC源程序原理说明【精品文档】opLINUXCNC源程序学习源程序的树结构如下：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 la

2、dder IO)| |- demo_step_cl (sample stepper 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 (si

3、mulated motion and IO)| |- stepper (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 (ex

4、tra files for Ubuntu 5.10)| | |- etc| | | |- udev| | | | - 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| | | |- udev| |

5、| | - scripts| | | - xdg| | | - menus| | | - applications-merged| | - usr| | - share| | |- applications| | |- desktop-directories| | - pixmaps| |- extras-Ubuntu-7.10 (extra files for building on Ubuntu 7.10)| | |- etc| | | |- udev| | | - xdg| | | - menus| | | - applications-merged| | - usr| | - shar

6、e| | |- applications| | |- desktop-directories| | - pixmaps| |- extras-Ubuntu-8.04 (extra files for building on Ubuntu 8.04 Hardy Heron)| | |- etc| | | - xdg| | | - menus| | | - applications-merged| | - usr| | - share| | |- applications| | |- desktop-directories| | - pixmaps| |- extras-sim-Ubuntu-5.

7、10 (extra files for sim package for Ubuntu 5.10)| | |- etc| | | - xdg| | | - menus| | | - applications-merged| | - usr| | - share| | |- applications| | |- desktop-directories| | - pixmaps| - extras-sim-Ubuntu-6.06 (extra files for sim package for Ubuntu 6.06 Dapper Drake)| |- etc| | - xdg| | - menus

8、| | - 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)| |- man (man pages)| | |- man1| | |- man3| | - man9| - src (API and source notes should be in

9、 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 documentation)| |- gui (.lyx files, images, etc. for GUI documentation)| |- hal (.lyx files,

10、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|- nc_files (Sample NC files)|- rtlib (kernel mode object files, only after a successfull compile)

11、|- scripts(bash scripts like linuxcnc, realtime, rip-environment, etc.)|- share| |- axis| | |- images| | - tcl| |- emc| - locale| |- de| | - LC_MESSAGES| |- es| | - LC_MESSAGES| |- fr| | - LC_MESSAGES| |- hu| | - LC_MESSAGES| |- it| | - LC_MESSAGES| |- pt_BR| | - LC_MESSAGES| |- ro| | - LC_MESSAGES|

12、 |- 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 dependency tree)| | |- emc (actual LinuxCNC code)| | |- canterp (interpreter for canonical commands)|

13、 | |- 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 EMC)| | |- nml_intf (emc specific NML implementation, all messages sent in emc)| | |- rs274ngc (

14、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| | | |- etc| | | |- extensions| | | - scripts| | - stepconf| |- hal (the Hardware Abstraction

15、 Layer, provides a unified interface across all hardware)| | |- classicladder| | | - projects_examples| | |- components| | |- drivers| | | |- m5i20| | | | |- bit| | | | - hostmot5_src| | | |- mesa-hostmot2| | | | |- doc| | | | - firmware| | | | |- 5i20| | | | | - SOURCE| | | | - 7i43| | | | |- CPLD|

16、 | | | | - SOURCE| | | | - SOURCE| | | |- mesa7i43-firmware| | | | |- gpio| | | | | - source| | | | |- hostmot2| | | | | - src| | | | - source| | | |- mesa_5i2x| | | | - firmware| | | |- pluto_servo_firmware| | | - pluto_step_firmware| | |- user_comps| | | |- devices| | | - vcp| | - utils| | - halgu

17、i| |- libnml (a clean implementation of RCSLIB)| | |- buffer| | |- cms| | |- inifile| | |- linklist| | |- nml| | |- os_intf| | |- posemath| | - rcs| |- module_helper| |- objects| | |- emc| | | |- canterp| | | |- ini| | | |- iotask| | | |- motion| | | |- nml_intf| | | |- rs274ngc| | | |- sai| | | |-

18、task| | | - usr_intf| | | - axis| | | - extensions| | |- hal| | | |- classicladder| | | |- components| | | |- drivers| | | |- user_comps| | | | |- devices| | | | - vcp| | | - utils| | |- libnml| | | |- buffer| | | |- cms| | | |- inifile| | | |- linklist| | | |- nml| | | |- os_intf| | | |- posemath|

19、| | - rcs| | |- rtapi| | |- rtemc| | | |- kinematics| | | - motion| | |- rthal| | | |- classicladder| | | |- components| | | - utils| | |- rtlibnml| | | - posemath| | - rtobjects| | - hal| | - components| |- po (Translation files for i18n support)| |- rtapi (*.c and *.h for RTAPI) (unified RT API, w

20、raps 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| - scripts- tests |- basic |- ccomp | |- lathe-comp | |- mill-g90g91g92 | |- mill-line-arc-entry

21、| - mill-zchanges |- interp | |- cam-nisley | - flowsnake |- overrun |- owordOverview of the emc2 install dirs: / (file system root) | | |- etc/ | | | | | - realtime (realtime start/stop script) | | |- $(prefix) (default: /usr/local) | | (all the following $xxxxdir are configurable through autoconf

22、| | | |- 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/ | | | | | |- docs/ | | | | | - (All the impo

23、rtant 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 RTOS modules)根据这个结构树，我们可以清楚的知道

24、每一个文件夹，每一个子文件的作用，包括了接口，硬件抽象层，实时内核等等部分。当然，在这里面我们需要深入研究的是linuxcnc-dev/src/emc文件夹中的各个文件，也是该数控系统的核心所在。我们再次列出linuxcnc-dev/src/emc中的子结构树：linuxcnc-dev/src/emc中的子结构树：| |- emc (actual LinuxCNC code)| | |- canterp (interpreter for canonical commands)| | |- ini (inifile related operations)| | |- iotask (IO int

25、erface, 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)| | |- sai| | |- task (core co

26、mponent in emc, dispatches actions to other parts)| | - usr_intf (interfaces for some GUIs, and other interfaces: AXIS, halui, stepconf)| | |- axis| | | |- etc| | | |- extensions| | | - scripts| | - stepconf根据该结构树，我们一个一个的再一次进行分析：（1）canterp (interpreter for canonical commands，即规范命令的解释器)#include / FIL

27、E, 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其中包括了语法解析，读取，执行等函数，对刀具信息、主轴转速、开始、停止等信息进行判断和执行工作。（2）ini (inifile related operations，初始化相关的文件)同样，列出该文件夹的

28、结构树：| |- ini (inifile related operations)| | |- /hh | | |- /hh | | |- /hh | | |- /hh | | |- /hh (2.1) /hh #include / M_PI.#include emcIniFile.hh该文件定义了一些INI文件中字符的赋值，包括 一个TURE或者FAULSE，单位mm ,m，角度，直线，旋转等等。(2.2) /hh #include #include / NULL#include / atol(), _itoa()#include / strcmp()#include / isdigit()

29、#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.hh该文件主要用到了两个函数：loadaxis以及iniaxis。前一个函数loadaixs是对INI文件中的轴类型，轴单元，最大最小位置限值，误差限值，最大速度，加速度，加加速度等初始化参数进行读取并存储

30、在&axisIniFile中，这些参数对应于INI文件中AXIS一栏中的参数，并将部分参数赋值给old_inihal_data。除此之外，iniaxis函数主要是读取INI文件中TRAJ部分的AXIS轴数，然后调用loadaxis进行初始化加载。除去两个主要函数，还有一个精度判断函数iniGetFloatPrec以及状态函数（可有可无）。（）initraj.cc/hh该文件主要包含以下几个函数：loadTraj，用于加载INI文件中TRAJ中的配置参数，然后将读取的参数值进行保存，主要赋值给old_inihal_data以及traj_max_velocity等变量，供后续其他文件调用。同时该文

31、件的后面还有一个坐标轴返回原点的判断程序，从而保证TRAJ中的原点坐标。其实，该文件类似于/hh。（）inihal.cc/hh#include rcs_print.hh#include emc.hh#include #include hal.h#include rtapi.h#include inihal.hh该文件中主要包含以下几个函数：ini_hal_init，用于定义HAL中的新的管脚，包括了各轴中的INI参数管脚，以及TRAJ中的INI参数管脚；ini_hal_init_pins，用于对之前定义好的新管脚进行赋值，主要是将old_inihal_data中的参数值存储到*(the_ini

32、hal_data-NAME)中去。check_ini_hal_items()，用于对各个管脚的值进行更新检查。备注：old_inihal_data中的值都是在以及中赋值了的。（3） iotask该文件在这里不做详细介绍，主要是创建“iocontrol”组件，并对一些接口文件进行配置。（4）Kinamitcs该文件夹中包含了不同的运动控制模块，例如五轴、三轴、六轴等等。除此之外，还包含了插补以及速度控制的轨迹规划文件。（）运动控制模块（）轨迹规划模块文件主要是基于轨迹规划的简单判别文件，由调用。下面我们分别说明该文件中的一些函数。#include rtapi.h/* rtapi_print_ms

33、g */#include posemath.h#include emcpos.h#include tc.h（1）tcGetStartingUnitVector 主要是获取运动轨迹的起始点的起始单位向量，如果是直线或者攻丝，那么直接计算起始与终止点的位移大小。如果不是，那么就是圆形运动，计算曲率，半径，起始点等等。（2）tcGetEndingUnitVector 主要是获取运动轨迹的终止点的终止单位向量，如果是直线，那么直接计算终点坐标减去起点坐标的大小。如果是攻丝，那么计算起点坐标减去终点坐标的大小。对于其他运动，即曲线运动，则根据转过的角度，计算终点坐标，然后计算曲率半径，并将数据保存到指定

34、位置V中。（3）tcGetPos/tcGetEndpoint 两个都是通过调用函数tcGetPosReal从而得到位置信息。（4） tcGetPosReal 根据传入的参数判断是计算当前位移值还是目标位移值；其次判断运动类型，如果是攻丝，判断是正转还是反转的，再进行坐标值计算（具体算法先省略）。如果是直线运动，因为只是涉及到了xyz，其他轴uvw，abc等只需要进行配合运动即可，或者是XYZ不动，或者只有ABC再动等等。如果是曲线运动，同样配合计算其他各轴位移。判断完毕之后，返回各个轴的位移。（5）tcqCreate() 建立TC结构体的新队列。（6）tcqDelete() 删除TC结构体的队

35、列。（7）tcqInit （8）tcqPut()/tcqRemove()/tcqLen()/tcqItem() 数据存放，先入先出；tcqLen()数据队列的大小；tcqItem()读取数据队列的第N的元素。（9）tcqFull() 判断堆栈是否已满，或者快要满了。文件主要实现轨迹规划。#ifdef RTAPI#define assert(args.) do while(0)#else/ SIM#include #include #include #include #endif#include rtapi.h/* rtapi_print_msg */#include rtapi_string.

36、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_priv.h#include motion_debug.h（1）tpCreate（）创建队列，供后续调用。（2）tpClearDIOs() 如果需要改变的数字IO的存放队列，该函数将会清除之前的IO触发器队列供下次使用。（3）tpClear() 某种程度而言，该函数属于“软件初始化”，结构体TP_STRUCT中的参数将

37、会被保留下来，而队列将会被清空。（4）tpInit（），初始化TP结构体中的参数值。（5）tpSetCycleTime（），设置程序循环时间。（6）tpSetVmax（）设置最大速度。（7）tpSetVlimit（）/ tpSetAmax() 同上，设置速度限制以及最大速度。（8）tpSetId（）/tpGetExecId（） 分别设置下一个运行周期的ID号，或获取当前的ID号。（9）pSetTermCond(tp, cond) 设置后续运动队列移动的终止条件，返回终止条件和公差。（10）tpSetPos（）设置当前位置以及目标位置。备注：（4-10）所返回的参数值都是TP结构的成员，可以理解

38、为TP中都是当前运动模式下的参数值。（11）tpAddRigidTap（）/ tpAddLine()/tpAddCircle() 这三个函数是用于判断在原有的运动上所需要加入的新的运动模式，根据下一步的运动模式不同，设置不同的参数保存在结构体TC中，可以理解为TC结构体中存入了下一个运动模式时的参数值。（12）tcRunCycle（） 该函数通过传入结构体参数TP以及TC，进行运动段的速度控制，源程序用到的是T形速度控制。根据判断速度和加速度的状态控制速度变化。最后返回新的速度，以及最终速度变化量（以当前的速度与最大限速进行比较，得到需要加速或者减速的多少）。（13）tpToggleDIOs（

39、） 控制数字或者模拟IO口的开或者断，保证下一次输入或者输出正确。（14）tpRunCycle（） 该函数是运动控制的核心部分。首先进行emcmotStatus的初始化；判断TC是否空队列；判断当前运动是否同步进行，执行当前运动，完毕之后删除，载入下一个运动；判断下一个运动的可行性，如果出现异常中断（abording），那么TP队列中的值全部初始化。判断所等待的ID号是否与TC中的ID号一致，如果不一致，则输出错误信息，并给所等待的ID赋空值；对于TC值得第一次读取进行一系列状态判断，保证所有动作符合要求；对于攻丝动作，需要进行特殊处理。即当状态tc-motion_type = TC_RIGI

40、DTAP的时候，先保证主轴正转；其次判断攻丝动作所处的状态：TAPPING，该状态表示正在攻丝，如果当前位移量以及超过了或者等于所需要攻丝的长度，那么将状态切换到REVERSING，主轴反向，并设置反向运动的参数，如果当前位移量超过了攻丝长度，那么切换状态到FINAL_REVERSAL；主轴最后一个反向，然后回位；判断下一次的运动状态，判断是否TC是第一次被读取；判断TC结构体中的同步参数，然后判断运动中的速度以及加速度是否满足要求。其中一部分算法属于轨迹规划中的加速度判断法；在做完上述一些列判断之后，进行轨迹规划的重要部分：primary_before = tcGetPos(tc); tcR

41、unCycle(tp, tc, &primary_vel, &on_final_decel); primary_after = tcGetPos(tc); pmCartCartSub(primary_after.tran, primary_before.tran, &primary_displacement.tran); primary_displacement.a = primary_after.a - primary_before.a; primary_displacement.b = primary_after.b - primary_before.b; primary_displace

42、ment.c = primary_after.c - primary_before.c; primary_displacement.u = primary_after.u - primary_before.u; primary_displacement.v = primary_after.v - primary_before.v; primary_displacement.w = primary_after.w - primary_before.w;调用之前的函数，计算当前值，然后运行一个周期，再次获取新的位置，然后分别计算各轴位移量。下一步计算属于混合模式下（即将几段相似的程序进行合并）的运

43、动控制：同样进行条件判断，之后计算前后两段运动的速度，位移等等，最后输出前后两端的位移大小，实现合并。（15）最后对一些错误信息进行判断和验证。保证正确输出。备注：在中轨迹规划是如何完成的：（1）解释调用tpAddLine还是tpAddCircle?主要是依据MDI或者G代码的输入；（2）tpRunCycle在每一个TRAJ_PERIOD周期内进行调用，从而更新currentPos；（3）currentPos最终反馈回HAL对应的是axis.X.motor-pos-cmd HAL pins。在tpruncycle中：l 判断tc队列是否为空，if(!tc)；运动队列为空就表示已经到了程序的终点

44、或者说队列处于饥饿状态，需要存入数据：此时，采取以下动作：（1）初始化一个空的运动队列；（2）通过tp-goalPos = tp-currentPos and tp-done = 1来终止机器的动作；（3）调用tpResume(tp)然后等待队列tc中写入东西。l 判断是否有异常终止信息if(tp-aborting)；此时，采取以下动作：(1) 将当前的速度设置为0；（2）通过tp-goalPos = tp-currentPos and tp-done = 1来终止机器的动作；l 判断是否当前命令行执行完毕if (tc-target = tc-progress)：此时，采取以下动作：(1) 将

45、当前的命令行从队列中删除；（2）将下一个命令载入到队列中。（）三次样条插值（5）MotionMotion部分主要是（）command.c#include #include #include posemath.h#include rtapi.h#include hal.h#include motion.h#include motion_debug.h#include motion_struct.h#include emcmotglb.h#include mot_priv.h#include rtapi_math.h#include motion_types.h该函数主要是通过用户空间获取命令，执行不同的动作，这些命令结构体为emcmotCommand-command，而全部动作值都保存为EMCMOT_COMMAND在中。如果想要进行添加新的信号参数，你就需要做以下的工作：（1）在中添加新的配置或者轴参数foo。（2）在中添加EMCMOT_SET_FOO命令，在cmd_code_t中。（3）在command_t struct中添加一个类a field（4）在中加一个大的选择开关从而控制EMCMOT_SET_FOO comm