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LinuxCNC用のMesaの外部I/Oボード(Ehernet編)

一つ前の記事では、パラレルポートのEPP通信接続でのLinuxCNC用外部I/OポートであるMesa7I90HD Parallel/SPI Anything I/O cardの接続?(書いてないような気がする)とHALピンが見えるまでのLinuxCNCへの設定を書きましたが、今回はEthernet接続での外部拡張I/O を取り上げます。

前回のボードだけ購入するのは送料的にもったいなかったため^^;
Ethernet自体、PCとの電気的絶縁(コネクタ内にトランスがある)が取れるのと、配線距離が稼げ信頼性が高いことから購入してみました。

購入したボードは7I92M Anything I/O Ethernet cardで、34本のI/Oが使用できます。

7i92m.jpg


ただ、今回はLinuxCNC公式のインストールイメージではHM2_ETHとゆうHostmot2ドライバがインストールされてません。素のDebian Wheezyからインストールし、Uspaceとゆう新しいRTAPIの実装のものを使います。

まず、Index of /cdimage/archive/7.11.0-live/i386/iso-hybridから、debian-live-7.11.0-i386-gnome-desktop.isoをダウンロード。私はウインドウズ上での作業でしたので、Windows用のUSBメモリにブータブルなISOファイルを書き込むソフト、Rufusを使い、ダウンロードしたISOファイルをUSBメモリに書き込み、インストールするPCへ。

LinuxCNCのライブディスクイメージ同様に使える(ハズ)で、USBメモリから、PCへインストール。

参考としたページはLinuxCNC公式のライブディスクイメージの有るGetting LinuxCNC内の7. Alternate Install Methods以下です。7.1. Installing on Debian Wheezy (with Preempt-RT kernel)以下の部分を参照しながらインストールを進めます。

注意として、OSインストール時にRootのパスワードを入力しないこと、と有ります。
また、Preempt-RT kernel とmoduleをsudo-apt getでインストールした後、再起動が必要です。

OSインストール、linuxCNC-uspaceインストールが終了し、LinuxCNCを立ち上げると、現時点での最新のLinuxCNC2.78が起動できます。

OSインストールの細かい所は端折ましたが、LinuxDebianのインストールに関してはWeb上に情報が豊富にあるので、ソレを参考にしていただきたいです。


この状態で単純にLanケーブルを接続し、、、、では、残念ながらボードとの通信はできません。
HM2_ETHの記述に依ると、PCとボード間の接続はケーブルのみを使用し、と、有るので、直接PCのEtherポートと7I92基板のEtherポートを繋ぎます。Lanポートを直接繋ぐ場合、昔であればクロスケーブルとゆう、入力と出力がクロスしたケーブルを使用したのですが、買いに行った所今時そのような商品はなく、通常のストレートケーブルに刺すアダプタとして、クロスケーブルとして使えるアダプタを購入、使用しました。

HM2_ETH内の記述に有るように、Ethernetのインターフェースに固定IPアドレスを設定します。
具体的には /etc/network/interfaces sudoしてテキストエディタを使用して追加編集します。

今回はPCのEthernetポートが一つしかなかったのと、 Private IPv4 address spaceを使用したので、記述自体は

auto eth0
iface eth0 inet static
address 10.10.10.1
  hardware-irq-coalesce-rx-usecs 0

としました。
変更を上書き保存し、再起動。

最後の行は
EthernetDriverでのIRQコアレーションのOnだそうで、

sudo ethtool -C your-ethernet-device-name rx-usecs 0
でもOnにできるようです。
殆どのシステムでパケット受信の待ち時間を短縮するようですが、NICとの相性?もあるようで、Marvel-chipset NICでは良くないらしくパフォーマンスの改善が無い場合は削除したほうが良いようです。

参考 Mesa Card: "No 7I92 board found" using mesaflash
  HM2_ETH

ここで、他Web上に有るように、PCを再起動せずにEthernetのみの再起動を行ってみましたが、エラーが出るばかり。
PC自体を再起動しましょう。

7I92上のジャンパスイッチのW5番を下にW6番を上に(ボードシルクの文字が読める状態で上下に)設定し、7I92自体の固定IPアドレスを10.10.10.10に設定しLanケーブルのクロスケーブルをPCと繋ぎ5V電源を供給します。


再起動したらコンソールを開き

sudo apt-get install mesaflash

し、最新のmesaflashに。

ここで、

sudo mesaflash --device 7I92 --addr 10.10.10.10 --readhmid

とコンソールに入力すると、現在7I92上のFPGAにコンフィグされたボードネームからピン番号、ピン機能その他詳細な情報が出てきます。

この記述、公式フォーラム内のどのスレッドに書いてあったか忘れてしまいましたが、7I92のマニュアルにも載ってません。

もちろんマニュアル通りの192.168.1.121とゆうアドレスを使ってもきちんと作動します。この場合Ethernetポートの固定アドレスはHM2_ETHのページ通り、192.168.1.1を設定します。

私の7I92Mは出荷状態にて、Stepgen,SSerialQCoutI/Obitが割り当てられてました。
どうも7i92_7i76x1D.bitとゆうFPGAのConfigファイルと同等な物。Hostmot2のソースファイル内のPIN_7I76_34.vhdとゆうファイルに定義されているピン配置と同じでした。

この割当自体は、Mesaの商品ページ内にMesaflashを使用してのFPGAのConfigの書き換え用ファイルが置いてあります。
また、この書き換え用のConfigファイル自体、事細かに設定変更ができるようにオープンソースとして公開されており、XilinxのISEにて、生成できるようです。

チェックとしてコンソール内にて

ping 10.10.10.10

とすると、PCと7I92が通信を始め、ボード上のグリーンのLEDがバイナリで接続回数を数えます。

pingの終了はコントロールキー+cです。


LinuxCNC公式 Editing MESA Bitfiles

7i92を使用したLinuxCNC自体のConfigファイルであるHALファイルとINIファイルは Questions: Mesa 7I92 Leadshine MX4660 4-Axis Stepこのページ内中頃の freeby.mesanet.com/7i92step.zip と書いたリンクをダウンロードすると入っています。

このHAL,INIファイルにて作動確認しました。
かなり前から有る、StepperのConfigと違い、PIDStepperとなってます。
Ether自体不良パケットが有った場合に、、、の保証?となるようです。

各所に記述が飛んでおり、なかなかにアレでしたが、全てLinuxCNCの公式内に記述があり、なんとか作動させることが出来ました。

国内のWebサイト上にはMesaのAnythingI/Oを使った記述は見かけないので、この際と思い、EPP、Ether接続な基板を試してみました。PCI PCIeを使用するボードは、既にPnconfWizardにあるので、なんとかなると思います。

今回のこの記事で、パラレルポートに依らないLinuxCNCの入出力が可能な事で、使用出来るPCも、パラレルポートの無いモノでも。
もちろん、今回のボードでは有りませんが、BeagleboneをUSB接続でx11forardを使い、Windows上からの操作もできるので誰も調べなかった?だけで、大概の通信方式の接続にての入出力が可能なことが判りました。

後の追加HALファイルやIniファイル等々は、公式の記述が纏まって書いてあるのでWeb翻訳なりを使い、また、日本のWebページ上にも、少々解説してある物もあるので、ソレを頼りにしてください。


外部パルスジェネレータとしてこのFPGAのボードを使うのは、通常25μS単位で動いているBase threadを使ったソフトウエアでのパルスジェネレートが、1000μS(1ms)単位のServo threadを使用するだけで(パルスジェネレーターを外部ハードウエアとするため)よくなり、Base thread自体の25μS単位で刻む処理、クロックの遅延、揺れ等を考慮しなくて良くなります。

参考 公式フォーラム内 7i92 setup help 中頃

コレはMachinekitを使うBeagleboneも、RPUとゆうCPUと独立した内蔵されているにも関わらす、別個で動いている外部パルスジェネレータ(として使っている)も、同じことです。
なので、PCと比べてどう考えても非力なARMプロセッサでも、LinuxCNCを動かすことが出来ています。
もちろん、Jitter自体少ないことに越したことはありませんが。



LinuxCNC自体、現在RTカーネルの種類と、通常のLinuxCNC、uspaceなLinuxCNCと、、、あと、DebianとUbuntuと、Debianの各種デスクトップとゆう、沢山の組み合わせで実行環境を選ぶことができますが、これだけ多いとどの環境を使っていいのか??と困りものです。

前回、今回の作動テストに使用したPCは、PCの中古屋で購入した富士通の企業カスタマイズなFMV-ESPRIMOとゆうもの。
CPUはかなり前のCore2DuoのE6550、2.33Ghzでの作動。チップセットは多分Q35。

今回、3つの環境をインストールしたので、それぞれLatencyhistgramで測ってみました。
このLatencyhistgram、グラフでの、Latencyの頻度を表示しますが、グラフ下のMaxとMinとゆう、最大遅延値も重要です。
また、負荷を掛けるために、画像上、ギヤが回っているウインドウを100個表示させています。(重なっているので分かりづらい)
このギヤ表示(動画)のウインドウはLatencyhistgramのウインドウ下部のGlxgearsとゆうボタンを押す事で、表示出来、表示させた個数、そのボタンの右側の数字として表示されます。


スクリーンショット - 2017年02月20日 - 21時30分33秒

コレはLinuxCNC公式のLiveディスクからインストールしたもの。デスクトップマネージャが軽いせいか、Glxgearsを100個表示させても、GUI操作自体の遅延も殆どありませんでした。パラレルポートからの出力設定時には、しょっちゅうでは有りませんが極稀にリアルタイム違反の警告が出ます。
外部I/Oパルスジェネレータを使用した時には、そのような警告は出ません。

2017-02-20-204323_1680x1050_scrot.png

コレはシマリス技研さんが公開しているLiveイメージをLinuxCNC2.78にUpgradeしたもの。Ubuntu自体Debianの軽めのデスクトップマネージャよりかなり重いので、Glxgearsを100個表示させた段階でGUIでの操作は不自由なくらい。LinuxCNC公式Liveイメージとヒストグラムの傾向は同じですが、Baseスレッドのヒストグラムの出方がちょいと違いますね。


2017-02-20-191803_1680x1050_scrot.png

コレは今回のテストに使用したLinuxCNC-uspace。MachinekitみたいにLXDEなデスクトップで試してみました。ヒストグラムのグラフ表示自体の傾向も全然違いますし、下の最大遅延値も違います。HM2_ETHを使ってEthernetでのドライバが有るのがunameなLinuxCNCしかありません。コレは、、どうも、LinuxCNCがMachinekitと枝分かれする際に出来たようで、パラレルポートでの出力もできますが、基本?外部パルスジェネレーターを使用すること前提なようです。
ただ、このような状態でも、外部パルスジェネレータとの通信自体、リアルタイム違反の警告が出てこないので、リアルタイム制御の範囲内に収まっているのでしょう。この状態でも、パラレルポートでの出力設定で作動させると、ホントに稀にリアルタイム違反の警告が出たりします。

uspaceでの作動、実はPOSIXとゆうUnixやLinuxの共通APIを使っているようです。

このRT-PREMPTを使用したもの、このブログ内でのMachinekitを用いたRaspberryPiでのFPGAを外部パルスジェネレーターとして使用しました。
残念?ながら、Bealeboneのリアルタイムカーネルがxenomaiなので、同じようにFPGAを用いた作動を試してみましたが上手くいかずでした。



たまたま今回はハードウエアの作動の為に色々な環境のLinuxCNCを試してみましたが、この先、LinuxCNC自体がどうゆう方向に行くのかは??で、今のバージョンで既に単なる3軸4軸5軸程度のGコードでの制御をするにはオーバースペック位の機能が有るので(下手すると産業用NCコントローラーにも載っていない機能が有ったり)、ムリにアップグレードせずとも、、とは思います。


LinuxCNC自体オープンソースで、ホビー用途向けのソフトウエアNCコントローラー開発の参考となってるはずで、LinuxCNC自体が開発完了してしまうと、他NCコントローラ自体の機能追加等々が、、、とも思うのでこれからも開発は続けられるのでしょう。

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LinuxCNC用のMesaの外部I/Oボード

LinuxCNC、リミットスイッチ等々を各軸の+-やIndexに使ったり、ロータリーエンコーダーやリニアエンコーダーを使ったり、スピンドルのリアルタイム回転制御等々をすると、パラレルポートの入出力だけでは、とてもI/Oの数が足りません。また、PC自体のJitterの影響でStepconfWizardで生成するステッピングモーターへの司令パルスの周波数の上限が低くなったり、直交エンコーダー入力の最大入力周波数が低かったりします。

コレは元々PC上でのモーターのサーボ制御とLinuxCNCがフルクローズドループ前提のシステム設計となっていて、1ms以下の制御ループを回すために、25μS単位でのソフトウエアステップパルスジェネレータや、ソフトウエアPWMジェネレータを作動させるために出力する速度を制限しているようです。

使用するMCU内に、PRUとゆうプログラマブルリアルタイムユニットを内蔵するBeagleboneblack、Green等に使われるMachinekitには、この25μS単位で回るBaseスレッドが有りません。これはPRUが、パラレルポート出力のLinuxCNCで作動するソフトウエアパルスジェネレータや、ソフトウエアPWMジェネレータ部分の作動をするからです。
厳密に言えば、PRU自体PRUとゆう、マイコンであり、Beagleboneで使われるAM335xのメインで使われるマイコン部分とは別に作動して、Linuxが動いているメインのマイコンの負担を減らしています。また、AM335x自体にeQEPとゆうエンハンスド直交エンコーダーペリフェラルが3つ、ハードウエアとして載っているので、作動速度による直交エンコーダーの読取りの取りこぼしがありません。
モニタを繋がなければ、汎用GPIO自体は、OnOff、入力自体はServoスレッドの1ms単位での読取り、書き込み。UARTやSPI,I2Cといった通信器も、ユーザースレッドでの作動で、リアルタイムでなくなってしまいますが、ハードウエアとして内蔵しています。

RaspberryPi2や3でも、LinuxCNCは動きますが、RaspberryPi単体でのLinuxCNCの作動の場合、汎用GPIOを使用するので、パラレルポートを使用するPCみたいに、ソフトウエアステップパルスジェネレータ、ソフトウエアPWMジェネレータとなってしまうので、あまり速い信号を入出力する事ができません。
ただ、このブログ上で取り上げたRaspberryPi2,3と、FPGA,CPLDをPlutoStep/Servoとして作動させ、ステップパルスジェネレータやPWMジェネレータ部分を外部の~器として作動をさせることにより、RaspberryPi上でのLinuxCNCを普通に使うこともできます。また、Pluto~ではなく、FPGAやCPLDより安価なPICC32を使ったPICNCでも、同様な事ができるようです(PICNCは私が検証できず)。

LinuxCNCで使える一番安価?なMesaのFPGAカード、7I90HD Parallel/SPI Anything I/O cardを入手してみました。

7i90HD.jpg


ボード単価は$59で、$1=120円換算で7080円、但し一番安価なUSPSでの送料が$57.90掛かりましたので、14028円での入手価格となりました。支払いはクレジットカード払いです。
今回の入手はドーターボードや、パラレルポートへの接続ケーブル等の無いボード単体での購入でしたが、ケーブル類も一緒に購入しておくと、ボード作成やケーブル作成の手間が省けます。


以前には5I25 Superport FPGA based PCI Anything I/O cardとゆうPCIカードタイプのFPGAI/Oカードと、7I85S 4 Channel encoder, 8 differential output 1 channel Serial RS-422 interfaceとゆうドーターカードを購入し、高速入出力を試していて、国内Web上には余り情報が有りませんがLinuxCNCの最近のバージョンに含まれるPnconfWzardにて、I/Oその他Hal,iniファイルの生成が可能なようです。

今回は、このFPGAPCIカードよりも入出力が多いにも関わらず、少々安価なボードを。

この7i90HD、PCとの接続がパラレルポートのEPP通信での接続。圧倒的にPCIカードの方が通信速度が速いにも関わらず、ステップパルスジェネレータ等々のパルスジェネレータや、72ピンのI/Oなどを持っています。
EPP接続、とゆうことは、パラレルポートの無いPCではPCIやPCIeにてパラレルポートを増設すれば、となりますが、PCI系のFPGAI/Oボード自体もMesa自体が出しているので、そっちを購入したほうが良さげです。また、NetMos製のPCIパラレルポートチップでは、EPP通信自体をきちんとサポートされていないらしく、LinuxCNC公式のForum内のスレッドで注意を、とされていました。

EPP通信での外部パルスジェネレータとの、、となるとPlutoStep/ServoもPCのパラレルポートのEPP通信。通信器部分をSPIに置き換えたモノでRsaspberryPi2,3でのLinuxCNCの作動を確認してみましたが、この7i90HDも、どうもSPI通信が出来るインターフェースに置き換える事ができるようで、RaspberryPi2,3での使用や、odroidとゆう、beagleboneやRaspberryPiと同じようなARM_Linux上で作動をさせている方などなど、使い方によりけりでは有りますし、元のミニLinuxボードよりも7i90HDの方が高くつくような気がしないでもありませんが、そのような使い方も可能だそうです。興味がありましたら、上記キーワードで検索してそのあたり掘ってみると面白いかもしれません。

一応、現状LinuxCNC公式のディスクイメージとして公開されているDebianでのLinuxCNC2.7、また、シマリス技研さんのUPしているUbuntu12.04LTS上で動作するLinuxCNC2.6.0では、LinuxCNCのConfigurationSelector内のSampleConfigurations→by_interface→mesa→hm2-stepper→7i90と、サンプルコンフィグレーションが有ります、が、このサンプルでは作動しませんでした。
また、PnconfWizard内にも該当する7i90とゆう該当するボードの名前は選択することが出来ません。

このあたり、市販のソフトウエアだとクレーム殺到となるような事なのでしょうが、基本全てがオープンソースであるLinuxCNC、ソースコード読むなり、フォーラム内を検索するなり、なんとか自力で解決方法を見つけなければなりません。
5i25と7i85Sの時もまだ発売間もなく?PnconfWzard内に設定がなく、ちょいと困りましたが、今回も解決方法はフォーラム内に有りました。

PnconfWzardにて、同じEPP通信でのPCとの接続の7I43-P FPGA based EPP Anything I/O cardの7I43を指定してHal,iniファイルを作り、HALファイル内のhm2_7i43とゆう記述をテキストエディタのSearch→Replace機能を使い全てhm2_7i90に置換。loadrt hm2_7i90,,,,,とボードを呼び出す記述のconfig=に続く”で囲まれた記述内のfirmware=hm2/7i43-2/svst4_4.BITとゆう記述を削除する事でLinuxCNCが立ち上がり7i90が使用可能となります。
この.BITファイルの指定、7i43ボード等、古めのMesaボードはlinuxCNC起動時にFPGA自体のConfigurationデータをPCから送り込み、FPGAをConfigurationしてました。新しめのMesaのボードはFPGAのConfigurationファイルをコンソール内で使用するmesaflashとゆうコンフィグレーションコマンド(ソフトウエア)を使い、ボード上のSPIEEPROMに書き込みます。
ですので、各種インターフェースとして使えるドーターボード上の機能に合わせて、FPGA内の~器をmesaflashを使用して書き込みます。この時、PCとのインターフェースができていれば、別途書き込み器は必要がないようです。

また、このBITファイル自体、XilinxのISEとゆうFPGAのIDEで作成されたもののようで、FPGA上に生成するStepGenやPWMGen自体のソースコードまで、オープンソースで提供されており、XilinxのIDEの使い方や、FPGAに明るい方ならば、このBITファイル自体をカスタマイズして生成も出来るようになってます。
ですので、8軸分のステップパルスジェネレータ等々個々で必要な外部回路をFPGAの容量の制限はありますが生成することが可能です。

また、PCI,PCIeの34I/Oのボードしか有りませんが、Plug-N-Go Kitsとゆう付属ドーターボード用のFPGAのコンフィグのなされたケーブル付きのボードも販売されています。




上の方にも書きましたが、フィードバック制御前提なソフトウエアの仕様の為、Mach3のUSBSmoothStepperのような、USB接続な外部パルスジェネレーターやUSBCNCのようなUSB接続は公式にはサポートされていません。

今回PnconfWizardで生成したHALファイルiniファイルを眺めていると、通常PC付属のパラレルポートを使った場合の設定Sarvoスレッドの更新速度が1ms指定となっている所が、LatencyTestで測ってPnconfWzardで設定したjitter値によってSarvoスレッドの更新速度が200μSとなっていたり、PC自体のレイテンシに応じた速いフィードバックループとなるように設定されていました。
また、ステッピングモーター単体使用の設定なはずなのに、emulatedEncoderは使用せず、PIDでのHAL記述。
このあたり、制御の仕方等々を、となると本の2,3冊分の記述量となってしまいますので、LinuxCNCのマニュアルを一通り読んでみることをお薦めします。


ソフトウエア自体オープンソースで、各種ホビー用ソフトウエアNCコントローラーに使われて、更に無償使用が可能なのですが、その能力を十分に使おうとすると、やはりソレナリに掛かってしまいますね。

コンピュータ数値制御自体、色んな要素が多々あり、時には矛盾を持ったシステムで、CADで図面を書いてGコードに変換して、NCコントローラーで作動、加工、、、、だけでは、本来の正確な加工は難しく、LinuxCNCと同等程度の設定が必要なはずだと思います。それでも、曲線部分は正確なトレースが難しく、、。



今の所LinuxCNCで一番コストパフォーマンスの高いのは、、、BeagleboneGrennでしょうな。。

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MobaXterm以外でのWindows上からのMachinekit

MachinekitやLinuxCNCの事をちょいと調べていたら、LinuxCNC公式のForum内のrunning BBB + Machinekit newbie questionsとゆうスレッド。

BeagleboneでのMachinekit、Windowsのリモートデスクトップで繋がりますが、Machinekitを立ち上げると、ディスプレイが無い的なエラーでMachinekitが立ち上がりません。$DISPLAY環境変数のエラーのようです。

MobaXtermでは繋がるので、何が違うのか?と思ってたのですが、X11forwardingとゆう、X11の機能を使うご様子。


なんなんなん行く?とゆうサイトのX11 Forwardingとゆうページと、https://www.ja2yka.org/~hosono/とゆうサイトのXの飛ばし方とゆうページを参考にさせて頂きました。

上記のページを参考にXmingとXming-fontsをXming X Server for Windowsからダウンロード、インストール。

Xの飛ばし方のページの方のPuTTYの設定にて下記画像のように設定。

putty0.png

putty1.png

Xmingの設定は、MobaXtermがインストールされているせいか、Xmingのアイコンをダブルクリックしても立ち上がらず、、、だったので、そのままPuTTYで設定した接続にて接続。

すると、下の画像のようにコンソール画面が表示され、ユーザーネームとパスワードを入力、machinekitと入力し、Machinekitを立ち上げると、、

putty3.png

putty4.png

無事Machinekitが立ち上がり、作動しました。

MobaXtermでの接続と違いコンソール画面と、立ち上げたソフトウエアが別ウインドウで表示されます。
表示の更新がMobaXtermよりも速いように感じるのは気のせいでしょうか。


BeagleboneBlackはHDMI出力が付いているので直接HDMI出力を使い出力させてもいいと思いますが、BeagleboneGreenや、HDMI出力(モニタ出力、RGB出力)で使用しているピンの中にeQEP1、2とゆうハードウエアエンコーダーインターフェースの1番と2番が有るので、ソレを使う場合、直接駆動のモニタ出力は使用できなくなってしまします。

Machinekit(LinuxCNC)の設定云々をイジる時は、MobaXtermのように、デスクトップ自体を表示させてテキストエディタを幾つか開き編集をするほうが、便利だと思いますが、一旦設定が決まってしまえば、このようなアプリケーションのウインドウ単体で触れる接続を使うのも良いのでは?と思います。

Windowsに限らず、MacやLinuxマシンを使ってのBeaglebone,Machinekitの操作等々も、このX11Forwardを使って他PCへBeagleboneのウインドウを表示させることも出来るようです。


以前の記事、DE0-NANO-SoC FPGAでMachinekit/LinuxCNCでDE0Nano-SocでのMachinekitを紹介しましたが、MobaXtermを使いわけも分からずWindows上でウインドウが開きましたが、多分このX11Forwardを使っていたのでは?と思います。

私自身Linuxには不慣れで、、、。MachinekitやLinuxCNC自体も、機能が多岐に渡るので全てを把握する事はとても難しいことで、LinuxCNCの公式のWikiに書いてある事も、LinuxCNC自体が出来ることの極一部で、Wiki自体に書いてないことも、公式のフォーラム内に多数有ります。
特に新し目の特に重要で無い、特定の事柄はWiki内には記述が無く、フォーラム内に有ることが多いです。

人それぞれ、構築したNCフレームもそれぞれ、必要となる機能もそれぞれなので、フォーラム内を検索して情報を掘っていただけると有り難いです。

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BeagleboneのeQEPを使ったMachinekitでの直交エンコーダーの読取り

BeaglebonGreenのMCUの機能として載っているハードウエア直交エンコーダーインターフェースで、Machinekit/LinuxCNC上のHALとPyVCPを使い直交エンコーダーの出力を読み取って数値を数字とグラフで表示してみました。

HAL上で表示できるとゆうことは、HALを使って校正されているMachinekit/LinuxCNCにも組み込むことができるとゆうこと。



作動を試したのは、前記事にてインストールしてあるディスクイメージのMachinekit
PCとの接続はLAN経由(USBを使ったPCとの接続ではない)

設定ファイルを貼り付けておきます。
eQEP0のピンは

P9_42 eQEP0A_IN
P9_27 eQEP0B_IN
P9_41 eQEP0_INDEX
P9_25 eQEP0_STROBE

です。


ブログにXMLファイル貼り付けたら、見えなくなってしまいました^^;
実際に貼り付けてあるのですが、、どうしましょ。。
こうなりました。
コピペできませんが、短いので打ってください^^;



testhal.hal

# components

loadusr -w ./setup.sh
loadusr -Wn testhal-vcp pyvcp testhal-vcp.xml

#show pin testhal-vcp

loadrt hal_arm335xQEP encoders=eQEP0

# parameter values
setp eQEP0.min-speed-estimate 0
setp eQEP0.counter-mode false
setp eQEP0.x2-mode false
setp eQEP0.invert-A true
setp eQEP0.invert-B true
setp eQEP0.invert-Z true
setp eQEP0.reset false
setp eQEP0.position-scale 4

# param aliases
# pin aliases
# signals
# nets
net countout0 eQEP0.counts => testhal-vcp.encoder-count-00
net posout0 eQEP0.position => testhal-vcp.encoder-pos-00 testhal-vcp.encoder-pos-00a
net velout0 eQEP0.velocity => testhal-vcp.encoder-vel-00 testhal-vcp.encoder-vel-00a



# realtime thread/function links

loadrt threads name1=thread1 period1=1000000
addf eqep.update thread1
start


testhal-vcp.xml

testhal-vcp.png



setup.sh


#!/bin/bash
# Copyright 2013
# Charles Steinkuehler
#
# This program is free software; you can redistribute it and/or modify
# it under the terms of the GNU General Public License as published by
# the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
# (at your option) any later version.
#
# This program is distributed in the hope that it will be useful,
# but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
# MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
# GNU General Public License for more details.
#
# You should have received a copy of the GNU General Public License
# along with this program; if not, write to the Free Software
# Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA

dtbo_err () {
echo "Error loading device tree overlay file: $DTBO" >&2
exit 1
}

pin_err () {
echo "Error exporting pin:$PIN" >&2
exit 1
}

dir_err () {
echo "Error setting direction:$DIR on pin:$PIN" >&2
exit 1
}

SLOTS=/sys/devices/bone_capemgr.*/slots

# Make sure required device tree overlay(s) are loaded


for DTBO in cape-universalh cape-bone-iio; do

if grep -q $DTBO $SLOTS ; then
echo $DTBO overlay found
else
echo Loading $DTBO overlay
sudo -A su -c "echo $DTBO > $SLOTS" || dtbo_err
sleep 1
fi
done;

if [ ! -r /sys/devices/ocp.*/helper.*/AIN0 ] ; then
echo Analog input files not found in /sys/devices/ocp.*/helper.* >&2
exit 1;
fi

if [ ! -r /sys/class/uio/uio0 ] ; then
echo PRU control files not found in /sys/class/uio/uio0 >&2
exit 1;
fi

# Export GPIO pins:
# One pin needs to be exported to enable the low-level clocks for the GPIO
# modules (there is probably a better way to do this)
#
# Any GPIO pins driven by the PRU need to have their direction set properly
# here. The PRU does not do any setup of the GPIO, it just yanks on the
# pins and assumes you have the output enables configured already
#
# Direct PRU inputs and outputs do not need to be configured here, the pin
# mux setup (which is handled by the device tree overlay) should be all
# the setup needed.
#
# Any GPIO pins driven by the hal_bb_gpio driver do not need to be
# configured here. The hal_bb_gpio module handles setting the output
# enable bits properly. These pins _can_ however be set here without
# causing problems. You may wish to do this for documentation or to make
# sure the pin starts with a known value as soon as possible.

sudo $(which config-pin) -f - <<- EOF

P8.07 in # X Max
P8.08 in # X Min
P8.09 in # Y Max
P8.10 in # Y Min
P8.11 low # FET 1 : Heated Bed
P8.12 low # X Dir
P8.13 low # X Step
P8.14 low # Y Dir
P8.15 low # Y Step
P8.16 high # eMMC Enable
P8.17 in # ESTOP
P8.18 low # Z Dir
P8.19 low # Z Step


# eMMC signals, uncomment *ONLY* if you have disabled the on-board eMMC!
# Machinekit images disable eMMC and HDMI audio by default in uEnv.txt:
# capemgr.disable_partno=BB-BONELT-HDMI,BB-BONE-EMMC-2G
# P8.22 low # Servo 4
# P8.23 low # Servo 3
# P8.24 low # Servo 2
# P8.25 low # Servo 1

P8.26 high # ESTOP Out

P9.11 in # Z Max
P9.12 low # E0 Dir
P9.13 in # Z Min
P9.14 high # Axis Enable, active low
P9.15 low # FET 2 : E0
P9.16 low # E0 Step
P9.17 low # E1 Step
P9.18 low # E1 Dir
# P9.19 low # I2C SCL
# P9.20 low # I2C SDA
P9.21 low # FET 4 : E1
P9.22 low # FET 6
P9.23 low # Machine Power
P9.24 low # E2 Step
# P9.25 low # LED
P9.25 qep # eQEP0_STROBE
P9.26 low # E2 Dir
P9.27 qep # eQEP0B_IN
# P9.27 low # FET 3 : E2
P9.28 low # SPI CS0
P9.29 low # SPI MISO
P9.30 low # SPI MOSI
P9.31 low # SPI SCLK

P9.41 in # FET 5
# P9.91 in # Reserved, connected to P9.41
P9.91 qep # eQEP0_INDEX

P9.42 in # SPI CS1
# P9.92 in # Reserved, connected to P9.42
P9.92 qep # eQEP0A_IN
EOF



setup.shはMachinekitを立ち上げ、SampleConfigration>ARM>BeagleBone>CRAMPS>CRAMPSを指定しOKを押すとCopyConfiguration?と聞いてきて、Yesを選択すると/home/machinekit/machinekit/configディレクトリ内にコピーされるディレクトリ、ARM.BeagleBone.CRAMPS内にあるsetup.shの中の設定内容を少し触った物です。

元のshファイル同様、ADCとその他ペリフェラルのBeagleboenの使用するハードウエア部分のI/OのOn/Off、ペリフェラルが設定されます。
BeagleboneでのMachinekit/LinuxCNCの場合、Machinekit/LinuxCNC単体ではBeagleboneの内部の作動を制御できますが、このI/O、ペリフェラルの切り替えは、BeagleboneUniversalI/Oやconfig-pinなどの外部スクリプトをMachinekit側から呼び出して設定しています。

そもそも、元となったLinuxCNC自体が、各種モジュールを組み合わせてCNC(コンピュータ数値制御)を構築できるコンポーネント群です。

LinuxCNCとして、GUI画面であるAXISのキャプチャ画面がWeb上にありますが、AXIS以外のGUIでもLinuxCNCとして作動します。

GUIはもとより、kinematic(運動学、要は3軸タイプ、デルタタイプ、スカラボットタイプなど)部分の変更や、各種入出力の接続等々、自由度が高い分、コンポーネントの接続等の設定項目が多いです。

単純3軸NCとして既存のConfigファイルを使用するGコードプレーヤーとして使用するならば、設定項目はGRBLでもMachinekit/LinuxCNCでも、基本的なGコードでコントロール出来るNCの理屈が理解できていれば、さほど変わりません。

逆にGRBLなどのUART通信にて使うNCコントローラを使うより、運用する段階では楽だと思います。


それと、ボタンを押して定形の作動をさせるようなCNC(コンピュータ数値制御)マシンを構築することも。。



現状の問題ってゆうか、自分の環境が悪いのか残念ながら上手くeQEP1,2のデバイスツリーオーバーレイを設定できず、今の所、eQEPの作動チェックはeQEP0の一つだけに留まっております。1と2はconfig-pinで設定してもエラーが出て設定できず。Universal-IOのDTSを見てみても、問題が無いように見えるのですが、、、プログラムが得意な方、宜しくお願い致します。。

ただ、HandWheelManualPulseGeneratorをLinuxCNCに入力する。とゆう記事にてUSB-UARTを使用してデスクトップタイプのPCのLinuxCNCでのPySerialを利用したHALとのUART通信をしましたが、USBを介さずBeaglebone上のUART器を使い、PSoC5LPにて前の記事のように通信のテストをして、通信できているご様子。

複数のUART器が載っているBeaglebone、ある程度はなんでもアリなんじゃ、と。
PCでも、とても速いStep/Dirパルスを要求しなければ(とはいえどもGRBLとかよりは十分速い)USB-UART等々でかなり入出力できるデータ、I/Oが。もちろんパラレルポートが付いているようなPC,シリアルポートも付いているはずなので、シリアルポートも有効活用できますよね。


2017-02-05-175055_1684x1093_scrot.png

とりあえず、Axisにエンコーダーインプットを追加。まだエンコーダー信号はパネル上のグラフの操作しかできません。
Crampsの使っているUniversalIOでは、eQEP1,2のI/O部分がONに出来なかった為、BeBoPr++のConfigファイルに3つのエンコーダーインターフェースと、2つのUARTを追加。エンコーダーインターフェース0番だけの使用ならBeagleboneBlackの場合HDMI出力が可能ですが、1番と2番はピンの割当がHDMI(RGB出力)のピンとぶつかってしまうので、モニタ出力はできません。
BePoPr++の設定を使ったせいか、処理を増やしたせいか解りませんが、USB接続のネットワーク接続でのGUIの更新がCRAMPSを使ったときよりも、重く感じました。Ethernet接続でも同じ。
制御のパルスは問題なく出ているとおもわれるので、単に表示の更新頻度が低いだけだと思われます。
BeagleboneBlackを使用したHDMIの場合だと、また多少違うのかもしれませんが、ハードウエアエンコーダーインターフェースの1番と2番が使えない、、痛し痒し。。

安価なパラレルポート(今あるのかな?)の付いたデスクトップPCの方が同じことをしても画像の更新頻度が高いので、使いやすいと思いますが、モーション系の入力を増やそうとすると今度はPCI/PCIeのFPGAボードを突っ込まねばならず、、。






テーマ : 自作・改造
ジャンル : コンピュータ

Beagleboneblack/green へのMachinekit(LinuxCNC)のSDカードへのイメージ書き込みと起動

Web上、BeagleboneBlack/Greenのインストールで上手く行かない等の記述を見かけたので纏めておきます。

ビルドイメージ、OSのバージョンの違いで細かな操作で違う部分が出て来るかもしれませんので、一応OSイメージを指定しました。

現状、ビルドイメージがUPされているBeaglebone向けのMachinekitが入ったイメージはDebianのWheezy(旧)とjessie(新)の2つのDebianのバージョンの物がUPされています。

OS自体のバージョンが違うだけで、Machinekit自体は同じなのですが、新しいJessieでスクリーンショットを取るソフト、scrotを入れようとした所、apt-getではインストールできず(Wheezyはインストール可能)だったので、今回のこの記述は旧Wheezyのイメージとしました。追記・標準インストールで入ってました^^;

基本的なダウンロードMachinekitの作動等の手順はどちらを使っても同じですので、jessieのMachinekitのイメージでもこの記述で動きます。(OS側の細かな違い)

今回のMachinekitの入ったDebianイメージでは、起動時使用可能に設定されているペリフェラルはeMMCのみでHDMI、HDMI-Audioなどは、Enableになってません。ですので、HDMI出力のついたBeagleboneBlackの場合、HDMI接続した場合、画面が表示されないと思います。
リモートデスクトップでの使用前提で、Beagleboneblackでもgreenでも同様に使うことが出来ます。
確認用として、今回使用したのはBeaglebonegreenです。






Machinekitが入ったイメージのダウンロードとSDカードへの書き込み

インストールしたディスクイメージ

http://elinux.org/Beagleboard:BeagleBoneBlack_Debian
BBW/BBB (All Revs) Machinekit
microSD/Standalone: (machinekit) Classic
bone-debian-7.11-machinekit-armhf-2017-01-22-4gb.img.xz

※今の最新イメージなので、無い場合は https://rcn-ee.com/rootfs/bb.org/testing/ 
ディレクトリを探すと古いものも新しいものも出てくるはず

7zipにて解凍
https://sevenzip.osdn.jp/

Machinekitのディスクイメージを書き込むSDカードのフォーマット
SD AssociationのSDFormatterを使用

https://www.sdcard.org/jp/downloads/formatter_4/

Win32DiskImagerを使って解凍したディスクイメージをSDカードに書き込む

https://sourceforge.net/projects/win32diskimager/

※ Win32DiskImagerはSDカードのバックアップを取ることが出来るので
  各種設定が終わったあとバックアップをとっておくと良い。


MobaXtermを使用してWin7からリモートアクセスする

MobaXtermをインストールする

http://mobaxterm.mobatek.net/

homeエディションでok


Beagleboneに接続するため、MobaXtermを設定する

参考
Remotely Access Beaglebone Black using MobaXterm
https://blogspot.tenettech.com/remotely-access-beaglebone-black-using-mobaxterm.html

BasicSSHsettingのRemote host名
192.168.7.2 <<コレはPCに直接USB接続する時のアドレス。
  Ether経由の場合、参考ページと同様アドレスを調べる

ログイン時のユーザーネーム及びパスワード
username : machinekit
password : machinekit


BBGにSDカードを入れ、BBGのマイクロUSB端子を使いPCと接続

MobaXtermを使って設定したセッションを起動、BBGと接続

セッションの設定にusername、passwordを設定してある場合
リモートウインドウ内にBBGのデスクトップが表示される



Machinekit(LinuxCNC)の起動

画面左下のアイコンをクリックするとメニューが表示される
メニュー内のCNC>Machinekit でMachinekitが起動
※ Accessories内のLXterminalを起動しmachinekitと入力Enterキーにても起動可能
  この時、Machinekitの起動に関する挙動を確認することが出来る。
  Machinekitの初期設定ファイルを作成or MachinekitConfigurationSelectorが表示される
SampleConfigrationsから、ARM>>Beaglebone>>CRAMPS>>CRAMPSを選択
ウインドウ右下のOKを押すと、CopyConfiguration?と出るのでYesを選択
Machinekitのロゴが表示され、暫くするとMachinekit(LinuxCNC)のコントロールウインドウの一つ、Axisが表示される。


素の状態でのMachinekit(LinuxCNC)の表示Gコードを再生

まず左上端から二番目に有るMachinekit(LinuxCNC)の電源を入れる
マニュアルコントロール内のHomeAllボタンを押す
上に有る青い三角の再生ボタンを押すとGコードが再生、下部のテキスト表示エリアに有るGコードが流れていく。
この時、CRAMPSで設定されているBBGのI/Oピンもちゃんと作動してパルスを出したり、入力を受け付けている。

画面右側グラフの温度制御は、モーション等の制御ループとは別の制御ループで回っているので、
3軸フライス、ガントリタイプのNCフレームならステップパルス数の設定をし、このままステッピングモーター
ドライバに繋いでも動く。

温度制御部分が必要なく気になって外したい場合は /home/machinekit/machinekit/configs/ARM.Beaglebone.CRAMPS内の
CRAMPS.hal CRAMPS.iniファイル内の該当部分を#でコメントアウトする。




Machinekit/LinuxCNCの各種設定、仕組みは、各Wiki、マニュアル等を参考とする





必要かもしれないこと

下記記述、Beaglebone自体にインターネット接続が必要な事が有るので、LANケーブルを繋ぐ事



apt-get update(なにはなくともapt-getコマンドでインストール出来るソフトウエアの参照先等を更新)



BeagleboneBlack/Greenの電源を切る

SDカードを読んでいる時にUSB端子を引っこ抜いて電源を切るとSDカードがオカシクなってしまうのでブチ切りしてはいけません。
リモートデスクトップ接続時にはLogoutボタンが有るだけで電源を切る事ができません。
ターミナルにて
sudo shutdown -h now 

sudo halt

で電源が切れます。

また、再起動は

sudo shutdown -r now

sudo reboot

電源を入れるには、LANコネクタ近くのPOWERボタンを押します。


scrotのインストール(スクリーンショット撮影用)

sudo apt-get install scrot


rootパーティションの拡張(4GB以上のSDの容量を使用)

cd /opt/scripts/tools/
git pull
sudo ./grow_partition.sh
sudo reboot


sambaのインストールとshareディレクトリの作成(WinPCとのFileExchenge)

参考URL:http://www.mk-mode.com/octopress/2015/06/10/debian-8-samba-installation/   等。
   sambaに関しては、書店に行くと解ると思いますが、マトモにやろうとすると本1冊となってしまうので、超簡略です。
   セキュリティ云々が必要な場合、個々で調べてください。

apt-get install samba

mkdir /home/share
chown nobody:nogroup /home/share
chmod 777 /home/share

sudo nano /etc/samba/smb.conf

最下部に追加


[Share]
path = /home/share
writable = yes
guest ok = yes
guest only = yes
create mode = 0777
directry mode = 0777

^Xで上書き保存

sudo service smbd restart

ウインドウズのエクスプローラーのネットワークにて
BEAGLEBONE>>Share でアクセス可能
BBGのUSB接続にて繋がっているので、LANケーブル不要でファイル交換(もちろんLANでもOK)


ウェブブラウザをインストール(ブラウザはmidori)

sudo apt-get install midori

PythonのIDLEのインストール(PythonのIDE?)

sudo apt-get install idle

PyBBIOのインストール

参考URL:https://github.com/graycatlabs/PyBBIO/wiki/Installing-PyBBIO

which dct

cd /tmp/
wget -c https://raw.github.com/RobertCNelson/tools/master/pkgs/dtc.sh
chmod +x dtc.sh
./dtc.sh

pip install --upgrade PyBBIO

テスト

cd /usr/local/lib/PyBBIO/examples
python blink.py

pyserialインストール

pip install pyserial

unzipインストール

sudo apt-get install unzip

EtherNet接続時のIPアドレスの固定

参考URL: http://derekmolloy.ie/set-ip-address-to-be-static-on-the-beaglebone-black/

PC-Beaglebone間USB接続時にターミナルで

/sbin/ifconfig

現状のアドレスを確認

同ターミナルにて

cd /etc/network
sudo nano interface

で、interface内のテキストを編集下記#以下を追加編集

# The primary network interface
auto eth0
iface eth0 inet static
address 192.168.0.9
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.0.1

^xで上書き保存

eth0の終了と起動
sudo /sbin/ifdown eth0
sudo /sbin/ifup eth0

確認
/sbin/ifconfig

アドレス番号は各環境化で違うので、調べる
windows上でNetEnumを使うとか、ルーターで調べるとか
http://forest.watch.impress.co.jp/library/software/netenum/

素の状態で既にxrdpがインストール済みなのでWindows上のリモートデスクトップ接続でも接続可能
接続プロトコルの関係かリモートデスクトップ接続ではGUIの作動が遅い
(自環境ではMachinekitを起動させた時、XのエラーでMachinekitが立ち上がらず)
MobaXtermで接続可能 USBでの接続時と変わらないGUIの反応速度
Machinekitも問題なく立ち上がる

EtherNet経由での接続の利点
USB接続時と違いEtherNet接続の場合Beagleboneとの電気的な絶縁が行える
BeagleboneとコントロールするPCの距離を離すことができる


memo

現状のデバイスツリーオーバーレイの確認

sudo cat /sys/devices/bone_capemgr.9/slots



BeagleboneのデバイスツリーオーバーレイとPin mux

PCとBeagleboneのハードウエア的な大きな違いは各種I/Oピンの用途が固定しているか、してないかでBeagleboneのような組み込み系のMCUの場合、通常GPIOとして出ているピンに多重化して各種機能が載っています。大抵の組込系の多機能なMCUと同じです。

この多重化(multiplex)されているピン群の各ピンに割り当てられた機能を使用用途に合った設定をす るのがデバイスツリーオーバーレイです。

Beagleboneのヘッダピンに上に載ったようにスタックするボードをCapeといいますが、ケープを使う場合、 そのケープに合った、デバイスツリーオーバーレイを読み込みBeagleboneのI/Oの使うピンを設定します。

余談ですが、オリジナルの白いBeagleboneはBeagleboneBlackとCPUの速度等々も違いますが、最も違うのがHDMI出力とeMMCがついた事。オリジナルの白いBeagleboneではこのHDMI出力は拡張ボードでCapeでした。

実の所DeviceTreeOverlay自体の名前にCapeと付いていたりするのです。
公式にCapeとして販売されている拡張基板は、EEPROMが載っていて、ソコに使用するデバイスツリーオーバーレイの名前が書いてあるそうで、Capeを取り付けて起動すると、自動的にÌ/Oを設定します。

BeagleboneBlackでHDMI、HDMI-Audioを使う場合起動時の設定uEvt.txt
内にenable/disableの設定が有り、設定します。以前はWindows上からこの初期設定ファイルである
uEvnt.txtが見えて、SDカードのみで読み込み、編集が出来ましたが、私の環境のみの事かもしれませんが、今はBeagleboneのDebian上から覗く程度で、コメントアウトになっている行のコメントアウトを外し たら、起動しなくなってしまいました。
今回使用したDiskImageの場合、eMMCとSDカードのみの使用の初期設定になっているようです。


デバイスツリーオーバーレイとbeaglebone-universal-io

参考URL:https://github.com/cdsteinkuehler/beaglebone-universal-io

このデバイスツリーオーバーレイ、ピンの用途が確定しているならば(量産拡張ボードのように)dtsファイル を生成してソレを読み込 むだけで使用ピンの設定が終わるとても便利な物なのですが、高機能で使 用用途が個々に違うMachinekitのような使い方だと、ピンの変更毎にdtsファイルを作り直さなければな らずとても不便です。(コマンドラインから設定もできますが。)

コレを解消するためにデバイスツリーオーバーレイであるbeaglebone-universal-ioと、コマンドライン上で使用するconfig-pinとゆうピン一本単位で設定するコマンドがあります。

詳細は参考URLのページと画像を読むと解ると思います。

config-pin_h.png

このbeaglebone-universal-ioのデバイスツリーオーバーレイの読み込みと、config-pinコマンドによるピン1本単位の設定の為に、オリジナルのLinuxCNCには無い.shとゆう、シェルスクリプトがMachinekit起動時に必要になります。



Beagleboneblack/GreenのI/Oは3.3Vです。
5V系入出力する際は必ずレベル変換のできるICを使用してください。
また、Arduinoに使われるATMegaよりも出力できる電流も少ないです。



Ubuntuからの接続

シマリス技研さんが公開しているUbuntu12.04LTS上で動作するLinuxCNC2.6.8上のUbuntu12.04とBeaglebonegreenをUSBで接続し、Remminaを起動
設定を作る書類にプラスのついたアイコンをクリックすると出てくるリモートデスクトップの設定ウインドウにて設定。
MobaXtermと同じように基本設定内
サーバー 192.168.7.2
ユーザー名:machinekit
パスワード:machinekit
画面解像度はテキトウに。
色数:HighColor(16bpp)

として接続。
すると別ウインドウが開いてBeagleboneのデスクトップが開きます。
自環境では、Machinekitの起動には失敗しましたが特にソフトウエアをインストールせずとも、Ubuntuと一緒にインストールされているリモートデスクトップソフトウエアにて接続可能。HALを使っての実験等には便利かも。

VNC接続なら、Machinekit起動できるかしらん?





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あきらひとし。

Author:あきらひとし。
木工用CNCルーターフレームと、ステッピングモータードライバを作ってみました。
たぶん記事は一般的な人には殆ど必要のない事ばかりなの、かも。

モーターは回るだけでも楽しい。制御(速度、トルク、位置)できるともっと楽しい!

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