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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、、。






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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。

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