Split exec.c from runtime.c
authorJoseph Coffland <joseph@cauldrondevelopment.com>
Mon, 5 Sep 2016 10:06:49 +0000 (03:06 -0700)
committerJoseph Coffland <joseph@cauldrondevelopment.com>
Mon, 5 Sep 2016 10:06:49 +0000 (03:06 -0700)
13 files changed:
src/homing.c
src/machine.c
src/motor.c
src/plan/arc.c
src/plan/exec.c [new file with mode: 0644]
src/plan/exec.h [new file with mode: 0644]
src/plan/line.c
src/plan/runtime.c
src/plan/runtime.h
src/plan/state.c
src/probing.c
src/stepper.c
src/varcb.c

index d49ebb89e57417dacf5c8b426a0400072cdd9ddf..876dd24a924e1a86bdd76094f44784a696e807a4 100644 (file)
@@ -407,6 +407,6 @@ void mach_homing_cycle_start_no_set() {
 
 /// Main loop callback for running the homing cycle
 void mach_homing_callback() {
-  if (mp_get_cycle() != CYCLE_HOMING || mp_runtime_is_busy()) return;
+  if (mp_get_cycle() != CYCLE_HOMING || mp_get_state() != STATE_READY) return;
   hm.func(hm.axis); // execute the current homing move
 }
index e8787bdf696f33737be5f6663ae1ab73a5c746da..ef2f55615f400013a02231ce68fc3e99b00ad90f 100644 (file)
@@ -699,7 +699,7 @@ static void _exec_offset(float *value, float *flag) {
     offsets[axis] = mach.offset[coord_system][axis] +
       mach.origin_offset[axis] * (mach.origin_offset_enable ? 1 : 0);
 
-  mp_runtime_set_work_offset(offsets);
+  mp_runtime_set_work_offsets(offsets);
   mach_set_work_offsets(); // set work offsets in the Gcode model
 }
 
@@ -727,7 +727,7 @@ void mach_set_position(int axis, float position) {
   mach.ms.target[axis] = position;
   mp_set_planner_position(axis, position);
   mp_runtime_set_position(axis, position);
-  mp_runtime_set_steps_to_position();
+  mp_runtime_set_steps_from_position();
 }
 
 
@@ -767,7 +767,7 @@ static void _exec_absolute_origin(float *value, float *flag) {
       mach_set_homed(axis, true);  // G28.3 is not considered homed until here
     }
 
-  mp_runtime_set_steps_to_position();
+  mp_runtime_set_steps_from_position();
 }
 
 
@@ -831,7 +831,7 @@ stat_t mach_straight_traverse(float target[], float flags[]) {
   if (status != STAT_OK) return CM_ALARM(status);
 
   // prep and plan the move
-  mach_set_work_offsets(&mach.gm); // capture fully resolved offsets to state
+  mach_set_work_offsets();         // capture fully resolved offsets to state
   mach.ms.line = mach.gm.line;     // copy line number
   mp_aline(&mach.ms);              // send the move to the planner
   mach_finalize_move();
@@ -927,7 +927,7 @@ stat_t mach_straight_feed(float target[], float flags[]) {
   if (status != STAT_OK) return CM_ALARM(status);
 
   // prep and plan the move
-  mach_set_work_offsets(&mach.gm); // capture fully resolved offsets to state
+  mach_set_work_offsets();         // capture fully resolved offsets to state
   mach.ms.line = mach.gm.line;     // copy line number
   status = mp_aline(&mach.ms);     // send the move to the planner
   mach_finalize_move();
index 97a7e56fa66fe2b9c86dbfeb1b1adca947980c76..47c53e1c88a19cb1463735d511a87073cbeb0b2d 100644 (file)
@@ -159,7 +159,7 @@ ISR(TCE1_CCA_vect) {
 
 void motor_init() {
   // Reset position
-  mp_runtime_set_steps_to_position();
+  mp_runtime_set_steps_from_position();
 
   // Enable DMA
   DMA.CTRL = DMA_RESET_bm;
index e97398decff17310ea6e2ec2acb03e6ca33dea0c..f24b7b8e8965bae17f5f98bf651dd0fd62c19829 100644 (file)
@@ -437,7 +437,7 @@ stat_t mach_arc_feed(float target[], float flags[], // arc endpoints
 
   // now get down to the rest of the work setting up the arc for execution
   mach.gm.motion_mode = motion_mode;
-  mach_set_work_offsets(&mach.gm);                // resolved offsets to gm
+  mach_set_work_offsets();                        // Update resolved offsets
   mach.ms.line = mach.gm.line;                    // copy line number
   memcpy(&arc.ms, &mach.ms, sizeof(MoveState_t)); // context to arc singleton
 
diff --git a/src/plan/exec.c b/src/plan/exec.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..d360579
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,569 @@
+/******************************************************************************\
+
+                This file is part of the Buildbotics firmware.
+
+                  Copyright (c) 2015 - 2016 Buildbotics LLC
+                  Copyright (c) 2010 - 2015 Alden S. Hart, Jr.
+                  Copyright (c) 2012 - 2015 Rob Giseburt
+                            All rights reserved.
+
+     This file ("the software") is free software: you can redistribute it
+     and/or modify it under the terms of the GNU General Public License,
+      version 2 as published by the Free Software Foundation. You should
+      have received a copy of the GNU General Public License, version 2
+     along with the software. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+     The software 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
+               Lesser General Public License for more details.
+
+       You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
+                License along with the software.  If not, see
+                       <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+                For information regarding this software email:
+                  "Joseph Coffland" <joseph@buildbotics.com>
+
+\******************************************************************************/
+
+#include "planner.h"
+#include "buffer.h"
+#include "util.h"
+#include "runtime.h"
+#include "state.h"
+#include "config.h"
+
+#include <string.h>
+#include <stdbool.h>
+#include <math.h>
+#include <stdio.h>
+
+
+typedef struct {
+  float unit[AXES];         // unit vector for axis scaling & planning
+  float final_target[AXES]; // final target, used to correct rounding errors
+  float waypoint[3][AXES];  // head/body/tail endpoints for correction
+
+  // copies of bf variables of same name
+  float head_length;
+  float body_length;
+  float tail_length;
+  float entry_velocity;
+  float cruise_velocity;
+  float exit_velocity;
+
+  float segments;               // number of segments in line or arc
+  uint32_t segment_count;       // count of running segments
+  float segment_velocity;       // computed velocity for aline segment
+  float segment_time;           // actual time increment per aline segment
+  float forward_diff[5];        // forward difference levels
+  bool hold_planned;            // true when a feedhold has been planned
+  moveSection_t section;        // what section is the move in?
+  bool section_new;             // true if it's a new section
+} mp_exec_t;
+
+
+static mp_exec_t ex = {{0}};
+
+
+static stat_t _exec_aline_segment() {
+  float target[AXES];
+
+  // Set target position for the segment.  If the segment ends on a section
+  // waypoint, synchronize to the head, body or tail end.  Otherwise, if not at
+  // a section waypoint compute target from segment time and velocity.  Don't
+  // do waypoint correction if you are going into a hold.
+  if (!--ex.segment_count && !ex.section_new && mp_get_state() == STATE_RUNNING)
+    copy_vector(target, ex.waypoint[ex.section]);
+
+  else {
+    float segment_length = ex.segment_velocity * ex.segment_time;
+
+    for (int i = 0; i < AXES; i++)
+      target[i] = mp_runtime_get_position(i) + ex.unit[i] * segment_length;
+  }
+
+  RITORNO(mp_runtime_move_to_target
+          (target, ex.segment_velocity, ex.segment_time));
+
+  // Return EAGAIN to continue or OK if this segment is done
+  return ex.segment_count ? STAT_EAGAIN : STAT_OK;
+}
+
+
+/*** Forward difference math explained:
+ *
+ * We are using a quintic (fifth-degree) Bezier polynomial for the
+ * velocity curve.  This gives us a "linear pop" velocity curve;
+ * with pop being the sixth derivative of position: velocity - 1st,
+ * acceleration - 2nd, jerk - 3rd, snap - 4th, crackle - 5th, pop - 6th
+ *
+ * The Bezier curve takes the form:
+ *
+ *   V(t) = P_0 * B_0(t) + P_1 * B_1(t) + P_2 * B_2(t) + P_3 * B_3(t) +
+ *          P_4 * B_4(t) + P_5 * B_5(t)
+ *
+ * Where 0 <= t <= 1, and V(t) is the velocity. P_0 through P_5 are
+ * the control points, and B_0(t) through B_5(t) are the Bernstein
+ * basis as follows:
+ *
+ *   B_0(t) =   (1 - t)^5        =   -t^5 +  5t^4 - 10t^3 + 10t^2 -  5t + 1
+ *   B_1(t) =  5(1 - t)^4 * t    =   5t^5 - 20t^4 + 30t^3 - 20t^2 +  5t
+ *   B_2(t) = 10(1 - t)^3 * t^2  = -10t^5 + 30t^4 - 30t^3 + 10t^2
+ *   B_3(t) = 10(1 - t)^2 * t^3  =  10t^5 - 20t^4 + 10t^3
+ *   B_4(t) =  5(1 - t)   * t^4  =  -5t^5 +  5t^4
+ *   B_5(t) =               t^5  =    t^5
+ *
+ *                                      ^       ^       ^       ^     ^   ^
+ *                                      A       B       C       D     E   F
+ *
+ * We use forward-differencing to calculate each position through the curve.
+ * This requires a formula of the form:
+ *
+ *   V_f(t) = A * t^5 + B * t^4 + C * t^3 + D * t^2 + E * t + F
+ *
+ * Looking at the above B_0(t) through B_5(t) expanded forms, if we
+ * take the coefficients of t^5 through t of the Bezier form of V(t),
+ * we can determine that:
+ *
+ *   A =      -P_0 +  5 * P_1 - 10 * P_2 + 10 * P_3 -  5 * P_4 +  P_5
+ *   B =   5 * P_0 - 20 * P_1 + 30 * P_2 - 20 * P_3 +  5 * P_4
+ *   C = -10 * P_0 + 30 * P_1 - 30 * P_2 + 10 * P_3
+ *   D =  10 * P_0 - 20 * P_1 + 10 * P_2
+ *   E = - 5 * P_0 +  5 * P_1
+ *   F =       P_0
+ *
+ * Now, since we will (currently) *always* want the initial
+ * acceleration and jerk values to be 0, We set P_i = P_0 = P_1 =
+ * P_2 (initial velocity), and P_t = P_3 = P_4 = P_5 (target
+ * velocity), which, after simplification, resolves to:
+ *
+ *   A = - 6 * P_i +  6 * P_t
+ *   B =  15 * P_i - 15 * P_t
+ *   C = -10 * P_i + 10 * P_t
+ *   D = 0
+ *   E = 0
+ *   F = P_i
+ *
+ * Given an interval count of I to get from P_i to P_t, we get the
+ * parametric "step" size of h = 1/I.  We need to calculate the
+ * initial value of forward differences (F_0 - F_5) such that the
+ * inital velocity V = P_i, then we iterate over the following I
+ * times:
+ *
+ *   V   += F_5
+ *   F_5 += F_4
+ *   F_4 += F_3
+ *   F_3 += F_2
+ *   F_2 += F_1
+ *
+ * See
+ * http://www.drdobbs.com/forward-difference-calculation-of-bezier/184403417
+ * for an example of how to calculate F_0 - F_5 for a cubic bezier
+ * curve. Since this is a quintic bezier curve, we need to extend
+ * the formulas somewhat.  I'll not go into the long-winded
+ * step-by-step here, but it gives the resulting formulas:
+ *
+ *   a = A, b = B, c = C, d = D, e = E, f = F
+ *
+ *   F_5(t + h) - F_5(t) = (5ah)t^4 + (10ah^2 + 4bh)t^3 +
+ *     (10ah^3 + 6bh^2 + 3ch)t^2 + (5ah^4 + 4bh^3 + 3ch^2 + 2dh)t + ah^5 +
+ *     bh^4 + ch^3 + dh^2 + eh
+ *
+ *   a = 5ah
+ *   b = 10ah^2 + 4bh
+ *   c = 10ah^3 + 6bh^2 + 3ch
+ *   d = 5ah^4 + 4bh^3 + 3ch^2 + 2dh
+ *
+ * After substitution, simplification, and rearranging:
+ *
+ *   F_4(t + h) - F_4(t) = (20ah^2)t^3 + (60ah^3 + 12bh^2)t^2 +
+ *     (70ah^4 + 24bh^3 + 6ch^2)t + 30ah^5 + 14bh^4 + 6ch^3 + 2dh^2
+ *
+ *   a = 20ah^2
+ *   b = 60ah^3 + 12bh^2
+ *   c = 70ah^4 + 24bh^3 + 6ch^2
+ *
+ * After substitution, simplification, and rearranging:
+ *
+ *   F_3(t + h) - F_3(t) = (60ah^3)t^2 + (180ah^4 + 24bh^3)t + 150ah^5 +
+ *     36bh^4 + 6ch^3
+ *
+ * You get the picture...
+ *
+ *   F_2(t + h) - F_2(t) = (120ah^4)t + 240ah^5 + 24bh^4
+ *   F_1(t + h) - F_1(t) = 120ah^5
+ *
+ * Normally, we could then assign t = 0, use the A-F values from
+ * above, and get out initial F_* values.  However, for the sake of
+ * "averaging" the velocity of each segment, we actually want to have
+ * the initial V be be at t = h/2 and iterate I-1 times.  So, the
+ * resulting F_* values are (steps not shown):
+ *
+ *   F_5 = 121Ah^5 / 16 + 5Bh^4 + 13Ch^3 / 4 + 2Dh^2 + Eh
+ *   F_4 = 165Ah^5 / 2 + 29Bh^4 + 9Ch^3 + 2Dh^2
+ *   F_3 = 255Ah^5 + 48Bh^4 + 6Ch^3
+ *   F_2 = 300Ah^5 + 24Bh^4
+ *   F_1 = 120Ah^5
+ *
+ * Note that with our current control points, D and E are actually 0.
+ */
+static float _init_forward_diffs(float Vi, float Vt, float segments) {
+  float A =  -6.0 * Vi +  6.0 * Vt;
+  float B =  15.0 * Vi - 15.0 * Vt;
+  float C = -10.0 * Vi + 10.0 * Vt;
+  // D = 0
+  // E = 0
+  // F = Vi
+
+  float h = 1 / segments;
+
+  float Ah_5 = A * h * h * h * h * h;
+  float Bh_4 = B * h * h * h * h;
+  float Ch_3 = C * h * h * h;
+
+  ex.forward_diff[4] = 121.0 / 16.0 * Ah_5 + 5.0 * Bh_4 + 13.0 / 4.0 * Ch_3;
+  ex.forward_diff[3] = 165.0 / 2.0 * Ah_5 + 29.0 * Bh_4 + 9.0 * Ch_3;
+  ex.forward_diff[2] = 255.0 * Ah_5 + 48.0 * Bh_4 + 6.0 * Ch_3;
+  ex.forward_diff[1] = 300.0 * Ah_5 + 24.0 * Bh_4;
+  ex.forward_diff[0] = 120.0 * Ah_5;
+
+  // Calculate the initial velocity by calculating V(h / 2)
+  float half_h = h / 2.0;
+  float half_Ch_3 = C * half_h * half_h * half_h;
+  float half_Bh_4 = B * half_h * half_h * half_h * half_h;
+  float half_Ah_5 = C * half_h * half_h * half_h * half_h * half_h;
+
+  return half_Ah_5 + half_Bh_4 + half_Ch_3 + Vi;
+}
+
+
+/// Common code for head and tail sections
+static stat_t _exec_aline_section(float length, float vin, float vout) {
+  if (ex.section_new) {
+    if (fp_ZERO(length)) return STAT_OK; // end the move
+
+    // len / avg. velocity
+    float move_time = 2 * length / (vin + vout);
+    ex.segments = ceil(uSec(move_time) / NOM_SEGMENT_USEC);
+    ex.segment_time = move_time / ex.segments;
+    ex.segment_count = (uint32_t)ex.segments;
+
+    if (vin == vout) ex.segment_velocity = vin;
+    else ex.segment_velocity = _init_forward_diffs(vin, vout, ex.segments);
+
+    if (ex.segment_time < MIN_SEGMENT_TIME)
+      return STAT_MINIMUM_TIME_MOVE; // exit /wo advancing position
+
+    // First segment
+    if (_exec_aline_segment() == STAT_OK) {
+      ex.section_new = false;
+      return STAT_OK;
+    }
+
+    ex.section_new = false;
+
+  } else {
+    if (vin != vout) ex.segment_velocity += ex.forward_diff[4];
+
+    // Subsequent segments
+    if (_exec_aline_segment() == STAT_OK) return STAT_OK;
+
+    if (vin != vout) {
+      ex.forward_diff[4] += ex.forward_diff[3];
+      ex.forward_diff[3] += ex.forward_diff[2];
+      ex.forward_diff[2] += ex.forward_diff[1];
+      ex.forward_diff[1] += ex.forward_diff[0];
+    }
+  }
+
+  return STAT_EAGAIN;
+}
+
+
+/// Callback for tail section
+static stat_t _exec_aline_tail() {
+  ex.section = SECTION_TAIL;
+  return
+    _exec_aline_section(ex.tail_length, ex.cruise_velocity, ex.exit_velocity);
+}
+
+
+/// Callback for body section
+static stat_t _exec_aline_body() {
+  ex.section = SECTION_BODY;
+
+  stat_t status =
+    _exec_aline_section(ex.body_length, ex.cruise_velocity, ex.cruise_velocity);
+
+  if (status == STAT_OK) {
+    if (ex.section_new) return _exec_aline_tail();
+
+    ex.section = SECTION_TAIL;
+    ex.section_new = true;
+
+    return STAT_EAGAIN;
+  }
+
+  return status;
+}
+
+
+/// Callback for head section
+static stat_t _exec_aline_head() {
+  ex.section = SECTION_HEAD;
+  stat_t status =
+    _exec_aline_section(ex.head_length, ex.entry_velocity, ex.cruise_velocity);
+
+  if (status == STAT_OK) {
+    if (ex.section_new) return _exec_aline_body();
+
+    ex.section = SECTION_BODY;
+    ex.section_new = true;
+
+    return STAT_EAGAIN;
+  }
+
+  return status;
+}
+
+
+static float _compute_next_segment_velocity() {
+  if (ex.section == SECTION_BODY) return ex.segment_velocity;
+  return ex.segment_velocity + ex.forward_diff[4];
+}
+
+
+/*** Replan current move to execute hold
+ *
+ * Holds are initiated by the planner entering STATE_STOPPING.  In which case
+ * _plan_hold() is called to replan the current move towards zero.  If it is
+ * unable to plan to zero in the remaining length of the current move it will
+ * decelerate as much as possible and then wait for the next move.  Once it
+ * is possible to plan to zero velocity in the current move the remaining length
+ * is put into the run buffer, which is still allocated, and the run buffer
+ * becomes the hold point.  The hold is left by a start request in state.c.  At
+ * this point the remaining buffers, if any, are replanned from zero up to
+ * speed.
+ */
+static void _plan_hold() {
+  mpBuf_t *bp = mp_get_run_buffer(); // working buffer pointer
+  if (!bp) return; // Oops! nothing's running
+
+  // Examine and process current buffer and compute length left for decel
+  float available_length =
+    get_axis_vector_length(ex.final_target, mp_runtime_get_position_vector());
+  // Compute next_segment velocity, velocity left to shed to brake to zero
+  float braking_velocity = _compute_next_segment_velocity();
+  // Distance to brake to zero from braking_velocity, bp is OK to use here
+  float braking_length = mp_get_target_length(braking_velocity, 0, bp);
+
+  // Hack to prevent Case 2 moves for perfect-fit decels.  Happens in
+  // homing situations.  The real fix: The braking velocity cannot
+  // simply be the ex.segment_velocity as this is the velocity of the
+  // last segment, not the one that's going to be executed next.  The
+  // braking_velocity needs to be the velocity of the next segment
+  // that has not yet been computed.  In the mean time, this hack will work.
+  if (available_length < braking_length && fp_ZERO(bp->exit_velocity))
+    braking_length = available_length;
+
+  // Replan to decelerate
+  ex.section = SECTION_TAIL;
+  ex.section_new = true;
+  ex.cruise_velocity = braking_velocity;
+  ex.hold_planned = true;
+
+  // Case 1: deceleration fits entirely into the length remaining in buffer
+  if (braking_length <= available_length) {
+    // Set to a tail to perform the deceleration
+    ex.exit_velocity = 0;
+    ex.tail_length = braking_length;
+
+    // Re-use bp+0 to be the hold point and to run the remaining block length
+    bp->length = available_length - braking_length;
+    bp->delta_vmax = mp_get_target_velocity(0, bp->length, bp);
+    bp->entry_vmax = 0;        // set bp+0 as hold point
+    bp->move_state = MOVE_NEW; // tell _exec to re-use the bf buffer
+
+  } else { // Case 2: deceleration exceeds length remaining in buffer
+    // Replan to minimum (but non-zero) exit velocity
+    ex.tail_length = available_length;
+    ex.exit_velocity =
+      braking_velocity - mp_get_target_velocity(0, available_length, bp);
+  }
+}
+
+
+/// Initializes move runtime with a new planner buffer
+static stat_t _exec_aline_init(mpBuf_t *bf) {
+  // Remove zero length lines.  Short lines have already been removed.
+  if (fp_ZERO(bf->length)) {
+    mp_runtime_set_busy(false);
+    bf->nx->replannable = false; // prevent overplanning (Note 2)
+    mp_free_run_buffer();        // free buffer
+
+    return STAT_NOOP;
+  }
+
+  // Take control of buffer
+  bf->move_state = MOVE_RUN;
+  bf->replannable = false;
+
+  // Initialize move
+  copy_vector(ex.unit, bf->unit);
+  copy_vector(ex.final_target, bf->ms.target);
+
+  ex.head_length = bf->head_length;
+  ex.body_length = bf->body_length;
+  ex.tail_length = bf->tail_length;
+  ex.entry_velocity = bf->entry_velocity;
+  ex.cruise_velocity = bf->cruise_velocity;
+  ex.exit_velocity = bf->exit_velocity;
+
+  ex.section = SECTION_HEAD;
+  ex.section_new = true;
+  ex.hold_planned = false;
+
+  // Update runtime
+  mp_runtime_set_busy(true);
+  mp_runtime_set_line(bf->ms.line);
+  mp_runtime_set_work_offsets(bf->ms.work_offset);
+
+  // Generate waypoints for position correction at section ends.  This helps
+  // negate floating point errors in the forward differencing code.
+  for (int axis = 0; axis < AXES; axis++) {
+    ex.waypoint[SECTION_HEAD][axis] =
+      mp_runtime_get_position(axis) + ex.unit[axis] * ex.head_length;
+
+    ex.waypoint[SECTION_BODY][axis] = mp_runtime_get_position(axis) +
+      ex.unit[axis] * (ex.head_length + ex.body_length);
+
+    ex.waypoint[SECTION_TAIL][axis] = ex.final_target[axis];
+  }
+
+  return STAT_OK;
+}
+
+
+/* Aline execution routines
+ *
+ * Everything here fires from interrupts and must be interrupt safe
+ *
+ * Returns:
+ *
+ *   STAT_OK        move is done
+ *   STAT_EAGAIN    move is not finished - has more segments to run
+ *   STAT_NOOP      cause no stepper operation - do not load the move
+ *   STAT_xxxxx     fatal error.  Ends the move and frees the bf buffer
+ *
+ * This routine is called from the (LO) interrupt level.  The interrupt
+ * sequencing relies on the correct behavior of these routines.
+ * Each call to _exec_aline() must execute and prep *one and only one*
+ * segment.  If the segment is not the last segment in the bf buffer the
+ * _aline() returns STAT_EAGAIN. If it's the last segment it returns
+ * STAT_OK.  If it encounters a fatal error that would terminate the move it
+ * returns a valid error code.
+ *
+ * Notes:
+ *
+ * [1] Returning STAT_OK ends the move and frees the bf buffer.
+ *     Returning STAT_OK at does NOT advance position meaning
+ *     any position error will be compensated by the next move.
+ *
+ * [2] Solves a potential race condition where the current move ends but
+ *     the new move has not started because the previous move is still
+ *     being run by the steppers.  Planning can overwrite the new move.
+ *
+ * Operation:
+ *
+ * Aline generates jerk-controlled S-curves as per Ed Red's course notes:
+ *
+ *   http://www.et.byu.edu/~ered/ME537/Notes/Ch5.pdf
+ *   http://www.scribd.com/doc/63521608/Ed-Red-Ch5-537-Jerk-Equations
+ *
+ * A full trapezoid is divided into 5 periods.  Periods 1 and 2 are the
+ * first and second halves of the acceleration ramp (the concave and convex
+ * parts of the S curve in the "head").  Periods 3 and 4 are the first
+ * and second parts of the deceleration ramp (the tail).  There is also
+ * a period for the constant-velocity plateau of the trapezoid (the body).
+ * There are many possible degenerate trapezoids where any of the 5 periods
+ * may be zero length but note that either none or both of a ramping pair can
+ * be zero.
+ *
+ * The equations that govern the acceleration and deceleration ramps are:
+ *
+ *   Period 1    V = Vi + Jm * (T^2) / 2
+ *   Period 2    V = Vh + As * T - Jm * (T^2) / 2
+ *   Period 3    V = Vi - Jm * (T^2) / 2
+ *   Period 4    V = Vh + As * T + Jm * (T^2) / 2
+ *
+ * These routines play some games with the acceleration and move timing
+ * to make sure this actually work out.  move_time is the actual time of
+ * the move, accel_time is the time value needed to compute the velocity -
+ * taking the initial velocity into account (move_time does not need to).
+ *
+ * State transitions - hierarchical state machine:
+ *
+ * bf->move_state transitions:
+ *
+ *  from _NEW to _RUN on first call (sub_state set to _OFF)
+ *  from _RUN to _OFF on final call or just remain _OFF
+ */
+stat_t mp_exec_aline(mpBuf_t *bf) {
+  if (bf->move_state == MOVE_OFF) return STAT_NOOP; // No more moves
+
+  stat_t status = STAT_OK;
+
+  // Start a new move
+  if (!mp_runtime_is_busy()) {
+    status = _exec_aline_init(bf);
+    if (status != STAT_OK) return status;
+  }
+
+  // Main segment dispatch.  From this point on the contents of the bf buffer
+  // do not affect execution.
+  switch (ex.section) {
+  case SECTION_HEAD: status = _exec_aline_head(); break;
+  case SECTION_BODY: status = _exec_aline_body(); break;
+  case SECTION_TAIL: status = _exec_aline_tail(); break;
+  }
+
+  // There are 3 things that can happen here depending on return conditions:
+  //
+  //   status        bf->move_state      Description
+  //   -----------   --------------      ----------------------------------
+  //   STAT_EAGAIN   <don't care>        buffer has more segments to run
+  //   STAT_OK       MOVE_RUN            ex and bf buffers are done
+  //   STAT_OK       MOVE_NEW            ex done; bf must be run again
+  //                                     (it's been reused)
+  if (status != STAT_EAGAIN) {
+    mp_runtime_set_busy(false);
+    bf->nx->replannable = false;    // prevent overplanning (Note 2)
+    if (fp_ZERO(ex.exit_velocity)) ex.segment_velocity = 0;
+    // Note, _plan_hold() may change bf->move_state to reuse this buffer so it
+    // can plan the deceleration.
+    if (bf->move_state == MOVE_RUN) mp_free_run_buffer();
+  }
+
+  if (mp_get_state() == STATE_STOPPING &&
+      (status == STAT_OK || status == STAT_EAGAIN)) {
+    if (!mp_runtime_is_busy() && !ex.segment_velocity) mp_state_holding();
+    else if (mp_runtime_is_busy() && !ex.hold_planned) _plan_hold();
+  }
+
+  return status;
+}
+
+
+/// Dequeues buffer and executes move callback
+stat_t mp_exec_move() {
+  if (mp_get_state() == STATE_ESTOPPED) return STAT_MACHINE_ALARMED;
+  if (mp_get_state() == STATE_HOLDING) return STAT_NOOP;
+
+  mpBuf_t *bf = mp_get_run_buffer();
+  if (!bf) return STAT_NOOP; // nothing running
+  if (!bf->bf_func) return CM_ALARM(STAT_INTERNAL_ERROR);
+
+  return bf->bf_func(bf); // move callback
+}
diff --git a/src/plan/exec.h b/src/plan/exec.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..cc9d174
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,34 @@
+/******************************************************************************\
+
+                This file is part of the Buildbotics firmware.
+
+                  Copyright (c) 2015 - 2016 Buildbotics LLC
+                            All rights reserved.
+
+     This file ("the software") is free software: you can redistribute it
+     and/or modify it under the terms of the GNU General Public License,
+      version 2 as published by the Free Software Foundation. You should
+      have received a copy of the GNU General Public License, version 2
+     along with the software. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+     The software 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
+               Lesser General Public License for more details.
+
+       You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
+                License along with the software.  If not, see
+                       <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+                For information regarding this software email:
+                  "Joseph Coffland" <joseph@buildbotics.com>
+
+\******************************************************************************/
+
+#pragma once
+
+#include "buffer.h"
+
+
+stat_t mp_exec_move();
+stat_t mp_exec_aline(mpBuf_t *bf);
index d80585b39b675ff5f341280123e859e5e8157edd..eccfb46bcf15fc7c2203a7d6846b946bba4442ab 100644 (file)
@@ -30,6 +30,7 @@
 #include "line.h"
 
 #include "planner.h"
+#include "exec.h"
 #include "runtime.h"
 #include "buffer.h"
 #include "machine.h"
@@ -159,7 +160,7 @@ static float _get_junction_vmax(const float a_unit[], const float b_unit[]) {
 }
 
 
-/* Plan a line with acceleration / deceleration
+/*** Plan a line with acceleration / deceleration
  *
  * This function uses constant jerk motion equations to plan
  * acceleration and deceleration. Jerk is the rate of change of
@@ -237,7 +238,7 @@ stat_t mp_aline(MoveState_t *ms) {
   if (!bf) return CM_ALARM(STAT_BUFFER_FULL_FATAL); // never fails
 
   // Register callback to exec function
-  bf->bf_func = mp_runtime_exec_aline;
+  bf->bf_func = mp_exec_aline;
   bf->length = length;
 
   // Copy model state into planner buffer
index 8459d150ca1f141c5e83d3d08591949b2254bc07..ef0c680e8b067dcbbcdc3143032ffaf6ff514d74 100644 (file)
 
 
 typedef struct {
-  bool active;                  // True if a move is running
-  moveSection_t section;        // what section is the move in?
-  bool section_new;             // true if it's a new section
-
-  /// unit vector for axis scaling & planning
-  float unit[AXES];
-  /// final target for bf (used to correct rounding errors)
-  float final_target[AXES];
-  /// head/body/tail endpoints for correction
-  float waypoint[3][AXES];
-  /// current target (absolute target as steps)
-  float target_steps[MOTORS];
-  /// current position (target from previous segment)
-  float position_steps[MOTORS];
-  /// will align with next encoder sample (target 2nd previous segment)
-  float commanded_steps[MOTORS];
-  /// encoder position in steps - ideally the same as commanded_steps
-  float encoder_steps[MOTORS];
-  /// difference between encoder & commanded steps
-  float following_error[MOTORS];
-
-  /// copies of bf variables of same name
-  float head_length;
-  float body_length;
-  float tail_length;
-  float entry_velocity;
-  float cruise_velocity;
-  float exit_velocity;
-
-  float segments;               // number of segments in line or arc
-  uint32_t segment_count;       // count of running segments
-  float segment_velocity;       // computed velocity for aline segment
-  float segment_time;           // actual time increment per aline segment
-  float forward_diff[5];        // forward difference levels
-  bool hold_planned;            // true when a feedhold has been planned
-
-  float position[AXES];         // Current move position
-  MoveState_t ms;               // Current move state
-} mp_exec_t;
-
-
-mp_exec_t ex = {0};
-
-
-/// Return TRUE if motion control busy (i.e. robot is moving)
-/// Use this function to sync to the queue. If you wait until it returns
-/// FALSE you know the queue is empty and the motors have stopped.
-bool mp_runtime_is_busy() {
-  return mp_get_state() != STATE_ESTOPPED && (st_is_busy() || ex.active);
-}
+  float target[MOTORS];    // Current absolute target in steps
+  float position[MOTORS];  // Current position, target from previous segment
+  float commanded[MOTORS]; // Should align with next encoder sample (2nd prev)
+  float encoder[MOTORS];   // Encoder steps, ideally the same as commanded steps
+  float error[MOTORS];     // Difference between encoder & commanded steps
+} mp_steps_t;
+
+
+typedef struct {
+  bool busy;               // True if a move is running
+  int32_t line;            // Current move GCode line number
+  float position[AXES];    // Current move position
+  float work_offset[AXES]; // Current move work offset
+  float velocity;          // Current move velocity
+  mp_steps_t steps;
+} mp_runtime_t;
+
+static mp_runtime_t rt;
 
 
-int32_t mp_runtime_get_line() {return ex.ms.line;}
+bool mp_runtime_is_busy() {return rt.busy;}
+void mp_runtime_set_busy(bool busy) {rt.busy = busy;}
+int32_t mp_runtime_get_line() {return rt.line;}
+
+
+void mp_runtime_set_line(int32_t line) {
+  rt.line = line;
+  report_request();
+}
 
 
 /// Returns current segment velocity
-float mp_runtime_get_velocity() {return ex.segment_velocity;}
+float mp_runtime_get_velocity() {return rt.velocity;}
 
 
 /// Set encoder counts to the runtime position
-void mp_runtime_set_steps_to_position() {
-  float step_position[MOTORS];
-
+void mp_runtime_set_steps_from_position() {
   // Convert lengths to steps in floating point
-  mp_kinematics(ex.position, step_position);
+  float step_position[MOTORS];
+  mp_kinematics(rt.position, step_position);
 
   for (int motor = 0; motor < MOTORS; motor++) {
-    ex.target_steps[motor] = ex.position_steps[motor] =
-      ex.commanded_steps[motor] = step_position[motor];
+    rt.steps.target[motor] = rt.steps.position[motor] =
+      rt.steps.commanded[motor] = step_position[motor];
 
     // Write steps to encoder register
     motor_set_encoder(motor, step_position[motor]);
 
     // Must be zero
-    ex.following_error[motor] = 0;
+    rt.steps.error[motor] = 0;
   }
 }
 
 
 /* Since steps are in motor space you have to run the position vector
- * through inverse kinematics to get the right numbers. This means
+ * through inverse kinematics to get the right numbers.  This means
  * that in a non-Cartesian robot changing any position can result in
- * changes to multiple step values. So this operation is provided as a
+ * changes to multiple step values.  So this operation is provided as a
  * single function and always uses the new position vector as an
  * input.
  *
  * Keeping track of position is complicated by the fact that moves
- * exist in several reference frames. The scheme to keep this
+ * exist in several reference frames.  The scheme to keep this
  * straight is:
  *
  *   - mm.position    - start and end position for planning
- *   - ex.position    - current position of runtime segment
- *   - ex.ms.target   - target position of runtime segment
- *   - ex.*_steps
+ *   - rt.position    - current position of runtime segment
+ *   - rt.steps.*     - position in steps
  *
  * Note that position is set immediately when called and may not be
- * not an accurate representation of the tool position. The motors
+ * an accurate representation of the tool position.  The motors
  * are still processing the action and the real tool position is
  * still close to the starting point.
  */
@@ -147,24 +121,24 @@ void mp_runtime_set_steps_to_position() {
 
 /// Set runtime position for a single axis
 void mp_runtime_set_position(uint8_t axis, const float position) {
-  ex.position[axis] = position;
+  rt.position[axis] = position;
 }
 
 
 /// Returns current axis position in machine coordinates
-float mp_runtime_get_absolute_position(uint8_t axis) {return ex.position[axis];}
+float mp_runtime_get_position(uint8_t axis) {return rt.position[axis];}
+float *mp_runtime_get_position_vector() {return rt.position;}
 
 
-/// Set offsets
-void mp_runtime_set_work_offset(float offset[]) {
-  copy_vector(ex.ms.work_offset, offset);
+/// Returns axis position in work coordinates that were in effect at plan time
+float mp_runtime_get_work_position(uint8_t axis) {
+  return rt.position[axis] - rt.work_offset[axis];
 }
 
 
-/// Returns current axis position in work coordinates
-/// that were in effect at move planning time
-float mp_runtime_get_work_position(uint8_t axis) {
-  return ex.position[axis] - ex.ms.work_offset[axis];
+/// Set offsets
+void mp_runtime_set_work_offsets(float offset[]) {
+  copy_vector(rt.work_offset, offset);
 }
 
 
@@ -176,7 +150,7 @@ float mp_runtime_get_work_position(uint8_t axis) {
  * segment.  This lines them up in time with the encoder readings so a
  * following error can be generated
  *
- * The following_error term is positive if the encoder reading is
+ * The rt.steps.error term is positive if the encoder reading is
  * greater than (ahead of) the commanded steps, and negative (behind)
  * if the encoder reading is less than the commanded steps. The
  * following error is not affected by the direction of movement - it's
@@ -188,35 +162,20 @@ float mp_runtime_get_work_position(uint8_t axis) {
  *      90     100        -10    encoder is 10 steps behind commanded steps
  *    -100     -90        -10    encoder is 10 steps behind commanded steps
  */
-static stat_t _exec_aline_segment() {
-  // Set target position for the segment.  If the segment ends on a section
-  // waypoint, synchronize to the head, body or tail end.  Otherwise, if not at
-  // a section waypoint compute target from segment time and velocity.  Don't
-  // do waypoint correction if you are going into a hold.
-  if (!--ex.segment_count && !ex.section_new && mp_get_state() == STATE_RUNNING)
-    copy_vector(ex.ms.target, ex.waypoint[ex.section]);
-
-  else {
-    float segment_length = ex.segment_velocity * ex.segment_time;
-
-    for (int i = 0; i < AXES; i++)
-      ex.ms.target[i] = ex.position[i] + ex.unit[i] * segment_length;
-  }
-
-  // Convert target position to steps.  Bucket-brigade the old target
-  // down the chain before getting the new target from kinematics.
+stat_t mp_runtime_move_to_target(float target[], float velocity, float time) {
+  // Bucket-brigade old target down the chain before getting new target
   for (int i = 0; i < MOTORS; i++) {
     // previous segment's position, delayed by 1 segment
-    ex.commanded_steps[i] = ex.position_steps[i];
+    rt.steps.commanded[i] = rt.steps.position[i];
     // previous segment's target becomes position
-    ex.position_steps[i] = ex.target_steps[i];
+    rt.steps.position[i] = rt.steps.target[i];
     // current encoder position (aligns to commanded_steps)
-    ex.encoder_steps[i] = motor_get_encoder(i);
-    ex.following_error[i] = ex.encoder_steps[i] - ex.commanded_steps[i];
+    rt.steps.encoder[i] = motor_get_encoder(i);
+    rt.steps.error[i] = rt.steps.encoder[i] - rt.steps.commanded[i];
   }
 
-  // Determine the target steps.
-  mp_kinematics(ex.ms.target, ex.target_steps);
+  // Convert target position to steps.
+  mp_kinematics(target, rt.steps.target);
 
   // Compute distances in steps to be traveled.
   //
@@ -225,487 +184,16 @@ static stat_t _exec_aline_segment() {
   // transforming travel distance as opposed to simply subtracting steps.
   float travel_steps[MOTORS];
   for (int i = 0; i < MOTORS; i++)
-    travel_steps[i] = ex.target_steps[i] - ex.position_steps[i];
+    travel_steps[i] = rt.steps.target[i] - rt.steps.position[i];
 
   // Call the stepper prep function
-  RITORNO(st_prep_line(travel_steps, ex.following_error, ex.segment_time));
-
-  // Update position from target
-  copy_vector(ex.position, ex.ms.target);
-
-  // Return EAGAIN to continue or OK if this segment is done
-  return ex.segment_count ? STAT_EAGAIN : STAT_OK;
-}
-
-
-/*** Forward difference math explained:
- *
- * We are using a quintic (fifth-degree) Bezier polynomial for the
- * velocity curve.  This gives us a "linear pop" velocity curve;
- * with pop being the sixth derivative of position: velocity - 1st,
- * acceleration - 2nd, jerk - 3rd, snap - 4th, crackle - 5th, pop - 6th
- *
- * The Bezier curve takes the form:
- *
- *   V(t) = P_0 * B_0(t) + P_1 * B_1(t) + P_2 * B_2(t) + P_3 * B_3(t) +
- *          P_4 * B_4(t) + P_5 * B_5(t)
- *
- * Where 0 <= t <= 1, and V(t) is the velocity. P_0 through P_5 are
- * the control points, and B_0(t) through B_5(t) are the Bernstein
- * basis as follows:
- *
- *   B_0(t) =   (1 - t)^5        =   -t^5 +  5t^4 - 10t^3 + 10t^2 -  5t + 1
- *   B_1(t) =  5(1 - t)^4 * t    =   5t^5 - 20t^4 + 30t^3 - 20t^2 +  5t
- *   B_2(t) = 10(1 - t)^3 * t^2  = -10t^5 + 30t^4 - 30t^3 + 10t^2
- *   B_3(t) = 10(1 - t)^2 * t^3  =  10t^5 - 20t^4 + 10t^3
- *   B_4(t) =  5(1 - t)   * t^4  =  -5t^5 +  5t^4
- *   B_5(t) =               t^5  =    t^5
- *
- *                                      ^       ^       ^       ^     ^   ^
- *                                      A       B       C       D     E   F
- *
- * We use forward-differencing to calculate each position through the curve.
- * This requires a formula of the form:
- *
- *   V_f(t) = A * t^5 + B * t^4 + C * t^3 + D * t^2 + E * t + F
- *
- * Looking at the above B_0(t) through B_5(t) expanded forms, if we
- * take the coefficients of t^5 through t of the Bezier form of V(t),
- * we can determine that:
- *
- *   A =      -P_0 +  5 * P_1 - 10 * P_2 + 10 * P_3 -  5 * P_4 +  P_5
- *   B =   5 * P_0 - 20 * P_1 + 30 * P_2 - 20 * P_3 +  5 * P_4
- *   C = -10 * P_0 + 30 * P_1 - 30 * P_2 + 10 * P_3
- *   D =  10 * P_0 - 20 * P_1 + 10 * P_2
- *   E = - 5 * P_0 +  5 * P_1
- *   F =       P_0
- *
- * Now, since we will (currently) *always* want the initial
- * acceleration and jerk values to be 0, We set P_i = P_0 = P_1 =
- * P_2 (initial velocity), and P_t = P_3 = P_4 = P_5 (target
- * velocity), which, after simplification, resolves to:
- *
- *   A = - 6 * P_i +  6 * P_t
- *   B =  15 * P_i - 15 * P_t
- *   C = -10 * P_i + 10 * P_t
- *   D = 0
- *   E = 0
- *   F = P_i
- *
- * Given an interval count of I to get from P_i to P_t, we get the
- * parametric "step" size of h = 1/I.  We need to calculate the
- * initial value of forward differences (F_0 - F_5) such that the
- * inital velocity V = P_i, then we iterate over the following I
- * times:
- *
- *   V   += F_5
- *   F_5 += F_4
- *   F_4 += F_3
- *   F_3 += F_2
- *   F_2 += F_1
- *
- * See
- * http://www.drdobbs.com/forward-difference-calculation-of-bezier/184403417
- * for an example of how to calculate F_0 - F_5 for a cubic bezier
- * curve. Since this is a quintic bezier curve, we need to extend
- * the formulas somewhat.  I'll not go into the long-winded
- * step-by-step here, but it gives the resulting formulas:
- *
- *   a = A, b = B, c = C, d = D, e = E, f = F
- *
- *   F_5(t + h) - F_5(t) = (5ah)t^4 + (10ah^2 + 4bh)t^3 +
- *     (10ah^3 + 6bh^2 + 3ch)t^2 + (5ah^4 + 4bh^3 + 3ch^2 + 2dh)t + ah^5 +
- *     bh^4 + ch^3 + dh^2 + eh
- *
- *   a = 5ah
- *   b = 10ah^2 + 4bh
- *   c = 10ah^3 + 6bh^2 + 3ch
- *   d = 5ah^4 + 4bh^3 + 3ch^2 + 2dh
- *
- * After substitution, simplification, and rearranging:
- *
- *   F_4(t + h) - F_4(t) = (20ah^2)t^3 + (60ah^3 + 12bh^2)t^2 +
- *     (70ah^4 + 24bh^3 + 6ch^2)t + 30ah^5 + 14bh^4 + 6ch^3 + 2dh^2
- *
- *   a = 20ah^2
- *   b = 60ah^3 + 12bh^2
- *   c = 70ah^4 + 24bh^3 + 6ch^2
- *
- * After substitution, simplification, and rearranging:
- *
- *   F_3(t + h) - F_3(t) = (60ah^3)t^2 + (180ah^4 + 24bh^3)t + 150ah^5 +
- *     36bh^4 + 6ch^3
- *
- * You get the picture...
- *
- *   F_2(t + h) - F_2(t) = (120ah^4)t + 240ah^5 + 24bh^4
- *   F_1(t + h) - F_1(t) = 120ah^5
- *
- * Normally, we could then assign t = 0, use the A-F values from
- * above, and get out initial F_* values.  However, for the sake of
- * "averaging" the velocity of each segment, we actually want to have
- * the initial V be be at t = h/2 and iterate I-1 times.  So, the
- * resulting F_* values are (steps not shown):
- *
- *   F_5 = 121Ah^5 / 16 + 5Bh^4 + 13Ch^3 / 4 + 2Dh^2 + Eh
- *   F_4 = 165Ah^5 / 2 + 29Bh^4 + 9Ch^3 + 2Dh^2
- *   F_3 = 255Ah^5 + 48Bh^4 + 6Ch^3
- *   F_2 = 300Ah^5 + 24Bh^4
- *   F_1 = 120Ah^5
- *
- * Note that with our current control points, D and E are actually 0.
- */
-static float _init_forward_diffs(float Vi, float Vt, float segments) {
-  float A =  -6.0 * Vi +  6.0 * Vt;
-  float B =  15.0 * Vi - 15.0 * Vt;
-  float C = -10.0 * Vi + 10.0 * Vt;
-  // D = 0
-  // E = 0
-  // F = Vi
-
-  float h = 1 / segments;
-
-  float Ah_5 = A * h * h * h * h * h;
-  float Bh_4 = B * h * h * h * h;
-  float Ch_3 = C * h * h * h;
-
-  ex.forward_diff[4] = 121.0 / 16.0 * Ah_5 + 5.0 * Bh_4 + 13.0 / 4.0 * Ch_3;
-  ex.forward_diff[3] = 165.0 / 2.0 * Ah_5 + 29.0 * Bh_4 + 9.0 * Ch_3;
-  ex.forward_diff[2] = 255.0 * Ah_5 + 48.0 * Bh_4 + 6.0 * Ch_3;
-  ex.forward_diff[1] = 300.0 * Ah_5 + 24.0 * Bh_4;
-  ex.forward_diff[0] = 120.0 * Ah_5;
-
-  // Calculate the initial velocity by calculating V(h / 2)
-  float half_h = h / 2.0;
-  float half_Ch_3 = C * half_h * half_h * half_h;
-  float half_Bh_4 = B * half_h * half_h * half_h * half_h;
-  float half_Ah_5 = C * half_h * half_h * half_h * half_h * half_h;
-
-  return half_Ah_5 + half_Bh_4 + half_Ch_3 + Vi;
-}
-
-
-/// Common code for head and tail sections
-static stat_t _exec_aline_section(float length, float vin, float vout) {
-  if (ex.section_new) {
-    if (fp_ZERO(length)) return STAT_OK; // end the move
-
-    // len / avg. velocity
-    ex.ms.move_time = 2 * length / (vin + vout);
-    ex.segments = ceil(uSec(ex.ms.move_time) / NOM_SEGMENT_USEC);
-    ex.segment_time = ex.ms.move_time / ex.segments;
-    ex.segment_count = (uint32_t)ex.segments;
-
-    if (vin == vout) ex.segment_velocity = vin;
-    else ex.segment_velocity = _init_forward_diffs(vin, vout, ex.segments);
-
-    if (ex.segment_time < MIN_SEGMENT_TIME)
-      return STAT_MINIMUM_TIME_MOVE; // exit /wo advancing position
-
-    // Do first segment
-    if (_exec_aline_segment() == STAT_OK) {
-      ex.section_new = false;
-      return STAT_OK;
-    }
-
-    ex.section_new = false;
-
-  } else { // Do subsequent segments
-    if (vin != vout) ex.segment_velocity += ex.forward_diff[4];
-
-    if (_exec_aline_segment() == STAT_OK) return STAT_OK;
-
-    if (vin != vout) {
-      ex.forward_diff[4] += ex.forward_diff[3];
-      ex.forward_diff[3] += ex.forward_diff[2];
-      ex.forward_diff[2] += ex.forward_diff[1];
-      ex.forward_diff[1] += ex.forward_diff[0];
-    }
-  }
-
-  return STAT_EAGAIN;
-}
-
-
-/// Callback for tail section
-static stat_t _exec_aline_tail() {
-  ex.section = SECTION_TAIL;
-  return
-    _exec_aline_section(ex.tail_length, ex.cruise_velocity, ex.exit_velocity);
-}
+  RITORNO(st_prep_line(travel_steps, rt.steps.error, time));
 
+  // Update position and velocity
+  copy_vector(rt.position, target);
+  rt.velocity = velocity;
 
-/// Callback for body section
-static stat_t _exec_aline_body() {
-  ex.section = SECTION_BODY;
-
-  stat_t status =
-    _exec_aline_section(ex.body_length, ex.cruise_velocity, ex.cruise_velocity);
-
-  if (status == STAT_OK) {
-    if (ex.section_new) return _exec_aline_tail();
-
-    ex.section = SECTION_TAIL;
-    ex.section_new = true;
-
-    return STAT_EAGAIN;
-  }
-
-  return status;
-}
-
-
-/// Callback for head section
-static stat_t _exec_aline_head() {
-  ex.section = SECTION_HEAD;
-  stat_t status =
-    _exec_aline_section(ex.head_length, ex.entry_velocity, ex.cruise_velocity);
-
-  if (status == STAT_OK) {
-    if (ex.section_new) return _exec_aline_body();
-
-    ex.section = SECTION_BODY;
-    ex.section_new = true;
-
-    return STAT_EAGAIN;
-  }
-
-  return status;
-}
-
-
-static float _compute_next_segment_velocity() {
-  if (ex.section == SECTION_BODY) return ex.segment_velocity;
-  return ex.segment_velocity + ex.forward_diff[4];
-}
-
-
-/*** Replan current move to execute hold
- *
- * Holds are initiated by the planner entering STATE_STOPPING.  In which case
- * _plan_hold() is called to replan the current move towards zero.  If it is
- * unable to plan to zero in the remaining length of the current move it will
- * decelerate as much as possible and then wait for the next move.  Once it
- * is possible to plan to zero velocity in the current move the remaining length
- * is put into the run buffer, which is still allocated, and the run buffer
- * becomes the hold point.  The hold is left by a start request in state.c.  At
- * this point the remaining buffers, if any, are replanned from zero up to
- * speed.
- */
-static void _plan_hold() {
-  mpBuf_t *bp = mp_get_run_buffer(); // working buffer pointer
-  if (!bp) return; // Oops! nothing's running
-
-  // Examine and process current buffer and compute length left for decel
-  float available_length = get_axis_vector_length(ex.final_target, ex.position);
-  // Compute next_segment velocity, velocity left to shed to brake to zero
-  float braking_velocity = _compute_next_segment_velocity();
-  // Distance to brake to zero from braking_velocity, bp is OK to use here
-  float braking_length = mp_get_target_length(braking_velocity, 0, bp);
-
-  // Hack to prevent Case 2 moves for perfect-fit decels.  Happens in
-  // homing situations.  The real fix: The braking velocity cannot
-  // simply be the ex.segment_velocity as this is the velocity of the
-  // last segment, not the one that's going to be executed next.  The
-  // braking_velocity needs to be the velocity of the next segment
-  // that has not yet been computed.  In the mean time, this hack will work.
-  if (available_length < braking_length && fp_ZERO(bp->exit_velocity))
-    braking_length = available_length;
-
-  // Replan to decelerate
-  ex.section = SECTION_TAIL;
-  ex.section_new = true;
-  ex.cruise_velocity = braking_velocity;
-  ex.hold_planned = true;
-
-  // Case 1: deceleration fits entirely into the length remaining in buffer
-  if (braking_length <= available_length) {
-    // Set to a tail to perform the deceleration
-    ex.exit_velocity = 0;
-    ex.tail_length = braking_length;
-
-    // Re-use bp+0 to be the hold point and to run the remaining block length
-    bp->length = available_length - braking_length;
-    bp->delta_vmax = mp_get_target_velocity(0, bp->length, bp);
-    bp->entry_vmax = 0;        // set bp+0 as hold point
-    bp->move_state = MOVE_NEW; // tell _exec to re-use the bf buffer
-
-  } else { // Case 2: deceleration exceeds length remaining in buffer
-    // Replan to minimum (but non-zero) exit velocity
-    ex.tail_length = available_length;
-    ex.exit_velocity =
-      braking_velocity - mp_get_target_velocity(0, available_length, bp);
-  }
-}
-
-
-/// Initializes move runtime with a new planner buffer
-static stat_t _exec_aline_init(mpBuf_t *bf) {
-  // copy in the gcode model state
-  memcpy(&ex.ms, &bf->ms, sizeof(MoveState_t));
-  bf->replannable = false;
-  report_request(); // Executing line number has changed
-
-  // Remove zero length lines.  Short lines have already been removed.
-  if (fp_ZERO(bf->length)) {
-    ex.active = false; // reset buffer
-    bf->nx->replannable = false; // prevent overplanning (Note 2)
-    mp_free_run_buffer(); // free buffer
-
-    return STAT_NOOP;
-  }
-
-  // Initialize move runtime
-  bf->move_state = MOVE_RUN;
-  ex.active = true;
-  ex.section = SECTION_HEAD;
-  ex.section_new = true;
-  ex.hold_planned = false;
-
-  copy_vector(ex.unit, bf->unit);
-  copy_vector(ex.final_target, bf->ms.target);
-
-  ex.head_length = bf->head_length;
-  ex.body_length = bf->body_length;
-  ex.tail_length = bf->tail_length;
-  ex.entry_velocity = bf->entry_velocity;
-  ex.cruise_velocity = bf->cruise_velocity;
-  ex.exit_velocity = bf->exit_velocity;
-
-  // Generate waypoints for position correction at section ends.  This helps
-  // negate floating point errors in the forward differencing code.
-  for (int axis = 0; axis < AXES; axis++) {
-    ex.waypoint[SECTION_HEAD][axis] =
-      ex.position[axis] + ex.unit[axis] * ex.head_length;
-
-    ex.waypoint[SECTION_BODY][axis] =
-      ex.position[axis] + ex.unit[axis] * (ex.head_length + ex.body_length);
-
-    ex.waypoint[SECTION_TAIL][axis] = ex.final_target[axis];
-  }
+  report_request(); // Position and possibly velocity have changed
 
   return STAT_OK;
 }
-
-
-/* Aline execution routines
- *
- * Everything here fires from interrupts and must be interrupt safe
- *
- * Returns:
- *
- *   STAT_OK        move is done
- *   STAT_EAGAIN    move is not finished - has more segments to run
- *   STAT_NOOP      cause no stepper operation - do not load the move
- *   STAT_xxxxx     fatal error.  Ends the move and frees the bf buffer
- *
- * This routine is called from the (LO) interrupt level.  The interrupt
- * sequencing relies on the correct behavior of these routines.
- * Each call to _exec_aline() must execute and prep *one and only one*
- * segment.  If the segment is not the last segment in the bf buffer the
- * _aline() returns STAT_EAGAIN. If it's the last segment it returns
- * STAT_OK.  If it encounters a fatal error that would terminate the move it
- * returns a valid error code.
- *
- * Notes:
- *
- * [1] Returning STAT_OK ends the move and frees the bf buffer.
- *     Returning STAT_OK at does NOT advance position meaning
- *     any position error will be compensated by the next move.
- *
- * [2] Solves a potential race condition where the current move ends but
- *     the new move has not started because the previous move is still
- *     being run by the steppers.  Planning can overwrite the new move.
- *
- * Operation:
- *
- * Aline generates jerk-controlled S-curves as per Ed Red's course notes:
- *
- *   http://www.et.byu.edu/~ered/ME537/Notes/Ch5.pdf
- *   http://www.scribd.com/doc/63521608/Ed-Red-Ch5-537-Jerk-Equations
- *
- * A full trapezoid is divided into 5 periods.  Periods 1 and 2 are the
- * first and second halves of the acceleration ramp (the concave and convex
- * parts of the S curve in the "head").  Periods 3 and 4 are the first
- * and second parts of the deceleration ramp (the tail).  There is also
- * a period for the constant-velocity plateau of the trapezoid (the body).
- * There are many possible degenerate trapezoids where any of the 5 periods
- * may be zero length but note that either none or both of a ramping pair can
- * be zero.
- *
- * The equations that govern the acceleration and deceleration ramps are:
- *
- *   Period 1    V = Vi + Jm * (T^2) / 2
- *   Period 2    V = Vh + As * T - Jm * (T^2) / 2
- *   Period 3    V = Vi - Jm * (T^2) / 2
- *   Period 4    V = Vh + As * T + Jm * (T^2) / 2
- *
- * These routines play some games with the acceleration and move timing
- * to make sure this actually work out.  move_time is the actual time of
- * the move, accel_time is the time value needed to compute the velocity -
- * taking the initial velocity into account (move_time does not need to).
- *
- * State transitions - hierarchical state machine:
- *
- * bf->move_state transitions:
- *
- *  from _NEW to _RUN on first call (sub_state set to _OFF)
- *  from _RUN to _OFF on final call or just remain _OFF
- */
-stat_t mp_runtime_exec_aline(mpBuf_t *bf) {
-  if (bf->move_state == MOVE_OFF) return STAT_NOOP; // No more moves
-
-  stat_t status = STAT_OK;
-
-  // Start a new move
-  if (!ex.active) {
-    status = _exec_aline_init(bf);
-    if (status != STAT_OK) return status;
-  }
-
-  // Main segment dispatch.  From this point on the contents of the bf buffer
-  // do not affect execution.
-  switch (ex.section) {
-  case SECTION_HEAD: status = _exec_aline_head(); break;
-  case SECTION_BODY: status = _exec_aline_body(); break;
-  case SECTION_TAIL: status = _exec_aline_tail(); break;
-  }
-
-  // There are 3 things that can happen here depending on return conditions:
-  //
-  //   status        bf->move_state      Description
-  //   -----------   --------------      ----------------------------------
-  //   STAT_EAGAIN   <don't care>        buffer has more segments to run
-  //   STAT_OK       MOVE_RUN            ex and bf buffers are done
-  //   STAT_OK       MOVE_NEW            ex done; bf must be run again
-  //                                     (it's been reused)
-  if (status != STAT_EAGAIN) {
-    ex.active = false;              // reset buffer
-    bf->nx->replannable = false;    // prevent overplanning (Note 2)
-    if (fp_ZERO(ex.exit_velocity)) ex.segment_velocity = 0;
-    // Note, _plan_hold() may change bf->move_state to reuse this buffer so it
-    // can plan the deceleration.
-    if (bf->move_state == MOVE_RUN) mp_free_run_buffer();
-  }
-
-  if (mp_get_state() == STATE_STOPPING &&
-      (status == STAT_OK || status == STAT_EAGAIN)) {
-    if (!ex.active && !ex.segment_velocity) mp_state_holding();
-    else if (ex.active && !ex.hold_planned) _plan_hold();
-  }
-
-  return status;
-}
-
-
-/// Dequeues buffer and executes move callback
-stat_t mp_runtime_exec_move() {
-  if (mp_get_state() == STATE_ESTOPPED) return STAT_MACHINE_ALARMED;
-  if (mp_get_state() == STATE_HOLDING) return STAT_NOOP;
-
-  mpBuf_t *bf = mp_get_run_buffer();
-  if (!bf) return STAT_NOOP; // nothing running
-  if (!bf->bf_func) return CM_ALARM(STAT_INTERNAL_ERROR);
-
-  return bf->bf_func(bf); // move callback
-}
index f726dc14ac182191b884a315712fcf45c17b1e80..66275afc9f756d2f09149f6ab43bd3624b65af31 100644 (file)
 
 #pragma once
 
-#include "buffer.h"
+#include "status.h"
 
 #include <stdbool.h>
 
 
 bool mp_runtime_is_busy();
+void mp_runtime_set_busy(bool busy);
 int32_t mp_runtime_get_line();
+void mp_runtime_set_line(int32_t line);
 float mp_runtime_get_velocity();
-void mp_runtime_set_steps_to_position();
+void mp_runtime_set_steps_from_position();
 void mp_runtime_set_position(uint8_t axis, const float position);
+float mp_runtime_get_position(uint8_t axis);
+float *mp_runtime_get_position_vector();
 float mp_runtime_get_work_position(uint8_t axis);
-float mp_runtime_get_absolute_position(uint8_t axis);
-void mp_runtime_set_work_offset(float offset[]);
-stat_t mp_runtime_exec_move();
-stat_t mp_runtime_exec_aline(mpBuf_t *bf);
+void mp_runtime_set_work_offsets(float offset[]);
+stat_t mp_runtime_move_to_target(float target[], float velocity, float time);
index 003f2983fc09d959607bff66f24bbbe2a0b42aec..40c99e2b19aee2b40e7da6e17a37fdf077cd5ff9 100644 (file)
@@ -33,6 +33,7 @@
 #include "runtime.h"
 #include "buffer.h"
 #include "arc.h"
+#include "stepper.h"
 
 #include "report.h"
 
@@ -120,7 +121,7 @@ bool mp_is_resuming() {return ps.resume_requested;}
 
 bool mp_is_quiescent() {
   return (mp_get_state() == STATE_READY || mp_get_state() == STATE_HOLDING) &&
-    !mp_runtime_is_busy();
+    !st_is_busy() && !mp_runtime_is_busy();
 }
 
 
@@ -185,7 +186,7 @@ void mp_state_callback() {
       // Reset to actual machine position.  Otherwise machine is set to the
       // position of the last queued move.
       for (int axis = 0; axis < AXES; axis++)
-        mach_set_position(axis, mp_runtime_get_absolute_position(axis));
+        mach_set_position(axis, mp_runtime_get_position(axis));
     }
 
     // Resume
index 3fe2bcd74bd3792d6439d78e45579a80578f0a99..69eee2b4d7fb10aae55066dab31d3144c790635d 100644 (file)
@@ -79,11 +79,9 @@ static struct pbProbingSingleton pb = {0};
  *
  * Another Note: When coding a cycle (like this one) you must wait
  * until the last move has actually been queued (or has finished)
- * before declaring the cycle to be done. Otherwise there is a nasty
- * race condition in the tg_controller() that will accept the next
- * command before the position of the final move has been recorded in
- * the Gcode model. That's what the call to mp_runtime_is_busy() is
- * about.
+ * before declaring the cycle to be done.  Otherwise there is a nasty
+ * race condition that will accept the next command before the position
+ * of the final move has been recorded in the Gcode model.
  */
 
 
@@ -220,7 +218,7 @@ stat_t mach_straight_probe(float target[], float flags[]) {
 /// main loop callback for running the homing cycle
 void mach_probe_callback() {
   // sync to planner move ends
-  if (!mach_is_probing() || mp_runtime_is_busy()) return;
+  if (!mach_is_probing() || mp_get_state() != STATE_READY) return;
 
   pb.func(); // execute the current homing move
 }
index a77393907e9557754d6115550513796fe804950c..15cb87110bffc0fc1cdf7bbcfa3ace0f15f068a8 100644 (file)
@@ -32,6 +32,7 @@
 #include "config.h"
 #include "machine.h"
 #include "plan/runtime.h"
+#include "plan/exec.h"
 #include "plan/command.h"
 #include "motor.h"
 #include "hardware.h"
@@ -86,7 +87,7 @@ uint8_t st_is_busy() {return st.busy;}
 /// Interrupt handler for calling move exec function.
 /// ADC channel 0 triggered by load ISR as a "software" interrupt.
 ISR(ADCB_CH0_vect) {
-  mp_runtime_exec_move();
+  mp_exec_move();
   ADCB_CH0_INTCTRL = 0;
   st.requesting = false;
 }
index 8876c90d5aa16f684ec43c959e3e1f836396abb6..e723bf79378eaa9eab818e46c39a889b7e5d8f98 100644 (file)
@@ -34,7 +34,7 @@
 #include "plan/buffer.h"
 
 
-float get_position(int index) {return mp_runtime_get_absolute_position(index);}
+float get_position(int index) {return mp_runtime_get_position(index);}
 float get_velocity() {return mp_runtime_get_velocity();}
 float get_speed() {return mach_get_spindle_speed();}
 float get_feed() {return mach_get_feed_rate();}