HAL Grundlagen

This document provides a reference to the basics of HAL.

1. HAL Befehle

More detailed information can be found in the man page for halcmd: run man halcmd in a terminal window.

Um die HAL-Konfiguration zu sehen und den Status von Pins und Parametern zu überprüfen, verwenden Sie das Fenster HAL-Konfiguration im Menü Maschine in AXIS. Um den Status eines Pins zu überwachen, öffnen Sie die Registerkarte "Überwachen" und klicken Sie auf jeden Pin, den Sie überwachen möchten; er wird dann zum Überwachungsfenster hinzugefügt.

Figure 1. HAL-Konfigurationsfenster

1.1. loadrt

The command loadrt loads a real time HAL component. Real time component functions need to be added to a thread to be updated at the rate of the thread. You cannot load a non-realtime component into the realtime space.

loadrt Syntax und Beispiel

loadrt <component> <options>
loadrt mux4 count=1

1.2. addf

The addf command adds a function to a real-time thread. If the StepConf wizard was used to create the configuration, two threads have been created (``base-thread`` and ``servo-thread``).

addf fügt Funktion Funktionsname zu Thread Threadname hinzu. Standardmäßig wird die Funktion in der Reihenfolge hinzugefügt, in der sie in der Datei steht. Wenn Position angegeben ist, wird die Funktion an dieser Stelle des Threads hinzugefügt. Eine negative Position gibt die Position in Bezug auf das Ende des Threads an. Zum Beispiel 1 ist der Anfang des Threads, -1 ist das Ende des Threads, -3 ist das dritte Ende vom Ende.

Bei einigen Funktionen ist es wichtig, dass sie in einer bestimmten Reihenfolge geladen werden, wie z. B. die Parport-Lese- und Schreibfunktionen. Der Funktionsname ist normalerweise der Komponentenname plus eine Zahl. Im folgenden Beispiel wird die Komponente "or2" geladen und show function zeigt den Namen der or2-Funktion an.

$ halrun
halcmd: loadrt or2
halcmd: show function
Exported Functions:
Owner   CodeAddr  Arg       FP   Users  Name
 00004  f8bc5000  f8f950c8  NO       0   or2.0

You have to add a function from a HAL real time component to a thread to get the function to update at the rate of the thread. Usually there are two threads as shown in this example.

Note	The `FP` column and the `uses_fp` parameter are deprecated. All threads now unconditionally save and restore floating point state. The `fp`/`nofp` distinction will be removed in a future version.

$ halrun
halcmd: loadrt motmod base_period_nsec=55555 servo_period_nsec=1000000 num_joints=3
halcmd: show thread
Realtime Threads:
     Period  FP     Name               (     Time, Max-Time )
     995976  YES          servo-thread (        0,        0 )
      55332  YES           base-thread (        0,        0 )

base-thread (the high-speed thread): This thread handles items that need a fast response, like making step pulses, and reading and writing the parallel port.
servo-thread (the slow-speed thread): This thread handles items that can tolerate a slower response, like the motion controller, ClassicLadder, and the motion command handler.

addf Syntax und Beispiel

addf <function> <thread>
addf mux4.0 servo-thread

1.3. initf

The initf command registers a function to run once in realtime context, on a dedicated init cycle of the thread before the cyclic function list runs. It is the realtime-thread analogue of addf, intended for one-shot setup that must execute in the realtime task (for example EtherCAT master activation via lcec.0.activate).

initf adds function functname to the init list of thread threadname. The init list runs once on the first cycle after start, then is drained. The cyclic list begins on the following period. Once the init cycle has run, further initf calls on that thread are rejected. position has the same meaning as in addf.

initf Syntax and Example

initf <function> <thread>
initf lcec.0.activate servo-thread

1.4. loadusr

The command loadusr loads a non-realtime HAL component. Non-realtime programs are their own separate processes, which optionally talk to other HAL components via pins and parameters. You cannot load realtime components into non-realtime space.

Flags können eine oder mehrere der folgenden sein:

-W	um auf die Bereitschaft der Komponente zu warten. Es wird davon ausgegangen, dass die Komponente denselben Namen hat wie das erste Argument des Befehls.
-Wn <Name>	um auf die Komponente zu warten, die den angegebenen <Name> haben wird. Dies gilt nur, wenn die Komponente eine Namensoption hat.
-w	um zu warten, bis das Programm beendet wird
-i	um den Rückgabewert des Programms zu ignorieren (mit -w)
-n	Benennt eine Komponente, sofern dies eine zulässige Option für diese Komponente ist.

Syntax und Beispiele für loadusr

loadusr <component> <options>
loadusr halui
loadusr -Wn spindle gs2_vfd -n spindle

Auf Deutsch bedeutet es loadusr wartet auf Name Spindel Komponente gs2_vfd mit Namen Spindel.

1.5. net

The command net creates a connection between a signal and one or more pins. If the signal does not exist net creates the new signal. This replaces the need to use the command newsig. The optional direction arrows <=, => and <=> make it easier to follow the logic when reading a net command line and are not used by the net command. The direction arrows must be separated by a space from the pin names.

Syntax und Beispiele für net

net signal-name pin-name <optional arrow> <optional second pin-name>
net home-x joint.0.home-sw-in <= parport.0.pin-11-in

Im obigen Beispiel ist home-x der Signalname, joint.0.home-sw-in ist ein Direction IN-Pin, <= ist der optionale Richtungspfeil, und parport.0.pin-11-in ist ein Direction OUT-Pin. Dies mag verwirrend erscheinen, aber die Bezeichnungen "in" und "out" für einen Parallelport-Pin geben die physikalische Funktionsweise des Pins an, nicht wie er in HAL gehandhabt wird.

Ein Pin kann mit einem Signal verbunden werden, wenn er die folgenden Regeln beachtet:

Ein IN-Pin kann immer mit einem Signal verbunden werden.
Ein IO-Pin kann angeschlossen werden, sofern kein ein OUT-Pin am Signal anliegt.
Ein OUT-Pin kann nur angeschlossen werden, wenn es keine anderen OUT- oder IO-Pins am Signal gibt.

Derselbe Signal-Name kann in mehreren Netzbefehlen verwendet werden, um zusätzliche Pins zu verbinden, solange die obigen Regeln beachtet werden.

Figure 2. Signalrichtung (engl. signal direction)

Dieses Beispiel zeigt das Signal xStep mit der Quelle stepgen.0.out und mit zwei Lesern, parport.0.pin-02-out und parport.0.pin-08-out. Im Grunde genommen wird der Wert von stepgen.0.out an das Signal xStep gesendet und dieser Wert wird dann an parport.0.pin-02-out und parport.0.pin-08-out gesendet.

#   Signal    Ursprung           Destination          Destination
net xStep stepgen.0.out => parport.0.pin-02-out parport.0.pin-08-out

Da das Signal xStep den Wert von stepgen.0.out (die Quelle/Ursprung (engl. source) ) enthält, können Sie dasselbe Signal erneut verwenden, um den Wert an einen anderen Leser zu senden. Verwenden Sie dazu einfach das Signal mit den Lesern in einer anderen Zeile.

#   Signal       Destination2
net xStep => parport.0.pin-06-out

E/A-Pins (engl. I/O Pins)

Ein E/A-Pin wie ein Encoder. N.index-enable kann gelesen oder so eingestellt werden, wie es die Komponente zulässt.

1.6. setp

The command setp sets the value of a pin or parameter. The valid values will depend on the type of the pin or parameter. It is an error if the data types do not match.

Einige Komponenten haben Parameter, die vor der Verwendung eingestellt werden müssen. Die Parameter können je nach Bedarf vor der Verwendung oder während der Ausführung gesetzt werden. Sie können setp nicht auf einen Pin anwenden, der mit einem Signal verbunden ist.

Syntax und Beispiele für setp

setp <pin/parameter-name> <value>
setp parport.0.pin-08-out TRUE

1.7. sets

The command sets sets the value of a signal.

Syntax und Beispiele für sets

sets <signal-name> <value>
net mysignal and2.0.in0 pyvcp.my-led
sets mysignal 1

Es ist ein Fehler, wenn:

Der Signal-Name existiert nicht
Wenn das Signal bereits einen Schreiber (engl. writer) hat
Wenn Wert nicht der richtige Typ für das Signal ist

1.8. unlinkp

The command unlinkp unlinks a pin from the connected signal. If no signal was connected to the pin prior running the command, nothing happens. The unlinkp command is useful for trouble shooting.

Syntax und Beispiele für unlinkp

unlinkp <pin-name>
unlinkp parport.0.pin-02-out

1.9. Veraltete Befehle

Die folgenden Befehle sind veraltet und werden möglicherweise aus zukünftigen Versionen entfernt. Jede neue Konfiguration sollte den Befehl net verwenden. Diese Befehle sind enthalten, damit ältere Konfigurationen noch funktionieren.

1.9.1. linksp (veraltet)

Der Befehl linksp stellt eine Verbindung (engl. connection) zwischen einem Signal und einem Pin her.

Syntax und Beispiele für linksp

linksp <signal-name> <pin-name>
linksp X-step parport.0.pin-02-out

The linksp command has been superseded by the net command.

1.9.2. linkps (veraltet)

Der Befehl linkps stellt eine Verbindung zwischen einem Pin und einem Signal her. Er ist der gleiche wie linksp, aber die Argumente sind umgekehrt.

Syntax und Beispiele für linkps

linkps <pin-name> <signal-name>
linkps parport.0.pin-02-out X-Step

The linkps command has been superseded by the net command.

1.9.3. newsig

der Befehl newsig erzeugt ein neues HAL-Signal mit dem Namen <signame> und dem Datentyp <type>. Der Typ muss bit, s32, u32, s64, u64 oder float sein. Es ist ein Fehler, wenn <signame> bereits existiert.

Syntax und Beispiele für newsig

newsig <signame> <type>
newsig Xstep bit

Weitere Informationen finden Sie im HAL-Handbuch oder in den Man Pages für halrun.

2. HAL Daten

2.1. Bit

A bit value is an on or off.

bit values = true oder 1 und false oder 0 (True, TRUE, oder true sind alles gültige Werte)

2.2. Gleitkommazahl (engl. float)

A float is a floating point number. In other words the decimal point can move as needed.

Float-Werte = ein 64-Bit-Fließkommawert mit einer Auflösung von etwa 53 Bit und einem Dynamikbereich von über 2¹⁰ (etwa 1000) Bit.

Weitere Informationen über Gleitkommazahlen finden Sie unter:

https://en.wikipedia.org/wiki/Floating_point

2.3. s32

An s32 number is a whole number that can have a negative or positive value.

s32-Werte = ganzzahlige Werte von -2147483648 bis 2147483647

2.4. u32

A u32 number is a whole number that is positive only.

u32-Werte = Ganzzahlige Zahlen von 0 bis 4294967295

2.5. s64

An s64 number is a whole number that can have a negative or positive value.

s64-Werte = ganzzahlige Werte von -9.223.372.036.854.775.808 bis -9.223.372.036.854.775.807

2.6. u64

A u64 number is a whole number that is positive only.

u64-Werte = Ganzzahlige Zahlen von 0 bis 18.446.744.073.709.551.615

3. HAL Dateien

If you used the Stepper Config Wizard to generate your config you will have up to three HAL files in your config directory.

my-mill.hal (wenn Ihre Konfiguration my-mill heißt) Diese Datei wird zuerst geladen und sollte nicht geändert werden, wenn Sie den Stepper-Konfigurationsassistenten verwendet haben.
custom.hal Diese Datei wird als nächstes und vor dem Laden der grafischen Benutzeroberfläche geladen. Hier legen Sie Ihre benutzerdefinierten HAL-Befehle ab, die vor dem Laden der grafischen Benutzeroberfläche geladen werden sollen.
custom_postgui.hal Diese Datei wird geladen, nachdem die grafische Benutzeroberfläche geladen wurde. Hier werden die benutzerdefinierten HAL-Befehle abgelegt, die nach dem Laden der grafischen Benutzeroberfläche geladen werden sollen. Alle HAL-Befehle, die PyVCP-Widgets verwenden, müssen hier abgelegt werden.

4. HAL Parameter

One pin and two parameters are automatically added to each HAL component when it is created. These allow you to scope the execution time of a component.

`.time`	Pin time shows in ns how long it took to execute the function.
`.tmax`	Parameter tmax is the maximum time in ns it took to execute the function.
`.tmax-increased`	This parameter is set to true for one cycle if tmax increased.

tmax" ist ein Lese-/Schreibparameter, so dass der Benutzer ihn auf 0 setzen kann, um die erste Initialisierung der Ausführungszeit der Funktion loszuwerden.

5. Grundlegende Logik-Komponenten

HAL contains several real time logic components. Logic components follow a Truth Table that states what the output is for any given input. Typically these are bit manipulators and follow electrical logic gate truth tables.

Für weitere Komponenten siehe HAL Components List oder die man pages.

5.1. and2

The and2 component is a two input and-gate. The truth table below shows the output based on each combination of input.

Syntax

and2 [count=N] | [names=name1[,name2...]]

Funktionen

and2.n

Pins

and2.N.in0 (bit, in)
and2.N.in1 (bit, in)
and2.N.out (bit, out)

Table 1. Wahrheitstabelle von `and2`
in0	in1	out
False	False	False
True	False	False
False	True	False
True	True	True

5.2. not

The not component is a bit inverter.

Syntax

not [count=n] | [names=name1[,name2...]]

Funktionen

not.all
not.n

Pins

not.n.in (bit, in)
not.n.out (bit, out)

Table 2. Wahrheitstabelle von `not`
in	out
True	False
False	True

5.3. or2

The or2 component is a two input or-gate.

Syntax

or2[count=n] | [names=name1[,name2...]]

Funktionen

or2.n

Pins

or2.n.in0 (bit, in)
or2.n.in1 (bit, in)
or2.n.out (bit, out)

Table 3. or2 Wahrheitstabelle
in0	in1	out
True	False	True
True	True	True
False	True	True
False	False	False

5.4. xor2

The xor2 component is a two input xor (exclusive or)-gate.

Syntax

xor2[count=n] | [names=name1[,name2...]]

Funktionen

xor2.n

Pins

xor2.n.in0 (bit, in)
xor2.n.in1 (bit, in)
xor2.n.out (bit, out)

Table 4. xor2-Wahrheitstabelle
in0	in1	out
True	False	True
True	True	False
False	True	True
False	False	False

6. Logik-Beispiele

.Example using and2

loadrt and2 count=1
addf and2.0 servo-thread
net my-sigin1 and2.0.in0 <= parport.0.pin-11-in
net my-sigin2 and2.0.in1 <= parport.0.pin-12-in
net both-on parport.0.pin-14-out <= and2.0.out

In dem obigen Beispiel wird eine Kopie von and2 in den Echtzeitbereich geladen und dem Servo-Thread hinzugefügt. Als nächstes wird pin-11 des parallelen Anschlusses mit dem in0-Bit des and-Gatters verbunden. Als nächstes wird pin-12 mit dem in1-Bit des and-Gatters verbunden. Zuletzt verbinden wir das Ausgangsbit "and2" mit dem parallelen Anschluss pin-14. Wenn also nach der Wahrheitstabelle für and2 Pin 11 und Pin 12 eingeschaltet sind, dann ist der Ausgangs-Pin 14 eingeschaltet.

7. Umwandlungs (engl. conversions)-Komponenten

7.1. weighted_sum

The weighted sum converts a group of bits into an integer. The conversion is the sum of the weights of the bits present plus any offset. It’s similar to binary coded decimal but with more options. The hold bit interrupts the input processing, so that the sum value no longer changes.

Syntax für das Laden der Komponente weighted_sum

loadrt weighted_sum wsum_sizes=size[,size,...]

Erzeugt Gruppen von ``weighted_sum``s, jede mit der angegebenen Anzahl von Eingabebits (Größe).

Um die "weighted_sum" zu aktualisieren, muss der "process_wsums" an einen Thread angehängt werden.

Hinzufügen von process_wsums zum Servo-Thread

addf process_wsums servo-thread

Which updates the weighted_sum component.

Im folgenden Beispiel, einer Kopie des AXIS HAL Konfigurationsfensters, sind die Bits 0 und 2 TRUE, sie haben keinen Offset. Das Gewicht ("weight") von Bit 0 ist 1, das von Bit 2 ist 4, die Summe ist also 5.

Table 5. Komponenten-Pins von `weighted_sum`
Eigentümer (engl. owner)	Typ	Richt	Wert	Name
10	bit	In	TRUE	`wsum.0.bit.0.in`
10	s32	E/A (engl. I/O)	1	`wsum.0.bit.0.weight`
10	bit	In	FALSE	`wsum.0.bit.1.in`
10	s32	E/A (engl. I/O)	2	`wsum.0.bit.1.weight`
10	bit	In	TRUE	`wsum.0.bit.2.in`
10	s32	E/A (engl. I/O)	4	`wsum.0.bit.2.weight`
10	bit	In	FALSE	`wsum.0.bit.3.in`
10	s32	E/A (engl. I/O)	8	`wsum.0.bit.3.weight`
10	bit	In	FALSE	`wsum.0.hold`
10	s32	E/A (engl. I/O)	0	`wsum.0.offset`
10	s32	Out	5	`wsum.0.sum`