为了毕设做打印机研究3D打印机啊。

1 Marlin

Marlin是一种3D打印机的固件(Firmware)。所谓固件，就是刷进开发板（或者单片机，比如Arduino）的程序。我们用Arduino的时候，上传的程序就是固件。3D打印机有很多类型的，比如Makerbot，Ultimaker，ZCorp等等。其中最简便最普及的是Reprap的。Reprap是一类打印机，其中很多不同型号，其中比较有名的像Mendel, Prusa, Huxley。而它们共同的特点是由Reprap社区开发的，大多是开源的，自复制的。因此非常便于DIY和改装。

固件也是有很多种的，比较有名的就是Grbl，Sprinter,Teacup等等。Marlin是基于Grbl和Sprinter开发的，这两年非常的活跃。支持的板子和LCD型号极为丰富。参考一下Github上几种固件的活跃度。所以选择了这个固件来修改。

2. 初级配置

一般把Marlin拿过来用呢，改几个宏的参数就可以烧固件了。这在Marlin的文档中写的很清楚。我们改Configuration.h这个文件就可以了。

涉及到以下内容：

• 打印机的驱动形式，Cartesian(最普通的), Delta(三角式的), CoreXY（一种比较紧凑的平面驱动方式）还是SCARA（机械臂？）
• 驱动板，RAMPS? RUMBA? MKS?…….
• 有多少个挤出头？
• xyz轴的步长和速度？
• endstop在哪里？
• 温度设定?
• LCD的型号？

这些都在Configuration.h中以宏的方式定义。举个例子，有一段长这样：

这个就是在定义XYZ的范围了。

稍微再深入一点的可以改Configuration_adv.h和针脚的文件比如pin_RAMPS.h(假设正在用ramps)

比如有这么一个功能，可以在某个方向上有两个步进电机。还可以有两个打印头。

3. 深入修改

改代码。

有时候会涉及到需要修改GCode定义的情况，以我举例。

原来GCode中G0代码只能控制四个轴：XYZE，比如这样：

但是我在做的3DP原理的打印机还需要另外单独控制两个轴：供料平台W和扫子S，所以希望可以有这样的Gcode：

这就必须修改原始代码了。有两种方式顺藤摸瓜：

1. 从最上层开始，看setup()和loop()是如何调用的。
2. 搜索法，比如可以搜索G0，看看G0代码如何被处理。也可以搜索X_以及_X，看和XYZ轴相关的都有什么代码。

比如看loop()，发现用process_next_command()处理指令的。跳进去找到处理G0的叫做gcode_G0_G1()，这里面有两个相关方法gcode_get_destination()和prepare_move_to_destination()。
前一个仅仅是解析指令，把目标位置存到destination[XYZE]中。这里我们就需要修改了，原来XYZE定义为4，但我们需要让它是6。同样还要改LOOP_XYZE(i)这个预定义的循环，让它遍历6次。LOOP_XYZE(i)定义的上面正好写了轴的枚举，同样加上W_AXIS和S_AXIS
后一个又调用了两个，prepare_move_to_destination_cartesian()和set_current_to_destination()，后一个仅仅是一个内联函数，把destination拷到current中。

prepare_move_to_destination_cartesian()调用了line_to_destination()，而它是一个内联函数，实际使用的planner.buffer_line()

终于到了一个关键点，我们发现有一个叫planner的类，它其实就是做运动规划的一个类。planner.buffer_line()参数列表里只有XYZE四个轴，那么我们必须从这里开始修改这个函数了，让它再接受两个轴：W和S。

继续看，planner.buffer_line()调用了_buffer_line()，这个函数很长，在把各轴的运动目标放进buffer准备让stepper移动。通读一遍这个函数，把有XYZ的地方复制一下变成WS。
回头看一眼planner这个类，似乎里面还有几个方法比如_set_position_mm()，也是仅仅接受XYZE四个轴，虽然我们不知道谁调用了它，但保险起见同样修改一下吧。

到这里似乎线索断了，我们只是处理了运动目标啊，还没有让步进电机动啊！

我是强行搜索的X/Y/Z，看哪里有它们。最后发现了一个stepper.h/stepper.cpp的类，顾名思义是控制步进电机的！
读了一下发现了非常神奇的事情，在Marlin里步进电机的控制不是用我们平常arduino里在loop()中用digitalWrite(Pin, HIGH)的方法做的，而是用ISR(Interupt Service Routines)做的。事情一下子复杂起来。
尝试理解了一下，大概是说Arduino内部有一个timer，以很高的频率处理，我们可以直接利用这个timer控制程序。用ISR来控制步进电机，就可以让步进电机每隔一定时间走一步，所以其实是相当于步进电机有一个独立的线程控制运动，或者说相当于有第二个loop()处理步进电机运动。同样，Marlin里侦测温度也用了一个ISR，也就是还有一个线程处理温度侦测。

于是通读一遍stepper.h/stepper.cpp，把有XYZ的地方统统加上WS。

当然只改这些还不够，又强行搜索X/Y/Z，在Conditionals_post.h，Marlin.h，Marlin_main.cpp，stepper_indirection.h等等地方又修改了一些。最后的代码可以参考Marlin Forked by maajor，看第一次提交的修改就可以了。

最后总结一下，如果想要修改GCode定义需要作的事情，以G0为例：

• 从gcode_G0_G1()开始，查看它的调用。更改对应函数。这一部分代码在解析GCode并得到运动目标。
• 修改stepper.h/stepper.cpp，由于具体运动部分是ISR处理的，无法通过查看调用的方式得到，所以需要直接读ISR的代码，修改相关函数。
• 强行搜索X_，_X查缺补漏增加宏定义。由于一般宏的命名都是包含_X _Y _Z，或者X_ Y_ Z_的，所以能找到。

很开心，修改完成以后发现G92，用来位置归0的也是可以多两个轴的。但是M114获取当前位置，还需要顺藤摸瓜看看代码，修改一下才能显示另外几个轴的数据。

参考资料：

MarlinFirware on Github
Marlin Forked by Maajor
Configuring Marlin
Marlin GCode
Arduino教程——外部中断的使用
自己控制 timer1 計時器定時做多件事(教程, 設定timer1 定时器)