V dnešním článku si představíme FPGA rozširující karty od výrobce MESA, které jsou ideálním nástrojem zprostředkující komunikaci mezi počítačem, na kterém běží LinuxCNC a další elektronikou (například ovladači krokových motorů). Tyto karty nám oproti jiným rozšiřujícím deskám (angl. break-out board) přináší nesporné výhody a určitě by byly první volbou pro ty z Vás, kteří by chtěli postavit nějakou robustnější mašinu s náročnějšími funkcemi (například automatická výměna nástrojů).

Srovnání s klasickou rozšiřují deskou

S klasickou rozšiřující deskou komunikujeme nejčastěji přes paralelní port (LPT) počítače nebo USB. Bohužel USB port nejde s LinuxemCNC. Je to proto, že výpočty v LinuxCNC běží v reálném čase a jeho spolehlivý přístup na periferie I/O je přes USB port velice náročné vyrobit, protože nenabízí přímý přístup k pinům.
Zapojení a nastavení klasických rozšiřujících desek bych ale nechal na další článek, takže bych tu nezabíhal do podrobností.

Největší rozdíl mezi MESA FPGA kartami a klasickou rozšiřovací deskou je ten, že MESA karty mají v sobě zabudovaný FPGA čip (FPGA – programovatelná hradlová pole), který dokáže paralizovat logické operace a pomáhá přenést část výpočetního výkonu na kartu. Například nám vygeneruje rychlejší a čistší pulzy pro drivery nebo sleduje polohu enkodéru jehož hodnoty si z PC jen přečteme. Díky tomu není tolik podstatné jaký máme na počítači jitter vlákna v latency testu v LinuxCNC. To znamená, že i když máme pomalejší počítač, nemělo by nás to omezovat v nějakých náročnějších aplikacích.
Další výhodou je, že všechny piny jsou plně programovatelné a jakýkoliv může být vstupní i výstupní.

Karty můžeme připojit k počítači pomocí PCI, PCIe, Ethernetu, SPI nebo LPT.
K MESA FPGA kartám lze připojit další dceřiné karty. Ty se většinou starají o výkonovou část, tzn. rozdělení výstupů na ovladače krokových motorů, vřetena, nebo dalších I/O pinů.

Trochu si přiblížíme nejvíce používané MESA karty 5i25, používanou s dceřinou kartou 7i76 a dále samostatnou kartu 7i76e, připojenou přes ethernet.

MESA FGPA 5i25

Tato karta je jakousi univerzální, snadno programovatelnou, FPGA kartou, kterou do PC připojíme přes PCI sběrnici. Takto karta vypadá.

MESA FPGA 5i25

Nabízí 34 I/O pinů a FPGA čip Spartan6.
Výstupní konektor je kompatibilní s paralelním portem, takže na ni můžete připojit již fungující CNC router s ovladači a klasickou rožšiřují deskou přes paralelní port.

Pro její instalaci na PC je nutno stáhnout ze stránek MESA http://www.mesanet.com/ HOSTMOT firmware.

Cena této karty je 89$ bez poštovného (03/2020).

MESA 7i76

Tato karta je vlastně podobná klasické rozšiřovací desce a používají se nejčastě s 5i25 dohromady a komunikují spolu přes paralelní port.
Má na sobě připravenou STEP/DIR komunikaci s 5ti krokovými motory, enkodérem, RS422 sériovou komunikaci, ovládání vřetena a 48 I/O pinů, využitelné například pro koncové snímače nebo ovládání ventilů. Na této kartě, stejně jako na MESA kartách obecně je relativně dost propojek, kterými je možné nastavit určité chování karty. Jedním z příkladů může být napájení. Pokud máte na kartu připojené například krokové nebo jinou výkonovou elektroniku, karta musí být napájena příslušným napětím, například 12V nebo 24V.
Pro logickou část musí být karta nápajena také 5V signálem. Ten je možné zajistit připojením externího 5V zdroje nebo přehozením propojky na kartě. Až se budete vztekat proč vám do karty nejde signál, tohle může být jedna z příčin (stalo se mi). Proto je potřeba prostudovat manuál po zakoupení karty.

MESA 7i76

Cena této karty je 119$ bez poštovného (03/2020).

Tady je ještě obrázek propojeni 5i25 + 7i76. Je vidět, že jsou jedna ruka smile

MESA 5i25 + 7i76

MESA 7i76e

Tato karta v sobě kombinuje FPGA 5i25 a 7i76, to znamená, že má na sobě, jak logickou tak výkonovou část.
Přístup na ni je možný přes ethernetový konektor. Takže nemusí řešit PCI a paralelní port z další karty, ale můžeme to z PC zapojit na přímo.

MESA 7i76e

Nebude fungovat na starším RTAI kernelu, pouze na novějším RT-PREEMPT, případně byste si pro to museli dopsat firmware.
Jinak si samozřejmě opět budete muset stáhnout patřičný firmware ze stránek MESA.

Jinak má karta podobnou výkovou výbavu jako její kolegyně 7i76.


Cena této karty je 199$ bez poštovného (03/2020).

Závěr

Pokud si plánujete postavit robustní CNC router, do budoucna dobře rozšiřitelný, MESA karty jsou určitě dobrá volba. Přestože oproti klasickým rozšiřujícím kartám bude investice do nich o něco vyšší, určitě se vyplatí.