Introduction à HAL

Il ne sera pas nécessaire au constructeur de machine de se soucier du fonctionnement de chacun des organes, il les traitera comme des boîtes noires. Durant la phase de conception, il décide des éléments qu’il va utiliser, par exemple, moteurs pas à pas ou servomoteurs, quelle marque pour les amplis de puissance, quels types d’interrupteurs de fin de course et combien il en faudra, etc. La décision d’intégrer tel ou tel élément spécifique plutôt qu’un autre, repose sur ce que doit faire cet élément et sur ses caractéristiques fournies par le fabricant. La taille des moteurs et la charge qu’ils doivent supporter affectera le choix des interfaces de puissance nécessaires pour les piloter. Le choix de l’ampli affectera le type des signaux de retour demandés ainsi que le type des signaux de vitesse et de position qui doivent lui être transmis.

Dans le monde de HAL, l’intégrateur doit décider quels composants de HAL sont nécessaires. Habituellement, chaque carte d’interface nécessite un pilote. Des composants supplémentaires peuvent être demandés, par exemple, pour la génération logicielle des impulsions d’avance, les fonctionnalités des automates programmables, ainsi qu’une grande variété d’autres tâches.

Le créateur d’un système matériel, ne sélectionnera pas seulement les éléments, il devra aussi étudier comment ils doivent être interconnectés. Chaque boîte noire dispose de bornes, deux seulement pour un simple contact, ou plusieurs douzaines pour un pilote de servomoteur ou un automate. Elles doivent être câblées entre elles. Les moteurs câblés à leurs interfaces de puissance, les fins de course câblés au contrôleur et ainsi de suite. Quand le constructeur de machine commence à travailler sur le câblage, il crée un grand plan de câblage représentant tous les éléments de la machine ainsi que les connections qui les relient entre eux.

En utilisant HAL, les composants sont interconnectés par des signaux . Le concepteur peut décider quels signaux sont nécessaires et à quoi ils doivent être connectés.

Une fois que le plan de câblage est complet, il est possible de construire la machine. Les pièces sont achetées et montées, elles peuvent alors être câblées et interconnectées selon le plan de câblage. Dans un système physique, chaque interconnexion est un morceau de fil qui doit être coupé et raccordé aux bornes appropriées.

HAL fournit un bon nombre d’outils d’aide à la construction d’un système HAL. Certains de ces outils permettent de connecter (ou déconnecter) un simple fil. D’autres permettent d’enregistrer une liste complète des organes, du câblage et d’autres informations à propos du système, de sorte qu’il puisse être reconstruit d’une simple commande.

Très peu de machines marchent bien dès la première fois. Lors des tests, le technicien peut utiliser un appareil de mesure pour voir si un fin de course fonctionne correctement ou pour mesurer la tension fournie aux servomoteurs. Il peut aussi brancher un oscilloscope pour examiner le réglage d’une interface ou pour rechercher des interférences électriques et déterminer leurs sources. En cas de problème, il peut s’avérer indispensable de modifier le plan de câblage, peut être que certaines pièces devront être re-câblées différemment, voir même remplacées par quelque chose de totalement différent.

HAL fournit les équivalents logiciels du voltmètre, de l’oscilloscope, du générateur de signaux et les autres outils nécessaires à la mise au point et aux réglages d’un système. Les même commandes utilisées pour construire le système, seront utilisées pour faire les changements indispensables.

Ce document est destiné aux personnes déjà capables de concevoir ce type de réalisation matérielle, mais qui ne savent pas comment connecter le matériel à LinuxCNC, par exemple pour une commande distante telle que décrite dans la documentation de Halui.

La conception de matériel, telle que décrite précédemment, s’arrête à l’interface de contrôle. Au delà, il y a un tas de boîtes noires, relativement simples, reliées entre elles pour faire ce qui est demandé. À l’intérieur, un grand mystère, c’est juste une grande boîte noire qui fonctionne, nous osons l’espérer.

HAL étend cette méthode traditionnelle de conception de matériel à l’intérieur de la grande boîte noire. Il transforme les pilotes de matériels et même certaines parties internes du matériel, en petites boîtes noires pouvant être interconnectées, elles peuvent alors remplacer le matériel externe. Il permet au plan de câblage de faire voir une partie du contrôleur interne et non plus, juste une grosse boîte noire. Plus important encore, il permet à l’intégrateur de tester et de modifier le contrôleur en utilisant les mêmes méthodes que celles utilisées pour le reste du matériel.

Les termes tels que moteurs, amplis et codeurs sont familiers aux intégrateurs de machines. Quand nous parlons d’utiliser un câble extra souple à huit conducteurs blindés pour raccorder un codeur de position à sa carte d’entrées placée dans l’ordinateur. Le lecteur comprend immédiatement de quoi il s’agit et se pose la question, quel type de connecteurs vais-je devoir monter de chaque côté de ce câble ? Le même genre de réflexion est indispensable pour HAL mais le cheminement de la pensée est différent. Au début les mots utilisés par HAL pourront sembler un peu étranges, mais ils sont identiques au concept de travail évoluant d’une connexion à la suivante.

HAL repose sur une seule idée, l’idée d'étendre le plan de câblage à l’intérieur du contrôleur. Si vous êtes à l’aise avec l’idée d’interconnecter des boîtes noires matérielles, vous n’aurez sans doute aucune difficulté à utiliser HAL pour interconnecter des boites noires logicielles.

C'était une grande série de boites de construction en métal, des tôles perforées, plates ou en cornières, toutes avaient des trous régulièrement espacés. Vous pouviez concevoir des tas de choses et les monter avec ces éléments maintenus entre eux par des petits boulons.

J’ai eu ma première boîte Erector pour mon quatrième anniversaire. Je sais que la boîte était prévue pour des enfants beaucoup plus âgés que moi. Peut être que mon père se faisait vraiment un cadeau à lui même. J’ai eu une période difficile avec les petites vis et les petits écrous. J’ai vraiment eu envie d’avoir quatre bras, un pour visser avec le tournevis, un pour tenir la vis, les pièces et l'écrou. En persévérant, de même qu’en agaçant mon père, j’ai fini par avoir fait tous les montages du livret. Bientôt, je lorgnais vers les plus grandes boîtes qui étaient imprimées sur ce livret. Travailler avec ces pièces de taille standard m’a ouvert le monde de la construction et j’ai bientôt été au delà des projets illustrés.

Les composants Hal ne sont pas tous de même taille ni de même forme mais ils permettent d'être regroupés en larges unités qui feront bien du travail. C’est dans ce sens qu’ils sont comme les pièces d’un jeu Erector. Certains composants sont longs et minces. Ils connectent essentiellement les commandes de niveau supérieur aux physical pins. D’autres composants sont plus comme les plateformes rectangulaires sur lesquelles des machines entières pourraient être construites. Un intégrateur parviendra rapidement au delà des brefs exemples et commencera à assembler des composants entre eux d’une manière qui lui sera propre.

Le jouet en bois Tinkertoys est plus humain que l’acier froid de l’Erector. Le cœur de la construction avec TinkerToys est un connecteur rond avec huit trous équidistants sur la circonférence. Il a aussi un trou au centre, perpendiculaire aux autres trous répartis autour du moyeu.

Les moyeux pouvaient être connectés avec des tiges rondes de différentes longueurs. Le constructeur pouvait faire une grosse roue à l’aide de rayons qui partaient du centre.

Mon projet favori était une station spatiale rotative. De courtes tiges rayonnaient depuis les trous du moyeu central et étaient connectées avec d’autres moyeux aux extrémités des rayons. Ces moyeux extérieurs étaient raccordés entre eux avec d’autres rayons. Je passais des heures à rêver de vivre dans un tel dispositif, marchant de moyeu en moyeu et sur la passerelle extérieure qui tournait lentement à cause de la gravité dans l’espace en état d’apesanteur. Les provisions circulaient par les rayons et les ascenseur qui les transféraient dans la fusée arrimée sur le rayon central pendant qu’on déchargeait sa précieuse cargaison.

L’idée qu’une pin ou qu’un component est la plaque centrale pour de nombreuses connections est aussi une notion facile avec le HAL. Les exemples deux à quatre connectent le multimètre et l’oscilloscope aux signaux qui sont prévus pour aller ailleurs. Moins facile, la notion d’un moyeu pour plusieurs signaux entrants. Mais, c’est également possible avec l’utilisation appropriée des fonctions dans ce composant de moyeu qui manipulent les signaux quand ils arrivent, venant d’autres composants.

Tous les détails dans le tutoriel de HAL.

Une autre réflexion qui vient à partir de ce jouet mécanique est une représentation de HAL threads. Un thread pourrait ressembler un peu à un chilopode, une chenille, ou un perce-oreille. Une épine dorsale, des HAL components, raccordés entre eux par des tiges, les HAL signals. Chaque composant prend dans ses propres paramètres et selon l'état de ses broches d’entrée, les passe sur ses broches de sortie à l’intention du composant suivant. Les signaux voyagent ainsi de bout en bout, le long de l'épine dorsale où ils sont ajoutés ou modifiés par chaque composant son tour venu.

Les Threads sont tous synchronisés et exécutent une série de tâches de bout en bout. Une représentation mécanique est possible avec Thinkertoys si on pense à la longueur du jouet comme étant la mesure du temps mis pour aller d’un bout à l’autre. Un thread, ou épine dorsale, très différent est créé en connectant le même ensemble de modules avec des tiges de longueur différente. La longueur totale de l'épine dorsale peut aussi être changée en jouant sur la longueur des tiges pour connecter les modules. L’ordre des opérations est le même mais le temps mis pour aller d’un bout à l’autre est très différent.