主循环函数protocol_main_loop()主要的功能就是从 GRBL串口RX缓冲区 （不是芯片缓冲区）读取字符串，经过处理后放入 G代码行缓冲区，然后交给G代码解析器，并且根据各个子模块状态机做出响应。
protocol_main_loop()函数是在protocol.c中定义的，该模块用于控制和执行协议和程序。我们先看下源码：
// Define line flags. Includes comment type tracking and line overflow detection.
#define LINE_FLAG_OVERFLOW bit(0)
#define LINE_FLAG_COMMENT_PARENTHESES bit(1)
#define LINE_FLAG_COMMENT_SEMICOLON bit(2)
#ifndef LINE_BUFFER_SIZE
#define LINE_BUFFER_SIZE 80
#endif
static char line[LINE_BUFFER_SIZE]; // Line to be executed. Zero-terminated.
/*
GRBL PRIMARY LOOP:
*/
void protocol_main_loop()
{
// Perform some machine checks to make sure everything is good to go.
#ifdef CHECK_LIMITS_AT_INIT
if (bit_istrue(settings.flags, BITFLAG_HARD_LIMIT_ENABLE)) {
if (limits_get_state()) {
sys.state = STATE_ALARM; // Ensure alarm state is active.
report_feedback_message(MESSAGE_CHECK_LIMITS);
}
}
#endif
// Check for and report alarm state after a reset, error, or an initial power up.
// NOTE: Sleep mode disables the stepper drivers and position can't be guaranteed.
// Re-initialize the sleep state as an ALARM mode to ensure user homes or acknowledges.
if (sys.state & (STATE_ALARM | STATE_SLEEP)) {
report_feedback_message(MESSAGE_ALARM_LOCK);
sys.state = STATE_ALARM; // Ensure alarm state is set.
} else {
// Check if the safety door is open.
sys.state = STATE_IDLE;
if (system_check_safety_door_ajar()) {
bit_true(sys_rt_exec_state, EXEC_SAFETY_DOOR);
protocol_execute_realtime(); // Enter safety door mode. Should return as IDLE state.
}
// All systems go!
system_execute_startup(line); // Execute startup script.
}
// ---------------------------------------------------------------------------------
// Primary loop! Upon a system abort, this exits back to main() to reset the system.
// This is also where Grbl idles while waiting for something to do.
// ---------------------------------------------------------------------------------
uint8_t line_flags = 0;
uint8_t char_counter = 0;
uint8_t c;
for (;;) {
// Process one line of incoming serial data, as the data becomes available. Performs an
// initial filtering by removing spaces and comments and capitalizing all letters.
while((c = serial_read()) != SERIAL_NO_DATA) {
if ((c == '\n') || (c == '\r')) { // End of line reached
protocol_execute_realtime(); // Runtime command check point.
if (sys.abort) { return; } // Bail to calling function upon system abort
line[char_counter] = 0; // Set string termination character.
#ifdef REPORT_ECHO_LINE_RECEIVED
report_echo_line_received(line);
#endif
// Direct and execute one line of formatted input, and report status of execution.
if (line_flags & LINE_FLAG_OVERFLOW) {
// Report line overflow error.
report_status_message(STATUS_OVERFLOW);
} else if (line[0] == 0) {
// Empty or comment line. For syncing purposes.
report_status_message(STATUS_OK);
} else if (line[0] == '$') {
// Grbl '$' system command
report_status_message(system_execute_line(line));
} else if (sys.state & (STATE_ALARM | STATE_JOG)) {
// Everything else is gcode. Block if in alarm or jog mode.
report_status_message(STATUS_SYSTEM_GC_LOCK);
} else {
// Parse and execute g-code block.
report_status_message(gc_execute_line(line));
}
// Reset tracking data for next line.
line_flags = 0;
char_counter = 0;
} else {
if (line_flags) {
// Throw away all (except EOL) comment characters and overflow characters.
if (c == ')') {
// End of '()' comment. Resume line allowed.
if (line_flags & LINE_FLAG_COMMENT_PARENTHESES) { line_flags &= ~(LINE_FLAG_COMMENT_PARENTHESES); }
}
} else {
if (c <= ' ') {
// Throw away whitepace and control characters
} else if (c == '/') {
// Block delete NOT SUPPORTED. Ignore character.
// NOTE: If supported, would simply need to check the system if block delete is enabled.
} else if (c == '(') {
// Enable comments flag and ignore all characters until ')' or EOL.
// NOTE: This doesn't follow the NIST definition exactly, but is good enough for now.
// In the future, we could simply remove the items within the comments, but retain the
// comment control characters, so that the g-code parser can error-check it.
line_flags |= LINE_FLAG_COMMENT_PARENTHESES;
} else if (c == ';') {
// NOTE: ';' comment to EOL is a LinuxCNC definition. Not NIST.
line_flags |= LINE_FLAG_COMMENT_SEMICOLON;
// TODO: Install '%' feature
// } else if (c == '%') {
// Program start-end percent sign NOT SUPPORTED.
// NOTE: This maybe installed to tell Grbl when a program is running vs manual input,
// where, during a program, the system auto-cycle start will continue to execute
// everything until the next '%' sign. This will help fix resuming issues with certain
// functions that empty the planner buffer to execute its task on-time.
} else if (char_counter >= (LINE_BUFFER_SIZE-1)) {
// Detect line buffer overflow and set flag.
line_flags |= LINE_FLAG_OVERFLOW;
} else if (c >= 'a' && c <= 'z') { // Upcase lowercase
line[char_counter++] = c-'a'+'A';
} else {
line[char_counter++] = c;
}
}
}
}
// If there are no more characters in the serial read buffer to be processed and executed,
// this indicates that g-code streaming has either filled the planner buffer or has
// completed. In either case, auto-cycle start, if enabled, any queued moves.
protocol_auto_cycle_start();
protocol_execute_realtime(); // Runtime command check point.
if (sys.abort) { return; } // Bail to main() program loop to reset system.
}
return; /* Never reached */
}处理过程大概如下：
先执行限位开关、安全门等检查，执行初始化脚本：
// 执行一些机器检查以确保一切正常。
#ifdef CHECK_LIMITS_AT_INIT // 检查是否开启了初始化系统时检查限位开关，默认是开启的。
if (bit_istrue(settings.flags, BITFLAG_HARD_LIMIT_ENABLE)) { // 检查是否设置了硬件限位功能
if (limits_get_state()) { // 检查限位开关状态
sys.state = STATE_ALARM; // 如果限位开关被触发，确保警报状态被激活。
report_feedback_message(MESSAGE_CHECK_LIMITS); // 报告限位开关被触发的反馈消息
}
}
#endif
// 在重置、错误、或上电初始化之后检查并报告警报状态。
// 注意： 睡眠模式禁用步进驱动器并且位置不能保持。步进驱动器的EN引脚释放，不能保持力矩。
// 将睡眠状态重新初始化为警报模式确保让用户归位或让用户知道。
if (sys.state & (STATE_ALARM | STATE_SLEEP)) { // 如果系统处于STATE_ALARM或STATE_SLEEP状态
report_feedback_message(MESSAGE_ALARM_LOCK); // 报告警报锁定消息
sys.state = STATE_ALARM; // 确保警报状态被设置
} else {
// 检查安全门是否打开
sys.state = STATE_IDLE;
if (system_check_safety_door_ajar()) { // 检查安全门
bit_true(sys_rt_exec_state, EXEC_SAFETY_DOOR); // 设置执行安全门标志位
protocol_execute_realtime(); // 进入安全门模式。应该返回IDLE状态。
}
// 所有系统正常！
system_execute_startup(line); // 执行启动脚本
}一直从RX缓冲区读取字符，直到遇到串口数据结束符SERIAL_NO_DATA(0xff)也就是串口空了为止，然后把读取到的G代码行经过去掉注释和空格、 字母转换为大写后放入G代码行缓冲区line[LINE_BUFFER_SIZE]，以换行符\n或\r结尾，如果开头是以$开头的系统命令，则传递给命令处理器入口system_execute_line()，如果是G代码则传递给G代码解释器入口gc_execute_line()。行缓冲区大小LINE_BUFFER_SIZE设置为80个字符，超出这个字符数量会报行缓冲区溢出STATUS_OVERFLOW错误，标准要求是255个字符，但这里足够用了，如果你需要缓冲更多字符，可以修改LINE_BUFFER_SIZE为更大值。
// ---------------------------------------------------------------------------------
// 主循环! 系统终止后这回退出返回到main()去重置系统。
// 这也是Grbl空闲等待其他事情的地方。
// ---------------------------------------------------------------------------------
uint8_t line_flags = 0; // 初始化行标志位
uint8_t char_counter = 0; // 初始化字符计数
uint8_t c; // 声明放字符的变量
for (;;) { // 无限循环
// 处理一行从串口缓冲区到来的数据，如果数据可用的话。通过溢出空格和注释执行一个初始的过滤，并且大写所有字母。
while((c = serial_read()) != SERIAL_NO_DATA) { // 从串口读取一个字节，直到遇到结束符
if ((c == '\n') || (c == '\r')) { // 到达一行
protocol_execute_realtime(); // 运行时命令检查点
if (sys.abort) { return; } // 系统终止后退出函数
line[char_counter] = 0; // 设置字符串结束符号
#ifdef REPORT_ECHO_LINE_RECEIVED
report_echo_line_received(line); // 报告接收了多少行
#endif
// 直接执行格式化的输入行并报告执行状态
if (line_flags & LINE_FLAG_OVERFLOW) {
// 报告行溢出错误
report_status_message(STATUS_OVERFLOW);
} else if (line[0] == 0) {
// 空行或注释行。用于同步。
report_status_message(STATUS_OK);
} else if (line[0] == '$') {
// Grbl 系统命令 '$'
report_status_message(system_execute_line(line));
} else if (sys.state & (STATE_ALARM | STATE_JOG)) {
// 其他的都是G代码。如果处于警报或点动模式就阻塞。
report_status_message(STATUS_SYSTEM_GC_LOCK);
} else {
// 解析并执行G代码块。
report_status_message(gc_execute_line(line));
}
// 为下一行重置跟踪数据变量
line_flags = 0;
char_counter = 0;
} else {
if (line_flags) {
// 丢弃所有（除了行结束符）注释字符和溢出字符。
if (c == ')') {
// 匹配括号'()'包裹的注释。继续允许行数据。
if (line_flags & LINE_FLAG_COMMENT_PARENTHESES) { line_flags &= ~(LINE_FLAG_COMMENT_PARENTHESES); }
}
} else {
// 丢弃空白字符和控制字符
if (c <= ' ') {
// 丢弃空白字符
} else if (c == '/') {
// 块删除不支持，忽略字符。
// 注意：如果支持了，应该需要简单地检查系统如果启用了块删除的话。
} else if (c == '(') {
// 开启注释标志位并忽略所有字符，直到碰到')'或EOL
// 注意：这没有完全遵守NIST定义，但是现在来说足够了。未来我们可能简单地移除注释项，但保留注释控制字符，
// 因此G代码解析器可以进行错误检查。
line_flags |= LINE_FLAG_COMMENT_PARENTHESES;
} else if (c == ';') {
// 注意：';' 注释结束符是 LinuxCNC定义的，不是NIST定义的。
line_flags |= LINE_FLAG_COMMENT_SEMICOLON;
// 代办：安装 '%' 功能
// } else if (c == '%') {
// 程序开始-结束百分比符号还不支持。
// 注意：这可能被安装用来告诉Grbl一个程序相对输入运行的时间
// 位置，间隔，系统自动循环开始继续执行所有事情直到下一个标记。
// 这将会帮助修复带有明确功能的恢复问题，清空规划缓冲区用来准时执行任务
} else if (char_counter >= (LINE_BUFFER_SIZE-1)) {
// 检查行缓冲区溢出并设置标志位。
line_flags |= LINE_FLAG_OVERFLOW;
} else if (c >= 'a' && c <= 'z') { // 字母改成大写
line[char_counter++] = c-'a'+'A';
} else {
line[char_counter++] = c;
}
}
}
}
}从USB串口读取数据部分的源码，为避免注意力过度分散，我们放在后面硬件部分集中分析。
G代码经过一系列处理后会进行一系列的信号加工，最后生成待执行的队列，默认设置了自动开启循环，会依次执行队列中的数据，并更新队列，这部分我们等到后面信号处理的时候在说，这也是一个初次看GRBL源码容易被忽略的地方导致分析断层。
// 如果在串口读缓冲区没有字符需要处理或执行，这会通知g代码流已填充到规划器缓冲区或已完成。
// 不管哪种情况，如果开启了自动循环，就会开始自动循环，队列就会移动。
protocol_auto_cycle_start();如果碰到sys.abort信号就会退出主循环到main的循环中去重置系统（GRBL的状态机）。
if (sys.abort) { return; } // 如果系统终止，返回到main()程序循环去重置系统。由于GRBL没有实时操作系统，为了保证系统能够及时响应一些危险事件，在每一个可能会阻塞或长时间运行的地方，都安插了运行时命令检查点：
protocol_execute_realtime(); // 运行时命令检查点。这部分内容比较多我们单独章节分析。