LinuxCNC Web/WASM CNC Simulator

本目录是把 LinuxCNC 面向浏览器仿真的改写入口。目标不是把完整 LinuxCNC 直接搬进浏览器，而是复用可移植的解释器、运动学和刀路算法，替换实时 HAL/NML/GUI 层，输出适合 Web Worker、Three.js/WebGPU 和后续碰撞/去料仿真的事件流。

关键判断

• 不能按“整套 LinuxCNC 编译为 wasm”做。LinuxCNC 包含实时线程、HAL、NML、动态模块、Python/Boost.Python remap、桌面 GUI 和 POSIX 依赖，这些都不是浏览器仿真核心。
• 可以先复用 src/emc/rs274ngc 解释器，接管 canon.hh 中的 Canonical Machining Functions，把 STRAIGHT_FEED、ARC_FEED、DWELL、CHANGE_TOOL 等调用记录为仿真事件。
• Fanuc、Siemens 等主流系统应作为“方言层”实现：先把宏变量、固定循环、坐标旋转、RTCP/TRAORI/CYCLE800 等控制器特性归一化为内部 IR，再交给同一个仿真内核。
• 浏览器端不做实时控制，只做可重复、可暂停、可回放的离线仿真，所以速度规划、前瞻、碰撞和去料可以使用非实时算法。

分层

1. dialect

   • LinuxCNC RS274/NGC
   • Fanuc Macro B / common milling and turning extensions
   • Siemens 840D-style cycles and transforms

2. interp

   • LinuxCNC interpreter compiled to wasm where possible
   • Canon callback adapter records normalized motion/tool/state events

3. sim-core

   • Units, modal state, work offsets, tool table
   • Arc/NURBS segmentation
   • 3/4/5-axis kinematics and RTCP
   • Feed/time estimation and non-realtime lookahead

4. verification

   • Golden G-code corpus
   • Controller dialect compatibility matrix
   • Numeric tolerance checks against LinuxCNC native output

5. web

   • Web Worker wrapper around wasm
   • Toolpath display
   • Machine model, fixtures, stock, collision and material removal

First milestone

The first useful target is:

• compile a small wasm module exposing cnc_sim_* C ABI;
• connect LinuxCNC RS274 interpreter to a Canon event sink;
• return a JSON event stream to TypeScript;
• render rapid/feed/arc events in the browser;
• compare the event stream against native LinuxCNC for a small test corpus.

当前进度

• 已有稳定 C ABI 和 Web 调用封装。
• 已有数控系统风格网页面板。
• 已有临时 smoke parser，用于在 LinuxCNC 后端接入前测试 UI 和 wasm 回调链路。
• 已有 native smoke test 和 JSON dump 工具。
• 已有 LinuxCNC canon.hh bridge，并已通过独立 smoke test。
• 已有 native librs274 runner，可以让 LinuxCNC 解释器输出 CncSimEvent。
• 已有最小 LinuxCNC tooldata 初始化，native runner 和 API 后端都能覆盖 T... M6 换刀路径。
• 已有 LinuxCNC RS274 源码级链接 smoke：本项目直接编译 23 个解释器 core 源文件，不再通过 librs274 取得解释器主体。
• 已有五轴 RTCP 第一版几何内核，可根据编程刀尖点、A/B/C 姿态和刀长计算枢轴/主轴点补偿位置。
• 已有坐标系事件回归语料，覆盖 G10 L2、G10 L20 的 G5X/XY 旋转事件和 G92.1 清零事件。
• 已有探针事件回归语料，LinuxCNC G38.3 会输出独立 probe 事件，不再混作普通直线进给。
• 已有主轴方向状态回归语料，M3/M4/M5 会通过 set-spindle.reserved 输出 1=顺时针、2=逆时针、0=停止。
• LinuxCNC Canon bridge 会把当前解释行号补到没有自带 lineno 的回调事件上，方便 Web 端诊断和源码高亮。
• 下一步是继续替换源码级链接中残留的 Python、INI/HAL、文件系统和动态加载依赖，并把 RTCP 内核接入 canon 事件流和机型配置。

本地测试

./test-all-native.sh

当前 native 测试覆盖：

• smoke parser
• Canon event sink
• LinuxCNC Canon bridge
• 直接链接 LinuxCNC librs274 的 runner
• 通过 cnc_sim_api 选择 linuxcnc-rs274 后端
• LinuxCNC RS274 源文件语法探针和对象编译探针
• LinuxCNC RS274 源码级链接 smoke
• 五轴 RTCP 几何内核 smoke
• M3 / M4 / M5 主轴方向事件回归
• G10 L2 / G10 L20 / G92.1 坐标系事件回归
• G38.3 探针事件回归

后端选择

公共 API 使用同一个入口解析程序，后端通过 JSON 配置选择：

{"backend":"smoke"}

smoke 是默认后端，用于 wasm 和 UI 联调。

native 构建启用 LinuxCNC 后端后，可以使用：

{"backend":"linuxcnc-rs274"}

网页面板右上角的 BACKEND 下拉框会把该配置传给 wasm/core。当前默认 wasm 构建不包含 LinuxCNC 后端，选择 LINUXCNC 会返回明确错误；native API 测试已验证该后端可用。

RTCP 配置

RTCP 默认关闭。开启后，原有 rapid、linear-feed、arc-feed 事件仍表示编程刀尖轨迹；core 会额外发出 rtcp-pivot 事件，start/end 是按刀长和 A/B/C 姿态补偿后的枢轴/主轴点轨迹，center 的 x/y/z 暂存当前刀具向量。

{
  "backend": "linuxcnc-rs274",
  "rtcp": {
    "enabled": true,
    "toolLength": 100,
    "toolLengths": {
      "7": 125
    }
  }
}

当前 RTCP 内核是第一版头头/摆头类几何模型：编程 XYZ 视为刀尖点，刀长沿本地 -Z，A/B/C 按 Rz(C) * Ry(B) * Rx(A) 旋转。后续会继续加入机型拓扑、旋转中心偏置、刀表刀长和不同五轴构型。

RTCP G 码控制已开始标准化：

• G43.4 H...：开启 RTCP，H 号进入事件，实际刀长优先从 JSON 配置中的 toolLengths 按 H 号读取，未配置时回退到 toolLength。
• G43.5 H...：同样作为 RTCP 开启处理。
• G49：关闭 RTCP。

解析后会发出 rtcp-state 事件。事件中的 feed 表示 RTCP 状态：0=关闭、1=开启；tool 表示 H 号；dwell_seconds 暂存当前配置刀长。

运动学切换 M 码

core 已对原型中的运动学切换 M 码做标准化解析：

• M429：切换到三轴恒等运动学 IDENTITY，关闭 RTCP。
• M428：恢复到原始五轴运动学，开启 RTCP。
• M430：切换到 FIVEAXIS_BC，开启 RTCP。

解析后会发出 kinematics-switch 事件。事件中的 reserved 字段表示运动学类型：0=IDENTITY、1=ORIGINAL、2=FIVEAXIS_BC；feed 字段临时表示 RTCP 状态：0=关闭、1=开启。同一行中的 M428 M429 M430 会按出现顺序产生三个切换事件。

linuxcnc-rs274 native API backend 会在送入 LinuxCNC 解释器前拦截只包含这些切换 M 码的行，避免 LinuxCNC 去查找外部用户 M-code 文件。

坐标系事件

Canon bridge 已不再丢弃坐标系相关回调，会输出：

• set-g5x-offset：来自 SET_G5X_OFFSET，tool 字段存 G5X index，start 存 XYZABCUVW offset。
• set-g92-offset：来自 SET_G92_OFFSET，start 存 XYZABCUVW offset。
• set-xy-rotation：来自 SET_XY_ROTATION，feed 暂存旋转角度。

这些事件先保证 LinuxCNC Canon 层信息完整进入 Web/core。具体 G-code（如 G10、G92、坐标旋转）是否触发这些回调，还要继续按 LinuxCNC 解释器参数路径逐项补回归语料。 目前已有两组回归语料：tests/gcode/linuxcnc_coordinate_offsets.ngc 覆盖 G10 L2 P1 X... Y... Z... R... 触发 set-g5x-offset / set-xy-rotation，以及 G92.1 触发 set-g92-offset 清零；tests/gcode/linuxcnc_coordinate_l20.ngc 覆盖 G10 L20 P2 按当前位置和目标工件坐标计算 G55 偏置。测试脚本会在坐标系语料之间重置参数文件，避免 LinuxCNC 持久参数互相污染。后续继续扩展到更多坐标系 P 号、持久参数文件读写策略和旋转叠加运动路径。 LinuxCNC 中部分 Canon 函数不携带行号参数，bridge 会在调用解释器 read/execute 前记录当前输入行，并用它填充这类事件的 line 字段。

CMake native LinuxCNC 后端

手写测试脚本仍是当前主验证路径。如果使用 CMake，启用 native LinuxCNC 后端的配置为：

cmake -S core -B build/native-linuxcnc \
  -DCNC_SIM_ENABLE_LINUXCNC_RS274_BACKEND=ON \
  -DCNC_SIM_LINUXCNC_ROOT=/home/cnc/桌面/cnc/linuxcnc

该选项是 native-only，会链接 LinuxCNC 已构建的 librs274 和 libtooldata。

Legal note

LinuxCNC is GPL licensed. If this wasm module links LinuxCNC code, the combined simulator core must be distributed under GPL-compatible terms unless you replace that part with an independently written interpreter.