跟思兼学Klipper(21)新一代全能选手: Octopus Max EZ 简要使用记录
## 新一代全能选手：Octopus Max EZ## 前言
本文感谢必趣 (BigtreeTech) 赞助的 Octopus MAX EZ 主板，据说是美女一手自用。既往没有系统了解过必趣系的主板，这次和网友们一起一探究竟。
<img src="https://www.klipper3d.org/img/sponsors/BTT_BTT.png" style="zoom: 25%;" />
【KlipperBoxConfigs 配置文件数据库】已加入 `btt-maxez-723` 主板支持，提供引脚定义文件和一键编译、升级固件功能。
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我们约定：`上位机`——运行Klipper系统的设备，`主板`——3D打印机主板，`工具板`——热端工具板
【2023年3月7日 更新】**(https://github.com/bigtreetech)** 的最新代码提交已经解决了 spi4 的问题，效率很高：(https://github.com/Klipper3d/klipper/pull/6092)
本文主要内容：
* Octopus Max EZ 主板软硬件资源与注意点
* 主板固件烧录升级方式
* spi4 的排障过程
* 如何使用 console.py 与 mcu 直接通讯
## 0、文档资料
* 项目主页：https://github.com/bigtreetech/Octopus-Max-EZ
* 以上包括中文说明书和引脚图，原理图暂时没有。还包括Marlin和Klipper的固件和配置参考
* (https://item.taobao.com/item.htm?id=700913610879)
## 1、外观对比
尺寸：160*100mm，对比 MKS 的怪兽8 主板和它自家的 Octopus。比Monster8稍长，和Octopus同样尺寸。主要空间是把EXP1和EXP2换成了FPC座，缩小部分元件挤出来的。
!(https://raw.iqiq.io/sjqlwy/blog_imgs/default/images/202303071458490.png)·
## 2、硬件规格、部分芯片及备注
## 2.1 核心亮点
* 高性能主控芯片 STM32H723
* 10轴 EZ 驱动系统
* eFuse 智能电子熔丝，支持自恢复
## 2.2 接口概览
* 10个高压驱动接口
* 10路风扇，其中8路可控
* 5路热敏接口，4路支持PT1000
* 4路加热接口+1路独立热床加热接口
* 6路限位开关接口
* 1个接近开关、1个BLtouch接口
* CANBus 接口
* 断料检测、断电检测、打完关机模块接口
* FPC 12864接口和TFT串口屏接口
* ESP32WiFi 模块接口，2个RGB接口
## 2.3 高性能 MCU
主控芯片采用 STM32H723ZET6，主频 550MHz 的单核处理器（显示为400MHz，实际也是，原因如下）。目前H723的CoreMark跑分达到2500+，是F4系列的4倍多，也是目前STM32性能最强的MCU之一，甚至可以运行Linux操作系统，和预想的不同，H723比H743性能更强。
!(https://raw.iqiq.io/sjqlwy/blog_imgs/default/images/202303021041401.png)
**番外**：
* (https://www.st.com/zh/microcontrollers-microprocessors/stm32f4-series.html) 以及 (https://www.st.com/zh/microcontrollers-microprocessors/stm32h7-series.html) 系列特性对比
* 关于 mcu 性能跑分：[《STM32各系列MCU性能对比及测试说明》](https://blog.csdn.net/ybhuangfugui/article/details/99827113)
> 关于跑分常见的就是 Coremark 和 DMIPS(Dhrystone)，目前前者更常见，但是STM32网站上使用后者。
>
> 项目主页：https://github.com/eembc/coremark
>
> 官方网站：https://www.eembc.org/
>
> 跑分结果列表：https://www.eembc.org/coremark/scores.php
>
> 其网站上还有针对不同应用场景的跑分工具和结果，例如针对低功耗场景、IoT、网络等。
* 关于 Klipper 显示为 400Mhz 的问题
* 使用 console.py 直接连接 mcu 后，输入 LIST 也能看到当前主频确实是 400Mhz，不是显示错误
*实际使用 (https://www.klipper3d.org/Benchmarks.html#micro-controller-benchmarks) 进行测试，结果也显示 H723 在Klipper上的性能约是 F4 的 2 倍多
* 查看 (https://github.com/Klipper3d/klipper/blob/master/src/stm32/stm32h7.c) 找到 `CONFIG_CLOCK_FREQ` 定义 mcu 主频
* 搜索 `CLOCK_FREQ` 找到 (https://github.com/Klipper3d/klipper/blob/master/src/stm32/Kconfig)，发现下面一句，也就是 <u>**目前 Klipper 最大支持 400Mhz 主频**</u>
> default 400000000 if MACH_STM32H7 # 400Mhz is max Klipper currently supports
## 2.4 EZ 驱动系统
这是必趣带来的全新系统，宣称的主要特点如下：
!(https://raw.iqiq.io/sjqlwy/blog_imgs/default/images/20230307132852.png)
### 2.4.1 外观变化
* 防呆防反插设计
* 确实很方便，但是插座比较紧，正反插是否插到底反馈不明显，还无法达到盲插的水平
* 驱动散热二合一，外观也更漂亮，不需要自己贴散热片
* EZ 驱动和传统驱动价格差距不大，优化后值得推广，减少插反烧主板的惨案
!(https://raw.iqiq.io/sjqlwy/blog_imgs/default/images/20230307132838.png)
【图】包括两枚内测版 EZ2209 （银色散热片）
### 2.4.2 自动识别 TMC 通讯模式
Max EZ 主板支持自动识别 TMC 驱动通讯方式，UART 和 SPI 模式不再需要手动调整跳帽，富源盛 (Fysetc) 的 蜘蛛King 主板通过额外的 mcu 来实现，Max EZ 还未公布原理图，具体实现方式未知。
### 2.4.3 灵活的电压选择
Max EZ 板载 10 个驱动都支持高压使用，可以通过 VBB 和 HV 跳线帽切换。
关于这个说一下，VBB 指的是从主板取电，支持 12/24V 输入，比如主板 24V 它就是 24V；HV 则使用专门的 `MOTOR POWER` 端子供电，支持 24/48V 高压输入。也就是如果仅使用24V 驱动电机，则不需要接 `MOTOR POWER` 端子供电。这样做比起 XY 电机单独供电以支持高压的方式，如果都使用 24V 情况下更方便一些，少接线。
### 2.4.4 驱动信号电压提升
由于 STM32 的信号电平为 3.3v，主板驱动信号电平升至 5v，信号更稳定，理论上抗干扰更强。
### 2.4.5 支持功能拓展
板载10驱动，支持冗余，支持功能拓展。除了 EZ 步进电机驱动，未来还将有更多模块，比如 EZ31865 等，当然，这种转变会导致手中的传统外形拓展模块无法使用。
### 2.4.6 支持外置驱动和无限位归零
主板还引出了 step/dir/en/gnd 信号，用于外置驱动使用。DIAG 采用跳帽形式。
### 2.4.7 ~~！spi4 使用的问题（已解决）~~
另外测试发现驱动所使用的 `spi4` 通讯有问题，目前的临时解决方法是使用软件定义 SPI，例如：
```yaml
cs_pin: PG14
#spi_speed:
#spi_bus: spi4
spi_software_sclk_pin: PE12
spi_software_mosi_pin: PE14
spi_software_miso_pin: PE13
# 是否启用细分差值
interpolate: True
run_current: 1.0
# 采样电阻，一般采用默认
#sense_resistor: 0.075
# 低于以下速度采用静音模式，99999 意即始终启用静音模式
stealthchop_threshold: 99999
```
且无论是否插入 5160 驱动，都无法连接主板。除此之外，查看文档可知LCD-FPC SPI、板载SD卡插槽、拓展SPI引脚以及TMC SPI通讯都共用spi4，其中TMC信号转换为5V。一旦驱动使用softSPI，则其他的也要使用，具体原因等待工程师反馈。
> * Onboard SD card, expansion SPI pin header and TMC driver SPI, 4 features multiplexing the same hardware SPI4, and is converted to 5V to TMC driver
>
## 2.5 风扇子系统
甚至可以接 13 个风扇。
* 常开恒压散热风扇(FAN) * 2 | 一般用于驱动散热，供电电压 VIN
* 可控可调电压风扇(MFAN) * 1 | 一般用于主板散热，电压和 FAN6 相同
* 可控可调电压 2Pin 风扇 * 4
* PWM 可调电压 3/4Pin KF2510 风扇 *3（电脑风扇接口，支持PWM测速调速，可以检测风扇故障，调速范围更大，可以实现更静音）
* 合计10路风扇，如果挤出机热端仅用 1 路，则剩下 3 路也可以连接可控风扇（VIN），也就是日常最大13路风扇
* PC FAN 采用电脑风扇接口，也就是KF2510，默认线序 GND-VCC-测速-调速，其中测速因为输入电压，有隔离芯片，默认上拉有电压。使用时请注意电压，以及有些风扇线序与标准不同。使用可以参考我的文章 [【思兼-Klipper 篇17】基于 Klipper 的必趣 Manta 牌夏日降温电风扇 ](https://www.cnblogs.com/sjqlwy/p/klipper_fan.html)
* 每路风扇电流 1A，峰值 1.5A
## 2.6 eFuse 智能电子熔丝
eFuse 智能电子熔丝 M335EF05，优点包括迅速断电，短路保护，自恢复，反向电流截断，过压、过流保护，反极性保护等。更多介绍：(https://www.sohu.com/a/578728462_560178)
## 2.7 传感器子系统
* 5路NTC，其中4路可选PT1000，1路用于热床温敏
* NTC 不用插跳帽，使用 PT1000 时插跳帽，配置文件里修改上拉电阻，此精度低于 MAX31865。不使用 4k7 欧姆的原因是当 PT1000 到达日常打印温度时，其阻值更接近 2k/1k（可能说的不对）。
* 接近开关支持PNP和NPN（三种电压可选），再也不怕买错型号了
* BLTouch 接口
* 打完关机接口 PS_ON
* 断电检测接口 PWR-DET
* FWS 4Pin 线宽检测或新式断料检测： 默认用于连接 耗材直径检测霍尔传感器（hall_filament_width_sensor），也可以连接新款断料检测传感器。
## 2.8 其他子系统
* 最大 4 个热端加热棒及配套热敏接口，支持换头机，也可以使用多个加热棒同时加热提升效率
* 支持 CANBus 通讯，板载 TI SN65HVD1050DR (VP1050) 高速CAN收发器芯片，最高速率可达1M/s，是经典的 TJA1050 升级版。
* 1路独立 spi4 接口，可用于连接ADXL345加速度计等
* 支持 ESP32 模块（默认不包含），支持RRF固件
* 使用 FPC 连接 12864 屏幕，取消 EXP1 和 EXP2 拓展接口
* 支持 USB Type-A 接口供电，使用 TI TPS5450-5v 降压转换芯片，支持5A高电流输出，可以为树莓派等上位机提供稳定供电
* 支持 TFT 彩色串口屏幕，搭配 Marlin 使用
* 两路 RGB 灯带接口，也可以连接其他设备。如果支持可调电压就好了，有带 12v 大灯板的需求
## 2.9 硬件接口备注
1. 板载 Reset、Boot0 和 Boot1 按钮，一般 Boot1(PB2) 都是另有他用，不过 zet6 引脚多，任性。同时独立的boot1 也可以用于各种BootLoader，如 hid-bootloader、canboot 等，这里不展开了。
2. reset 按钮旁边的排针是 SWD 调试接口
3. VUSB 使用跳帽短接可以使用 USB 供电调试用，正常上机请断开，避免混合供电导致可能的信号干扰不稳定等问题
4. 注意驱动和限位开关从1开始编号，为1-10。风扇等从0开始编号，注意别搞混了
## 3、固件编译与烧录
硬件谈完，我们来介绍下软件，默认支持多种方式更新固件：
1. SD 卡升级固件
2. DFU 在线升级固件
3. Canboot 在线升级固件
4. SD 卡在线升级固件（(https://www.klipper3d.org/SDCard_Updates.html), "伪线刷"）
首次烧录Klipper固件推荐使用 sd 卡，后续可以直接使用 dfu 方式在线升级固件，无需打开电器仓手动进入 dfu 模式。
编译参数：
!(https://raw.iqiq.io/sjqlwy/blog_imgs/default/images/202303071458005.png)
* 其中 USB_ids 可以设置为`btt-maxez-723`
## 3.1 SD 卡刷
下载 klipper.bin 并重命名为 `firmware.bin` 拷贝到格式化为 FAT32 文件系统的 SD卡中插入主板，断电或者按下RESET按钮，稍等片刻即可完成烧录，之后文件名称会变成 `FIRMWARE.CUR`
### 3.2 DFU 线刷
1. 按住boot0按钮，再按下reset按钮，稍等片刻设备进入DFU烧录模式
```
cd ~/klipper
sudo dfu-util -p 1-1 -R -a 0 -s 0x8020000:leave -D out/klipper.bin
```
2. **（推荐）**如果系统已经烧录了新版 Klipper 系统，则无需使用boot0按钮即可自动进入dfu模式，编译后直接烧录
```
cd ~/klipper
make flash FLASH_DEVICE=/dev/serial/by-id/usb-Klipper_stm32h723xx_btt-maxez-723-if00
```
3. 注意dfu烧录固件并不会破坏sd卡升级功能
4. 目前支持自动进入DFU更新固件的MCU
通过查询 `klipper/src/` 文件，搜索 `usb_reboot_for_dfu_bootloader` 可知如下芯片支持烧录新版 Klipper 后自动进入DFU升级固件，无需使用 boot0 手动进入升级。
* H7、G0、F4、F0
* lpc176x 也有 dfu bootloader
### 3.3 SDCard_Updates 伪线刷
需要插一张SD卡，然后Klipper将固件传输到SD卡，重置主板后完成传统升级模式，通过检校文件名称确定升级成功。
修改 `~/klipper/scripts/spi_flash/board_defs.py` 定义如下，遇到同样的问题，只能使用软件定义SPI。
```shell
# cat .config | grep CONFIG_MCU
# miso,mosi,sclk: PE13,PE14,PE12
# ./scripts/flash-sdcard.sh -b 115200 /dev/serial/by-id/usb-Klipper_stm32h723xx_btt-maxez-723-if00 btt-maxez-h723-sw
'btt-maxez-h723-sw': {
'mcu': "stm32h723xx",
'spi_bus': "swspi",
'spi_pins': "PE13,PE14,PE12",
'cs_pin': "PB12",
'skip_verify': True
},
# 使用硬件spi4时初始化SD卡失败
# 'btt-maxez-h723-hw': {
# 'mcu': "stm32h723xx",
# 'spi_bus': "spi4",
# 'cs_pin': "PB12",
# 'skip_verify': True
# },
```
!(https://raw.iqiq.io/sjqlwy/blog_imgs/default/images/202303071458988.png)
### 3.4 Canboot 升级固件
适用 CANBus 桥接固件。
## 4、与 mcu 直接通讯：以探析 spi4 问题为例
Klipper 默认将 Gcode 命令转换为机器语言，当然我们也可以直接与下位机主板通讯。这与 /tmp/printer 不同。参考文档包括：
* (https://www.klipper3d.org/Debugging.html#manually-sending-commands-to-the-micro-controller)
* (https://www.klipper3d.org/Protocol.html)
* (https://www.klipper3d.org/Benchmarks.html#micro-controller-benchmarks)
* (https://www.klipper3d.org/MCU_Commands.html) | 注意文档配置对象部分有错误
* 以及 Klipper 源代码等
## 4.1 简单示例：控制LED亮灭（设置数字输出引脚值）
我们先演示一个简单的例子，通过 console.py 控制 LED 灯亮灭：
```shell
sudo systemctl stop klipper
cd klipper
~/klippy-env/bin/python ~/klipper/klippy/console.py /dev/serial/by-id/usb-Klipper_stm32h723xx_btt-maxez-723-if00
SUPPRESS stats
# 设置 PE9 引脚值为 1，即输出高电平，点亮设备
set_digital_out pin=PE9 value=1
```
!(https://raw.iqiq.io/sjqlwy/blog_imgs/default/images/202303071459701.png)
## 4.2 启用硬件 spi 设备
```shell
# 停止 klipper 服务，解除设备占用，查看 console.py 工具帮助信息
sudo systemctl stop klipper
cd klipper
~/klippy-env/bin/python ./klippy/console.py -h
# 与下位机 mcu 直接建立通讯，注意修改设备地址
~/klippy-env/bin/python ~/klipper/klippy/console.py /dev/serial/by-id/usb-Klipper_stm32h723xx_btt-maxez-723-if00
# 通过 LIST 命令可以查看主频和帮助信息
LIST
Available local variables:
clock: 360005514289
freq: 400000000.0
# 屏蔽干扰信息
SUPPRESS stats
# 为对象分配内存空间，示例分配3个对象
allocate_oids count=3
# 配置 spi 信息并尝试传输数据
config_spi oid=0 pin=PF14 cs_active_high=1
spi_set_bus oid=0 spi_bus=spi4 mode=0 rate=2000000
spi_transfer oid=0 data=1234
ERROR:root:b'Got EOF when reading from device'
## 语法参考
config_spi oid=%c pin=%u cs_active_high=%c
spi_set_bus oid=%c spi_bus=%u mode=%u rate=%u
spi_send oid=%c data=%*s
spi_transfer oid=%c data=%*s
## 定义softwareSPI
spi_set_software_bus oid=%c miso_pin=%u mosi_pin=%u sclk_pin=%u mode=%u rate=%u
```
!(https://raw.iqiq.io/sjqlwy/blog_imgs/default/images/202303071459564.png)
小记及测试结果：
1. Klipper 文档未更新，config_spi 语法有变动，请以 LIST 输出结果为准
2. 基本概念：创建oid，分配空间，c语言概念，变量格式化参考printf
3. MCU 主频确实是 400Mhz
4. 创建spi，设置spi参数，向spi传输数据，其中1-3a正常，spi4报错，证明不仅驱动问题，整条 SPIBus 都有问题
进一步测试比如使用示波器等就没时间了，将此问题反馈给 btt 的工程师，很快就解决了。思路如下（引用）：
> 1. 不用引导程序，直接把klipper写到芯片的 0x08000000 ，发现完全正常，烧了引导程序之后就出现异常了，就从引导程序开始排查
>
> 2. 引导程序里面在可能的地方屏蔽掉部分程序，依次烧录芯片里面，慢慢找到是哪部分导致的。
>
> 3. 引导程序跳转到klipper之前，我们有把所有的时钟都reset的，gpio那些时钟都被正常reset了，但是 RCC_APB2ENR 的spi4时钟还是使能的状态， 导致https://github.com/Klipper3d/klipper/blob/master/src/stm32/stm32h7_spi.c#L90这里压根没进去gpio初始化的部分
!(https://raw.iqiq.io/sjqlwy/blog_imgs/default/images/202303071459092.png)
## 5、建议与问题
1. 驱动和限位开关编号从1开始，和其他从0开始不一样，历史遗留问题，请注意不要接错了。
2. 建议增加一路电压可选RGB，方便使用 12V 等牛逼的灯板（WS2812 氛围灯 + 暖色/白色照明灯）
3. USB连接接口与 USB-Type-A 供电接口使用同一跳帽，是否有混合供电干扰信号的问题
4. CAN接口优化下位置，方便接线？
5. 独立驱动输入电压，pdf说明书是24-48v，产品介绍页面12-60(56)v，希望介绍说明保持一致，虽然也没错
6. Klipper 目前最大仅支持 400Mhz 主频，希望以后能完全发挥 H723 的威力
## 小结
组装机器的时候会根据自己需求购买刚刚合适的主板，当然也可以有另一种选择：
!(https://raw.iqiq.io/sjqlwy/blog_imgs/default/images/202303071459886.jpeg) 嘿嘿我也有它！ 那年九岁 发表于 2023-3-11 14:47
嘿嘿我也有它！
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