對於入行一年的我來說，桌面級FDM打印機很多功能細節，我還沒能仔細瞭解：藏在固件代碼背後的信息內容，我也遠沒有完全消化。這正說明一個簡單的道理：消化一段代碼的最有效方法是對其移植或者重寫。換言之，僅僅是走馬觀花的瀏覽一遍，除非自己曾經編寫過類似程序，很難能透徹的領會固件代碼的精髓。特別是對Marlin這個數百名（可能不準確）開源工程師貢獻和維護的大型固件項目。
Marlin的步進電機驅動子系統，是由中斷響應函數實現的。如果是恆定速度的步進電機驅動，實現就和這句話一樣簡單。不過對於3D打印機系統，x,y軸的運動往往速度變化非常頻繁：不僅在每次更新位置的速度不同，而且每一段位移的速度也需要經歷加速，恆速和減速階段。這是由機械系統的慣性特徵決定的：如果不同動作之間的速度銜接不好，會對電路系統造成強大的電流衝擊。特別是3D打印過程，這種速度的變化每次打印任務都數以萬計，這就意味着電路壽命將大打折扣。
Marlin系統的速度銜接，基於leib Ramp Algorithm[1],這是一個支撐步進電機速度和控制器計數器頻率關係的算法理論，由IBM的工程師於1994年發表並於2004年在控制器內實現。這裏算法實現的關鍵在於路徑規劃器（planner）。路徑規劃器的設計意味着，程序在執行步進電機的動作之前，就已經計算好了整個過程的速度曲線。後面就只是Stepper模塊忠實地執行。
在機器層面，這樣的設計減少了中斷響應函數中的運算量，這對於單片機來說非常友好。同時3D打印機的機械運動相比控制器的16M主頻來說要慢很多，路徑規劃器相比直接驅動，增加了一個運動緩存。這樣就能夠有效的利用控制器的高頻率，裏面蘊藏着“空間換取時間”的思想。
在代碼層面，planner的本質在於對於一個FIFO的管理。使用C++的結構體指針數據結構能夠非常優雅的實現這個緩存的創建和管理：planner.h:
typedef struct {
// Fields used by the bresenham algorithm for tracing the line
long steps_x, steps_y, steps_z, steps_e; // Step count along each axis
unsigned long step_event_count; // The number of step events required to complete this block
long accelerate_until; // The index of the step event on which to stop acceleration
long decelerate_after; // The index of the step event on which to start decelerating
long acceleration_rate; // The acceleration rate used for acceleration calculation
unsigned char direction_bits; // The direction bit set for this block (refers to *_DIRECTION_BIT in config.h)
float nominal_speed; // The nominal speed for this block in mm/sec
float entry_speed; // Entry speed at previous-current junction in mm/sec
float max_entry_speed; // Maximum allowable junction entry speed in mm/sec
float millimeters; // The total travel of this block in mm
float acceleration; // acceleration mm/sec^2
unsigned char recalculate_flag; // Planner flag to recalculate trapezoids on entry junction
unsigned char nominal_length_flag; // Planner flag for nominal speed always reached
// Settings for the trapezoid generator
unsigned long nominal_rate; // The nominal step rate for this block in step_events/sec
unsigned long initial_rate; // The jerk-adjusted step rate at start of block
unsigned long final_rate; // The minimal rate at exit
unsigned long acceleration_st; // acceleration steps/sec^2
unsigned long fan_speed;
#ifdef BARICUDA
unsigned long valve_pressure;
unsigned long e_to_p_pressure;
#endif
volatile char busy;
} block_t;
block_t block_buffer[BLOCK_BUFFER_SIZE]; // A ring buffer for motion instfructions
volatile unsigned char block_buffer_head; // Index of the next block to be pushed
volatile unsigned char block_buffer_tail;volatile 關鍵字確保了隊列頭和隊列尾被不同函數訪問過程中，編譯器不會因爲優化和丟失更改行爲。block_t類型的指針可以方便的方位結構體內任何元素。在後面的planner規劃動作plan_buffer_line()中，代碼可以用非常優雅的結構體指針來完成。
每當3D打印機解析到位移指令的時候，plan_buffer_line()函數就被調用。在裏面新的block_t首先被創建，並且排入隊列的隊尾；然後執行calculate_trapezoid_for_block()，計算新的block_t的關鍵速度節點及其對應的step數目；接着更新隊列裏面所有block_t的連接速度：之前隊尾的block_t的收尾速度和相關速度節點會被更新。最後調用st_wake_up()保證stepper執行的中斷打開。
而在%steppper中，ISR函數負責在主循環之外，執行隊列裏可能存在的所有block_t。在ISR中，首先由plan_get_current_block（）讀取隊列首的block_t，然後按照結構成員的step數，調用STEP_ADD和STEP_IF_COUNTER兩個宏來執行x,y,z三軸的運動。ISR每執行一次，三路各發出一個脈衝，並通過lamp ramp算法更新，根據下一個速度值來更新OCR1A寄存器來設定下一次中斷響應的週期。
整個軟件C++實現妙至毫巔。建議大家在win環境使用eclipse來查看Cpp工程。eclipse對條件預編譯的支持非常完美，#if def能夠準確顯隱，可讀性非常好（見下圖）。全局查詢，go to define等功能也很完備。
另外，eclipse有豐富的快捷鍵支持看代碼：用ctrl+shift+G就能查到變量的引用；F12就能查到變量的定義。Alt+左鍵 /右鍵回到之前的鼠標位置和之後的鼠標位置；用CTRL+SHIFT+P就能尋找括號的另外一半。