Microsemi DG0440 Изпълнява Modbus TCP референтен дизайн на SmartFusion2 устройства
Корпоративен щаб на Microsemi
One Enterprise, Алисо Виехо,
CA 92656 САЩ
В САЩ: +1 800-713-4113
Извън САЩ: +1 949-380-6100
Факс: +1 949-215-4996
Имейл: sales.support@microsemi.com
www.microsemi.com
© 2017 Microsemi Corporation. Всички права запазени. Microsemi и логото на Microsemi са търговски марки на Microsemi Corporation. Всички други търговски марки и марки за услуги са собственост на съответните им собственици
Microsemi не дава никаква гаранция, представяне или гаранция относно информацията, съдържаща се тук, или пригодността на своите продукти и услуги за конкретна цел, нито Microsemi поема каквато и да е отговорност, произтичаща от приложението или използването на който и да е продукт или схема. Продуктите, продавани по-долу, и всички други продукти, продавани от Microsemi, са били обект на ограничени тестове и не трябва да се използват заедно с оборудване или приложения, които са изключително важни. Всички спецификации за производителност се считат за надеждни, но не са проверени и Купувачът трябва да проведе и завърши всички тестове за производителност и други тестове на продуктите, самостоятелно и заедно с или инсталирани в крайни продукти. Купувачът няма да разчита на никакви данни и спецификации за изпълнение или параметри, предоставени от Microsemi. Отговорност на Купувача е самостоятелно да определи пригодността на всеки продукт и да тества и проверява същото. Информацията, предоставена от Microsemi по-долу, се предоставя „както е, къде е“ и с всички неизправности, а целият риск, свързан с такава информация, е изцяло върху Купувача. Microsemi не предоставя, изрично или имплицитно, на която и да е страна каквито и да е патентни права, лицензи или каквито и да било други права на интелектуална собственост, независимо дали по отношение на самата такава информация или нещо, описано в такава информация. Информацията, предоставена в този документ, е собственост на Microsemi и Microsemi си запазва правото да прави промени в информацията в този документ или на продукти и услуги по всяко време без предизвестие.
Относно Microsemi
Microsemi Corporation (Nasdaq: MSCC) предлага цялостно портфолио от полупроводникови и системни решения за космическото пространство и отбраната, комуникациите, центровете за данни и индустриалните пазари. Продуктите включват високопроизводителни и устойчиви на радиация аналогови интегрални схеми със смесен сигнал, FPGA, SoC и ASIC; Продукти за управление на мощността; устройства за време и синхронизация и решения за точно време, определящи световния стандарт за време; устройства за обработка на глас; RF решения; дискретни компоненти; корпоративни решения за съхранение и комуникация, технологии за сигурност и мащабируеми анти-тamper продукти; Ethernet решения; Захранване през Ethernet интегрални схеми и средни разстояния; както и персонализирани възможности за проектиране и услуги. Microsemi е със седалище в Aliso Viejo, Калифорния, и има приблизително 4,800 служители по целия свят. Научете повече на www.microsemi.com.
История на ревизиите
Историята на ревизиите описва промените, които са въведени в документа. Промените са изброени по редакция, започвайки с най-актуалната публикация.
Ревизия 7.0
Актуализиран документ за версия на софтуера Libero v11.8.
Ревизия 6.0
Следните промени са направени в ревизия 6.0 на този документ.
- Изискванията за дизайн на Libero SoC, FlashPro и SoftConsole са актуализирани в Изисквания за дизайн, страница 5.
- В цялото ръководство имената на проектите на SoftConsole, използвани в демонстрационния дизайн, и всички свързани фигури се актуализират.
Ревизия 5.0
Актуализиран документ за версия на софтуера Libero v11.7 (SAR 76559).
Ревизия 4.0
Актуализиран документ за версия на софтуера Libero v11.6 (SAR 72924).
Ревизия 3.0
Актуализиран документ за версия на софтуера Libero v11.5 (SAR 63972).
Ревизия 2.0
Актуализиран документ за версия на софтуера Libero v11.3 (SAR 56538).
Ревизия 1.0
Актуализиран документ за версия на софтуера Libero v11.2 (SAR 53221).
Изпълнение на Modbus TCP референтен дизайн на SmartFusion2 устройства, използващи IwIP и FreeRTOS
Въведение
Microsemi предлага референтен дизайн за SmartFusion®2 SoC FPGA устройства, които демонстрират
трискоростен Ethernet контролер за достъп до среда (TSEMAC) включва характеристиките на SmartFusion2 SoC FPGA и прилага протокола Modbus. Референтният дизайн работи на UG0557: SmartFusion2 SoC FPGA Advanced Development Kit Ръководство за потребителя. Това демонстрационно ръководство описва.
- Използване на SmartFusion2 TSEMAC, свързан към сериен гигабитов медийно независим интерфейс (SGMII) PHY.
- Интегриране на SmartFusion2 MAC драйвер с олекотен IP (IwIP) протокол за контрол на предаването (TCP) или IP стек и безплатната операционна система в реално време (RTOS).
- Приложен слой с протокол за индустриална автоматизация, Modbus на TCP или IP.
- Как да стартирате референтния дизайн
Подсистемата на микроконтролера (MSS) на SmartFusion2 SoC FPGA има екземпляр на периферното устройство TSEMAC. TSEMAC може да бъде конфигуриран между хост процесора и Ethernet мрежата при следните скорости на трансфер на данни (скорости на линия):
- 10 Mbps
- 100 Mbps
- 1000 Mbps
За повече информация относно интерфейса TSEMAC за устройства SmartFusion2 вижте UG0331: Ръководство за потребителя на подсистемата на микроконтролера SmartFusion2.
Използване на Modbus протокол
Modbus е протокол за съобщения на ниво приложение, присъстващ на ниво седмо на
модел на взаимно свързване на отворени системи (OSI). Той позволява клиентска или сървърна комуникация между устройствата, свързани в различни типове шини или мрежи. Това е сервизен протокол, който предлага много услуги, определени от функционалните кодове. Функционалните кодове на Modbus са елементи на единици данни на протокол за заявка или отговор на Modbus. Компонентите на протокола Modbus включват:
- TCP или IP през Ethernet
- Асинхронно серийно предаване през различни медии
- Тел:
- EIA/TIA-232-E
- EIA-422
- EIA/TIA-485-A влакно
- Радио
- Modbus PLUS, високоскоростна мрежа за преминаване на токени
Следващата фигура описва комуникационните стекове Modbus за различни комуникационни мрежи.
Фигура 1 • Modbus комуникационен стек
Използване на Modbus протокол на SmartFusion2 устройство
Modbus TCP сървърът работи на SmartFusion2 Advanced Development Kit и отговаря на Modbus TCP клиента, работещ на хост компютъра. Следващата фигура показва блоковата диаграма на Modbus TCP сървъра и приложението на устройството SmartFusion2.
Фигура 2 • Блокова диаграма на Modbus TCP сървър и приложение на SmartFusion2
| 0RGEXV 7&3 $SSOLFDWLRQ | 0RGEXV 7&3 6HUYHU |
| ,Z,3 7&3 RU ,3 6WDFN | |
| )UHH5726 | )ЛУПЗДУХ |
| 6PDUW)XVLRQ2 $GYDQFHG 'HYHORSPHQW .LW (+:) | |
Изисквания за проектиране
Следващата таблица изброява изискванията за проектиране на хардуер и софтуер.
Таблица 1 • Референтни изисквания за дизайн и подробности
Изисквания за проектиране: Описание
Хардуер
- Разширен комплект за разработка SmartFusion2
– USB A към mini-B кабел
– 12 V адаптер
Rev A или по-нова версия - Ethernet кабел RJ45
- Всяка една от следните програми за емулация на сериен терминал:
– Хипертерминал
– ТераТерм
– PuTTY - Хост компютър или лаптоп Windows 64-битова операционна система
Софтуер
- Libero® System-on-Chip (SoC) v11.8
- SoftConsole v4.0
- Софтуер за програмиране FlashPro v11.8
- USB към UART драйвери –
- MSS Ethernet MAC драйвери v3.1.100
- Програма за емулация на сериен терминал HyperTerminal, TeraTerm или PuTTY
- Браузър Mozilla Firefox или Internet Explorer
Демо дизайн
Следващите раздели описват демонстрационния дизайн на еталонния дизайн на Modbus TCP на устройства SmartFusion2, използващи IwIP и FreeRTOS.
Демо дизайнът files са достъпни за изтегляне на адрес:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df
Демо дизайнът files включват:
- Либеро
- Програмиране files
- HostTool
- Readme
Следващата фигура показва структурата от най-високо ниво на дизайна files. За повече информация вижте Readme.txt file.
Фигура 3 • Демо дизайн Files Структура от най-високо ниво
Функции на демонстрационния дизайн
Референтният дизайн включва:
- Завършете проекта Libero SoC Verilog
- Проект за фърмуер на SoftConsole
Референтният дизайн може да поддържа следните функционални кодове на Modbus в зависимост от настройките на свободния комуникационен стек на Modbus:
- Четене на входни регистри (функционален код 0×04)
- Четене на регистри за съхранение (функционален код 0×03)
- Запис на единични регистри (функционален код 0×06)
- Записване на множество регистри (функционален код 0×10)
- Четене или запис на множество регистри (функционален код 0×17)
- Четене на намотки (функционален код 0×01)
- Напишете единична намотка (функционален код 0×05)
- Напишете множество бобини (функционален код 0×0F)
- Четене на дискретни входове (функционален код (0×02)
Референтният дизайн поддържа следните функционални кодове на Modbus за всички безплатни настройки на комуникационния стек на Modbus:
- Четене на входни регистри (функционален код 0×04)
- Четене на дискретни входове (функционален код (0×02)
- Напишете множество бобини (функционален код 0×0F)
- Четене на регистри за съхранение (функционален код 0×03)
Демо описание на дизайна
Дизайнът е реализиран с помощта на SGMII PHY интерфейс чрез конфигуриране на TSEMAC за работа с десетбитов интерфейс (TBI). За повече информация относно интерфейса TSEMAC TBI вижте UG0331: Ръководство за потребителя на подсистемата на микроконтролера SmartFusion2.
Хардуерен проект на Libero SoC
Следващата фигура показва изпълнението на хардуерния дизайн, на който работи подчиненият фърмуер на референтния дизайн.
Фигура 4 • Хардуерен дизайн от първо ниво на Libero SoC
Хардуерният проект Libero SoC използва следните MSS ресурси и IP адреси на SmartFusion2:
- TSEMAC TBI интерфейс
- MMUART_0 за RS-232 комуникации на SmartFusion2 Advanced Development Kit
- Специален входен панел 0 като източник на часовник
- Вход и изход с общо предназначение (GPIO), който свързва следното:
- Светодиоди (LED): 4 броя
- Бутони: 4 номера
- Двойни инлайн пакетни (DIP) превключватели: 4 броя
- Следните ресурси на платката са свързани с Modbus командите:
- светодиоди (бобини)
- DIP превключватели (дискретни входове)
- Бутони (дискретни входове)
- Часовник за реално време (RTC) (входни регистри)
- Високоскоростен сериен интерфейс (SERDESIF) SERDES_IF IP, конфигуриран за SERDESIF_3 EPCS лента 3, вижте следната фигура. За да научите повече за високоскоростните серийни интерфейси, вижте ръководството за потребителя на UG0447-SmartFusion2 и IGLOO2 FPGA високоскоростни серийни интерфейси.
Следната фигура показва прозореца на конфигуратора на високоскоростен сериен интерфейс.
Фигура 5 • Прозорец на конфигуратора на високоскоростен сериен интерфейс
Присвояване на щифтовете на пакета
Разпределенията на щифтовете на пакета за LED, DIP превключватели, превключватели с бутони и PHY интерфейсни сигнали са показани в следващата таблица до Таблица 5, страница 9.
Таблица 2 • Назначаване на щифтове на светодиод към пакет
- ПИН на изходния пакет
- LED_1 D26
- LED_2 F26
- LED_3 A27
- LED_4 C26
Таблица 3 • DIP превключватели за назначаване на щифтове на пакета
- ПИН на изходния пакет
- DIP1 F25
- DIP2 G25
- DIP3 J23
- DIP4 J22
Таблица 4 • Превключватели с бутони за присвояване на щифтове на пакета
- ПИН на изходния пакет
- ПРЕВКЛЮЧВАЧ1 J25
- ПРЕВКЛЮЧВАЧ 2 H25
- ПРЕВКЛЮЧВАЧ3 J24
- ПРЕВКЛЮЧВАЧ 4 H23
Таблица 5 • Присвояване на сигнали на интерфейс PHY към пинове на пакета
- Име на порт Посока ПИН на пакета
- PHY_MDC Изход F3
- PHY_MDIO Вход K7
- PHY_RST Изход F2
Проект за фърмуер на SoftConsole
Извикайте проекта SoftConsole с помощта на самостоятелна IDE на SoftConsole. Следните версии на стека се използват за референтния дизайн:
- lwIP TCP или IP стек версия 1.3.2
- Modbus TCP сървър версия 1.5 (www.freemodbus.org) с подобрения за пълна поддръжка на функционален код като Modbus TCP сървър
- FreeRTOS (www.freertos.org)
Следващата фигура показва структурата на директорията на софтуера SoftConsole стекове на дизайна.
Фигура 6 • Прозорец на SoftConsole Project Explorer
Работното пространство на SoftConsole се състои от проекта, Modbus_TCP_App, който има Modbus TCP приложението (което използва lwIP и FreeRTOS) и всички фърмуерни и хардуерни абстракционни слоеве, които съответстват на хардуерния дизайн.
Следната фигура показва версиите на драйверите, използвани за демонстрацията.
Фигура 7 • Версии на драйвери за демонстрационен дизайн
Настройване на демонстрационния дизайн
Следващите стъпки описват как да настроите демонстрацията за платката SmartFusion2 Advanced Development Kit:
- Свържете хост компютъра към конектора J33, като използвате USB A към mini-B кабела. Драйверите за мост от USB към универсален асинхронен приемник/предавател (UART) се откриват автоматично.
- От откритите четири комуникационни (COM) порта щракнете с десния бутон върху някой от COM портовете и изберете Свойства. Показва се прозорецът със свойства на избрания COM порт, както е показано на следващата фигура.
- Уверете се, че местоположението е както на USB FP5 Serial Converter C в прозореца Properties, както е показано на следващата фигура.
Забележка: Отбележете номера на COM порта за конфигурация на сериен порт и се уверете, че местоположението на COM порта е указано като на USB FP5 сериен конвертор C.
Фигура 8 • Прозорец на диспечера на устройствата
- Инсталирайте USB драйвера, ако USB драйверите не се открият автоматично.
- Инсталирайте драйвера FTDI D2XX за комуникация със сериен терминал чрез FTDI mini USB кабел. Изтеглете драйверите и ръководството за инсталиране от:
www.microsemi.com/soc/documents/CDM_2.08.24_WHQL_Certified.zip - Свържете джъмперите на платката на SmartFusion2 Advanced Development Kit, както е показано в следващата таблица. За информация относно местоположението на джъмпера, вижте Приложение: Местоположение на джъмпера, страница 19.
ВНИМАНИЕ: Изключете превключвателя на захранването, SW7, преди да направите джъмперните връзки.
Таблица 6 • Настройки на джъмпера на SmartFusion2 Advanced Development Kit
- Джъмпер щифт от щифт към коментари
- J116, J353, J354, J54 1 2 Това са настройките на джъмпера по подразбиране на платката Advanced Development Kit. Уверете се, че джъмперите
- J123 2 3 се настройват съответно.
- J124, J121, J32 1 2 JTAG програмиране чрез FTDI
- Свържете захранването към конектора J42 в платката SmartFusion2 Advanced Development Kit.
- Този дизайн прample може да работи както в статичен IP, така и в динамичен IP режим. По подразбиране, програмиране files се предоставят за динамичен IP режим.
- За статичен IP, свържете хост компютъра към конектора J21 на
SmartFusion2 Advanced Development Kit платка, използваща RJ45 кабел. - За динамичен IP, свържете който и да е от отворените мрежови портове към конектора J21 на платката SmartFusion2 Advanced Development Kit с помощта на кабел RJ45.
- За статичен IP, свържете хост компютъра към конектора J21 на
Моментна снимка на настройката на платката
Моментни снимки на платката SmartFusion2 Advanced Development Kit с всички връзки за настройка са дадени в Приложението: Настройка на платката за изпълнение на референтния дизайн на Modbus TCP, страница 18.
Изпълнение на демонстрационния дизайн
Следните стъпки описват как да стартирате демонстрационния дизайн:
- Изтеглете дизайна file от:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df - Включете превключвателя на захранването, SW7.
- Стартирайте всяка програма за емулация на сериен терминал като:
- Хипертерминал
- PuTTY
- ТераТерм
Забележка: В тази демонстрация се използва HyperTerminal.
Конфигурацията на програмата е: - Скорост на предаване: 115200
- 8 бита данни
- 1 Стоп бит
- Без паритет
- Няма контрол на потока
За информация относно конфигурирането на програмите за емулация на сериен терминал вижте Конфигуриране на програми за емулация на сериен терминал.
- Стартирайте софтуера FlashPro.
- Щракнете върху Нов проект.
- В прозореца Нов проект въведете името на проекта, както е показано на фигурата по-долу.
Фигура 9 • Нов проект на FlashPro
- Щракнете върху Преглед и отидете до мястото, където искате да запазите проекта.
- Изберете Единично устройство като режим на програмиране.
- Щракнете върху OK, за да запазите проекта.
- Щракнете върху Конфигуриране на устройство.
- Щракнете върху Преглед и навигирайте до местоположението, където е Modbus_TCP_top.stp file се намира и изберете file. Местоположението по подразбиране е:
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\Програмиранеfile\Modbus_TCP_top.stp). Необходимото програмиране file е избрано и е готово за програмиране в устройството, както е показано на следващата фигура.
Фигура 10 • Конфигуриран проект FlashPro
- Щракнете върху ПРОГРАМИРАНЕ, за да започнете да програмирате устройството. Изчакайте, докато се покаже съобщение, което показва, че програмата е преминала. Тази демонстрация изисква устройството SmartFusion2 да бъде предварително програмирано с кода на приложението за активиране на приложението Modbus. Устройството SmartFusion2 е предварително програмирано с Modbus_TCP_top.stp с помощта на софтуера FlashPro.
Фигура 11 • Програмата FlashPro премина успешно
Забележка: За да стартирате дизайна в режим на статичен IP, следвайте стъпките, споменати в Приложение: Изпълнение на дизайна в режим на статичен IP, страница 20. - Изключете захранването на SmartFusion2 Advanced Development board.
Поздравително съобщение с IP адреса се показва в прозореца на HyperTerminal, както е показано на следващата фигура.
Фигура 12 • HyperTerminal с IP адрес
Отворете нов команден ред на хост компютъра, отидете в папката
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\HostTool), където
SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe file е налице, въведете командата: SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe както е показано на следващата фигура.
Фигура 13 • Извикване на Modbus клиента
Следващата фигура показва изпълняваните функции на Modbus TCP. Функциите са:
- Четене на дискретни входове (функционален код 02)
- Четене на регистри за съхранение (функционален код 03)
- Четене на входни регистри (функционален код 04)
- Напишете множество намотки (функционален код 15)
Фигура 14 • Демонстрация на функционални кодове на Modbus
Вижте Изпълнение на Modbus функции, страница 17 за повече информация относно Modbus функциите, които са демонстрирани в референтния дизайн.
- След като стартирате демонстрацията, затворете HyperTerminal.
Изпълнение на Modbus функции
Този раздел описва функциите на Modbus, които са демонстрирани в референтния дизайн.
Четене на дискретни входове (функционален код 02)
GPIO са свързани към 4 DIP превключвателя и 4 превключвателя с бутони. ВКЛЮЧВАЙТЕ и ИЗКЛЮЧВАЙТЕ DIP превключвателите и бутонните превключватели на SmartFusion2 Advanced Development Kit. Функционалният код за четене на дискретни входове показва състоянията на превключвателите, както е показано на следващата фигура.
Фигура 15 • Четене на дискретни входове
Четене на регистрите на стопанството (функционален код 03)
Следващата фигура показва данните за глобалния буфер, дефинирани във фърмуера.
Фигура 16 • Четене на регистрите на стопанството
Четене на входни регистри (функционален код 04)
Следната фигура показва броя секунди, които броячът в реално време (RTC) е отчел.
Фигура 17 • Четене на входни регистри
Записване на множество бобини (функционален код 0×0F)
Следващата фигура показва данните от регистъра за запис на множество намотки за превключване на светодиодите, свързани към GPIO.
Фигура 18 • Записване на множество бобини
Приложение: Настройка на платката за изпълнение на еталонния дизайн на Modbus TCP
Следващата фигура показва настройката на платката за изпълнение на референтния дизайн на платката SmartFusion2 Advanced Development Kit.
Фигура 19 • SmartFusion2 Advanced Development Kit Настройка на платката
Приложение: Местоположение на джъмпера
Следващата фигура показва местата на джъмпера на платката на SmartFusion2 Advanced Development Kit.
Фигура 20 • SmartFusion2 Advanced Development Kit Silkscreen Горна част View
Забележка: Маркираните в червено джъмпери са зададени по подразбиране. Маркираните в зелено джъмпери трябва да се настроят ръчно.
Забележка: Местоположението на джъмперите на предходната фигура може да се търси.
Приложение: Изпълнение на дизайна в режим на статичен IP
Следващите стъпки описват как да стартирате дизайна в статичен IP режим:
- Щракнете с десния бутон върху прозореца на Project Explorer на проекта SoftConsole и отидете на Properties, както е показано на следващата фигура.
Фигура 21 • Прозорец на Project Explorer на SoftConsole Project
- Премахнете символа NET_USE_DHCP в Настройки на инструмента на прозореца Свойства за Modbus_TCP_App. Следващата фигура показва прозореца Properties for Modbus_TCP_App.
Фигура 22 • Прозорец със свойства на Project Explorer
- Ако устройството е свързано в режим на статичен IP, статичният IP адрес на платката е 169.254.1.23, след което променете настройките на хоста TCP/IP, за да отразяват IP адреса. Вижте следната фигура и Фигура 24,
Фигура 23 • TCP/IP настройки на хост компютър
Фигура 24 • Настройки на статичен IP адрес
Забележка: Когато тези настройки са конфигурирани, компилирайте дизайна, заредете дизайна във Flash памет и стартирайте дизайна с помощта на SoftConsole.
DG0440 Демо Ръководство Ревизия 7.0
Документи / Ресурси
 |
Microsemi DG0440 Изпълнява Modbus TCP референтен дизайн на SmartFusion2 устройства [pdf] Ръководство за потребителя DG0440 Изпълнение на референтен дизайн на Modbus TCP на устройства SmartFusion2, DG0440, Изпълнение на референтен дизайн на Modbus TCP на устройства SmartFusion2, Проектиране на устройства SmartFusion2 |
