Microsemi DG0440 Pokreće Modbus TCP referentni dizajn na SmartFusion2 uređajima
Microsemi korporativno sjedište
One Enterprise, Aliso Viejo,
CA 92656 SAD
Unutar SAD-a: +1 800-713-4113
Izvan SAD: +1 949-380-6100
Fax: +1 949-215-4996
Email: sales.support@microsemi.com
www.microsemi.com
© 2017 Microsemi Corporation. Sva prava zadržana. Microsemi i Microsemi logo su zaštitni znakovi Microsemi Corporation. Svi ostali zaštitni znakovi i uslužni znaci vlasništvo su njihovih vlasnika
Microsemi ne daje nikakvu garanciju, zastupanje ili garanciju u vezi sa informacijama sadržanim u ovom dokumentu ili prikladnosti svojih proizvoda i usluga za bilo koju određenu svrhu, niti Microsemi preuzima bilo kakvu odgovornost koja proizilazi iz primene ili upotrebe bilo kog proizvoda ili kola. Proizvodi koji se prodaju u nastavku i svi drugi proizvodi koje prodaje Microsemi bili su podvrgnuti ograničenom testiranju i ne bi se trebali koristiti zajedno sa opremom ili aplikacijama kritičnim za misiju. Vjeruje se da su sve specifikacije performansi pouzdane, ali nisu provjerene, a Kupac mora provesti i završiti sva ispitivanja performansi i druga testiranja proizvoda, sami i zajedno sa, ili ugrađeni u bilo koji krajnji proizvod. Kupac se neće oslanjati ni na kakve podatke i specifikacije performansi ili parametre koje pruža Microsemi. Odgovornost Kupca je da samostalno utvrdi prikladnost bilo kojeg proizvoda te da istu testira i provjeri. Informacije koje Microsemi pruža u nastavku su date „kao što jesu, gdje je“ i sa svim greškama, a cijeli rizik povezan s takvim informacijama je u potpunosti na Kupcu. Microsemi ne dodeljuje, eksplicitno ili implicitno, nijednoj strani bilo kakva patentna prava, licence ili bilo koja druga prava intelektualne svojine, bilo u pogledu samih takvih informacija ili bilo čega što je opisano u takvim informacijama. Informacije navedene u ovom dokumentu su vlasništvo Microsemi-ja, a Microsemi zadržava pravo da izvrši bilo kakve izmjene informacija u ovom dokumentu ili bilo kojeg proizvoda i usluga u bilo koje vrijeme bez prethodne najave.
O Microsemi
Microsemi Corporation (Nasdaq: MSCC) nudi sveobuhvatan portfelj poluvodičkih i sistemskih rješenja za aeronauku i odbranu, komunikacije, centre podataka i industrijska tržišta. Proizvodi uključuju visoke performanse i radijacijom ojačana analogna integrirana kola mješovitog signala, FPGA, SoC i ASIC; proizvodi za upravljanje napajanjem; uređaji za merenje vremena i sinhronizacije i precizna vremenska rešenja, postavljajući svetske standarde za vreme; Uređaji za obradu glasa; RF rješenja; diskretne komponente; korporativna rješenja za pohranu i komunikaciju, sigurnosne tehnologije i skalabilni anti-tamper products; Ethernet rješenja; Power-over-Ethernet IC-ovi i srednji rasponi; kao i mogućnosti i usluge prilagođenog dizajna. Microsemi ima sjedište u Aliso Viejo, Kalifornija, i ima oko 4,800 zaposlenih širom svijeta. Saznajte više na www.microsemi.com.
Istorija revizija
Historija revizija opisuje promjene koje su implementirane u dokument. Promjene su navedene po reviziji, počevši od najnovije publikacije.
Revizija 7.0
Ažuriran dokument za Libero v11.8 izdanje softvera.
Revizija 6.0
Sljedeće promjene su urađene u reviziji 6.0 ovog dokumenta.
- Zahtjevi za dizajn Libero SoC, FlashPro i SoftConsole ažurirani su u Zahtjevi za dizajn, stranica 5.
- U cijelom vodiču ažuriraju se nazivi SoftConsole projekata korištenih u demo dizajnu i sve povezane brojke.
Revizija 5.0
Ažuriran dokument za izdanje softvera Libero v11.7 (SAR 76559).
Revizija 4.0
Ažuriran dokument za izdanje softvera Libero v11.6 (SAR 72924).
Revizija 3.0
Ažuriran dokument za izdanje softvera Libero v11.5 (SAR 63972).
Revizija 2.0
Ažuriran dokument za izdanje softvera Libero v11.3 (SAR 56538).
Revizija 1.0
Ažuriran dokument za izdanje softvera Libero v11.2 (SAR 53221).
Pokretanje Modbus TCP referentnog dizajna na SmartFusion2 uređajima koristeći IwIP i FreeRTOS
Uvod
Microsemi nudi referentni dizajn za SmartFusion®2 SoC FPGA uređaje koji demonstriraju
Tri-speed ethernet media access controller (TSEMAC) karakteriše SmartFusion2 SoC FPGA i implementira Modbus protokol. Referentni dizajn radi na UG0557: SmartFusion2 SoC FPGA Advanced Development Kit User Guide. Ovaj demo vodič opisuje.
- Upotreba SmartFusion2 TSEMAC povezanog na serijski gigabitni interfejs nezavisni od medija (SGMII) PHY.
- Integracija SmartFusion2 MAC drajvera sa laganim IP (IwIP) protokolom za kontrolu prenosa (TCP) ili IP stekom i besplatnim operativnim sistemom u realnom vremenu (RTOS).
- Aplikacioni sloj sa protokolom industrijske automatizacije, Modbus na TCP ili IP.
- Kako pokrenuti referentni dizajn
Podsistem mikrokontrolera (MSS) SmartFusion2 SoC FPGA ima instancu TSEMAC periferije. TSEMAC se može konfigurirati između glavnog procesora i Ethernet mreže na sljedećim brzinama prijenosa podataka (brzine linije):
- 10 Mbps
- 100 Mbps
- 1000 Mbps
Za više informacija o TSEMAC sučelju za SmartFusion2 uređaje, pogledajte UG0331: Korisnički vodič za podsistem mikrokontrolera SmartFusion2.
Korištenje Modbus protokola
Modbus je protokol za razmjenu poruka na aplikacijskom sloju koji je prisutan na sedmom nivou
model interkonekcije otvorenih sistema (OSI). Omogućava klijentsku ili serversku komunikaciju između uređaja povezanih u različite vrste magistrala ili mreža. To je servisni protokol koji nudi mnoge usluge specificirane kodovima funkcija. Modbus funkcijski kodovi su elementi jedinica podataka Modbus zahtjeva ili odgovora protokola. Komponente Modbus protokola uključuju:
- TCP ili IP preko Etherneta
- Asinhroni serijski prijenos preko raznih medija
- žica:
- EIA/TIA-232-E
- EIA-422
- EIA/TIA-485-A vlakno
- Radio
- Modbus PLUS, mreža za prenos tokena velike brzine
Sljedeća slika opisuje Modbus komunikacione stekove za različite komunikacione mreže.
Slika 1 • Modbus komunikacioni stog
Korištenje Modbus protokola na SmartFusion2 uređaju
Modbus TCP server radi na SmartFusion2 naprednom razvojnom kompletu i odgovara na Modbus TCP klijent koji radi na glavnom računaru. Sljedeća slika prikazuje blok dijagram Modbus TCP servera i aplikacije na SmartFusion2 uređaju.
Slika 2 • Blok dijagram Modbus TCP servera i aplikacije na SmartFusion2
| 0RGEXV 7&3 $SSOLFDWLRQ | 0RGEXV 7&3 6HUYHU |
| ,Z,3 7&3 RU ,3 6WDFN | |
| )UHH5726 | )LUPZDUH |
| 6PDUW)XVLRQ2 $GYDQFHG 'HYHORSPHQW .LW (+:) | |
Zahtjevi za dizajn
Sljedeća tabela navodi zahtjeve za dizajn hardvera i softvera.
Tabela 1 • Referentni projektni zahtjevi i detalji
Zahtjevi dizajna: Opis
Hardver
- SmartFusion2 napredni razvojni komplet
– USB A na mini-B kabl
– 12 V adapter
Rev A ili noviji - Ethernet kabl RJ45
- Bilo koji od sljedećih programa za emulaciju serijskog terminala:
– HyperTerminal
– TeraTerm
– PuTTY - Host PC ili laptop Windows 64-bitni operativni sistem
Softver
- Libero® sistem-na-čipu (SoC) v11.8
- SoftConsole v4.0
- FlashPro softver za programiranje v11.8
- USB na UART drajveri –
- MSS Ethernet MAC drajveri v3.1.100
- Program za emulaciju serijskog terminala HyperTerminal, TeraTerm ili PuTTY
- Pregledač Mozilla Firefox ili Internet Explorer
Demo dizajn
Sljedeći odjeljci opisuju demo dizajn Modbus TCP referentnog dizajna na SmartFusion2 uređajima koji koriste IwIP i FreeRTOS.
Demo dizajn files su dostupni za preuzimanje na:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df
Demo dizajn files uključuju:
- Libero
- Programiranje files
- HostTool
- Readme
Sljedeća slika prikazuje strukturu najvišeg nivoa dizajna files. Za više informacija pogledajte Readme.txt file.
Slika 3 • Demo dizajn Files Struktura najvišeg nivoa
Demo karakteristike dizajna
Referentni dizajn uključuje:
- Kompletan Libero SoC Verilog projekat
- Projekt firmvera SoftConsole
Referentni dizajn može podržati sljedeće Modbus funkcionalne kodove ovisno o postavkama slobodnog Modbus komunikacijskog steka:
- Čitanje ulaznih registara (kod funkcije 0×04)
- Čitanje registara zadržavanja (šifra funkcije 0×03)
- Upišite pojedinačne registre (šifra funkcije 0×06)
- Upišite više registara (kod funkcije 0×10)
- Čitanje ili pisanje više registara (kod funkcije 0×17)
- Očitajte zavojnice (šifra funkcije 0×01)
- Upišite jednu zavojnicu (kod funkcije 0×05)
- Upišite više zavojnica (kod funkcije 0×0F)
- Čitanje diskretnih ulaza (kod funkcije (0×02)
Referentni dizajn podržava sljedeće Modbus funkcionalne kodove za sve besplatne postavke Modbus komunikacionog steka:
- Čitanje ulaznih registara (kod funkcije 0×04)
- Čitanje diskretnih ulaza (kod funkcije (0×02)
- Upišite više zavojnica (kod funkcije 0×0F)
- Čitanje registara zadržavanja (šifra funkcije 0×03)
Opis demo dizajna
Dizajn je implementiran pomoću SGMII PHY interfejsa konfigurisanjem TSEMAC-a za operaciju deset-bitnog interfejsa (TBI). Za više informacija o TSEMAC TBI interfejsu, pogledajte UG0331: Korisnički vodič za podsistem mikrokontrolera SmartFusion2.
Libero SoC hardverski projekat
Sljedeća slika prikazuje implementaciju dizajna hardvera na kojoj se izvodi podređeni firmver referentnog dizajna.
Slika 4 • Libero SoC hardverski dizajn najvišeg nivoa
Libero SoC hardverski projekat koristi sljedeće SmartFusion2 MSS resurse i IP adrese:
- TSEMAC TBI interfejs
- MMUART_0 za RS-232 komunikacije na SmartFusion2 naprednom razvojnom kompletu
- Namenski ulazni pad 0 kao izvor takta
- Ulaz i izlaz opšte namene (GPIO) koji povezuje sledeće:
- Svjetleće diode (LED): 4 broja
- Tasteri: 4 broja
- Dvostruki in-line paket (DIP) prekidači: 4 broja
- Sljedeći resursi ploče povezani su sa Modbus komandama:
- LED diode (zavojnice)
- DIP prekidači (diskretni ulazi)
- Tasteri (diskretni ulazi)
- Sat realnog vremena (RTC) (ulazni registri)
- Serijski interfejs velike brzine (SERDESIF) SERDES_IF IP, konfigurisan za SERDESIF_3 EPCS traku 3, pogledajte sljedeću sliku. Da biste saznali više o serijskim sučeljima velike brzine, pogledajte korisnički priručnik za UG0447-SmartFusion2 i IGLOO2 FPGA serijska sučelja velike brzine.
Sljedeća slika prikazuje prozor High Speed Serial Interface Configurator.
Slika 5 • Prozor konfiguratora serijskog interfejsa velike brzine
Dodjela pinova za paket
Dodjela pinova paketa za LED, DIP prekidače, prekidače sa dugmadima i signale PHY interfejsa prikazana je u sljedećoj tabeli do Tabele 5, stranica 9.
Tabela 2 • Dodjela LED za igle za paket
- Izlazni paket Pin
- LED_1 D26
- LED_2 F26
- LED_3 A27
- LED_4 C26
Tabela 3 • DIP prekidači na dodjelu pinova paketa
- Izlazni paket Pin
- DIP1 F25
- DIP2 G25
- DIP3 J23
- DIP4 J22
Tabela 4 • Taster prebacuje na dodelu pinova za paket
- Izlazni paket Pin
- SWITCH1 J25
- SWITCH2 H25
- SWITCH3 J24
- SWITCH4 H23
Tabela 5 • Dodjela signala PHY interfejsa za pinove paketa
- Naziv porta Smjer Paket Pin
- PHY_MDC Izlaz F3
- PHY_MDIO ulaz K7
- PHY_RST Izlaz F2
Projekat firmvera SoftConsole
Pozovite projekat SoftConsole koristeći samostalni SoftConsole IDE. Sljedeće verzije steka koriste se za referentni dizajn:
- lwIP TCP ili IP stack verzija 1.3.2
- Modbus TCP server verzija 1.5 (www.freemodbus.org) sa poboljšanjima za kompletnu podršku koda funkcija kao Modbus TCP server
- FreeRTOS (www.freertos.org)
Sljedeća slika prikazuje strukturu direktorija SoftConsole softverskih stogova dizajna.
Slika 6 • SoftConsole Project Explorer prozor
Radni prostor SoftConsole sastoji se od projekta, Modbus_TCP_App koji ima Modbus TCP aplikaciju (koja koristi lwIP i FreeRTOS) i svih slojeva apstrakcije firmvera i hardvera koji odgovaraju dizajnu hardvera.
Sljedeća slika prikazuje verzije drajvera korištene za demo.
Slika 7 • Verzije drajvera Demo Design
Postavljanje demo dizajna
Sljedeći koraci opisuju kako postaviti demo za SmartFusion2 Advanced Development Kit ploču:
- Povežite glavni računar na J33 konektor pomoću USB A na mini-B kabla. Premosni upravljački programi USB na univerzalni asinhroni prijemnik/predajnik (UART) se automatski otkrivaju.
- Sa četiri otkrivena komunikacijska (COM) porta, kliknite desnim tasterom miša na bilo koji od COM portova i izaberite Svojstva. Prikazuje se prozor sa svojstvima odabranog COM porta, kao što je prikazano na sljedećoj slici.
- Uvjerite se da imate lokaciju kao na USB FP5 serijskom pretvaraču C u prozoru Svojstva kao što je prikazano na sljedećoj slici.
Napomena: Zabilježite broj COM porta za konfiguraciju serijskog porta i uvjerite se da je lokacija COM porta navedena kao na USB FP5 serijskom pretvaraču C.
Slika 8 • Prozor Device Manager
- Instalirajte USB drajver ako se USB drajveri ne otkriju automatski.
- Instalirajte FTDI D2XX drajver za serijsku komunikaciju terminala preko FTDI mini USB kabla. Preuzmite upravljačke programe i vodič za instalaciju sa:
www.microsemi.com/soc/documents/CDM_2.08.24_WHQL_Certified.zip - Povežite kratkospojnike na ploči SmartFusion2 Advanced Development Kit kao što je prikazano u sljedećoj tabeli. Za informacije o lokacijama kratkospojnika pogledajte Dodatak: Lokacije kratkospojnika, stranica 19.
OPREZ: ISKLJUČITE prekidač za napajanje, SW7, pre nego što izvršite veze kratkospojnika.
Tabela 6 • Postavke kratkospojnika SmartFusion2 kompleta za napredni razvoj
- Jumper Pin Od Pin do Komentari
- J116, J353, J354,J54 1 2 Ovo su zadane postavke kratkospojnika ploče Advanced Development Kit. Uvjerite se da su skakači
- J123 2 3 su u skladu s tim.
- J124, J121, J32 1 2 JTAG programiranje preko FTDI
- Povežite napajanje na J42 konektor na ploči SmartFusion2 Advanced Development Kit.
- Ovaj dizajn exampmože raditi iu statičnom IP i u dinamičkom IP modu. Podrazumevano, programiranje files su predviđeni za dinamički IP način.
- Za statički IP, povežite glavni računar na J21 konektor na
SmartFusion2 Advanced Development Kit ploča pomoću RJ45 kabla. - Za dinamički IP, povežite bilo koji od otvorenih mrežnih portova na J21 konektor ploče SmartFusion2 Advanced Development Kit pomoću RJ45 kabla.
- Za statički IP, povežite glavni računar na J21 konektor na
Snimak postavljanja ploče
Snimci ploče SmartFusion2 Advanced Development Kit sa svim konekcijama za podešavanje date su u Dodatku: Podešavanje ploče za pokretanje Modbus TCP referentnog dizajna, stranica 18.
Pokretanje demo dizajna
Sljedeći koraci opisuju kako pokrenuti demo dizajn:
- Preuzmite dizajn file od:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df - Uključite prekidač napajanja, SW7.
- Pokrenite bilo koji program za emulaciju serijskog terminala kao što su:
- HyperTerminal
- PuTTY
- TeraTerm
Napomena: U ovoj demonstraciji koristi se HyperTerminal.
Konfiguracija za program je: - Brzina prijenosa: 115200
- 8 bitova podataka
- 1 Stop bit
- Nema pariteta
- Nema kontrole protoka
Za informacije o konfiguriranju programa za emulaciju serijskog terminala, pogledajte Konfiguriranje programa za emulaciju serijskog terminala.
- Pokrenite softver FlashPro.
- Kliknite na Novi projekat.
- U prozoru New Project unesite naziv projekta, kao što je prikazano na sljedećoj slici.
Slika 9 • FlashPro Novi projekat
- Kliknite na Browse i idite do lokacije na kojoj želite da sačuvate projekat.
- Odaberite Pojedinačni uređaj kao način programiranja.
- Kliknite OK da sačuvate projekat.
- Kliknite Konfiguriši uređaj.
- Kliknite na Browse i idite do lokacije na kojoj se nalazi Modbus_TCP_top.stp file se nalazi i odaberite file. Zadana lokacija je:
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\Programiranjefile\Modbus_TCP_top.stp). Potrebno programiranje file je odabran i spreman je za programiranje u uređaju kao što je prikazano na sljedećoj slici.
Slika 10 • FlashPro projekat je konfigurisan
- Kliknite PROGRAM za početak programiranja uređaja. Pričekajte dok se ne prikaže poruka koja pokazuje da je program prošao. Ova demonstracija zahtijeva da SmartFusion2 uređaj bude unaprijed programiran s kodom aplikacije za aktiviranje Modbus aplikacije. SmartFusion2 uređaj je unapred programiran sa Modbus_TCP_top.stp koristeći FlashPro softver.
Slika 11 • FlashPro program je prošao
Napomena: Za pokretanje dizajna u statičnom IP načinu, slijedite korake navedene u Dodatku: Pokretanje dizajna u načinu statičkog IP-a, stranica 20. - Uključite napajanje SmartFusion2 napredne razvojne ploče.
Poruka dobrodošlice sa IP adresom se prikazuje u prozoru HyperTerminal-a, kao što je prikazano na sljedećoj slici.
Slika 12 • HyperTerminal sa IP adresom
Otvorite novu komandnu liniju na glavnom računaru, idite u fasciklu
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\HostTool) gdje
SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe file je prisutan, unesite naredbu: SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe kao što je prikazano na sljedećoj slici.
Slika 13 • Pozivanje Modbus klijenta
Sljedeća slika prikazuje Modbus TCP funkcije koje su pokrenute. Funkcije su:
- Čitanje diskretnih ulaza (kod funkcije 02)
- Čitanje registara zadržavanja (šifra funkcije 03)
- Čitanje ulaznih registara (šifra funkcije 04)
- Upišite više zavojnica (šifra funkcije 15)
Slika 14 • Demonstracija Modbus funkcionalnih kodova
Pogledajte Pokretanje Modbus funkcija, stranica 17 za više informacija o Modbus funkcijama koje su prikazane u referentnom dizajnu.
- Nakon što pokrenete demo, zatvorite HyperTerminal.
Pokretanje Modbus funkcija
Ovaj odjeljak opisuje Modbus funkcije koje su demonstrirane u referentnom dizajnu.
Čitanje diskretnih ulaza (kod funkcije 02)
GPIO su povezani na 4 DIP prekidača i 4 prekidača na dugme. UKLJUČITE i ISKLJUČITE DIP prekidače i prekidače sa dugmadima na SmartFusion2 naprednom razvojnom kompletu. Funkcionalni kod čitanja diskretnih ulaza prikazuje statuse prekidača kao što je prikazano na sljedećoj slici.
Slika 15 • Čitanje diskretnih ulaza
Čitanje registara zadržavanja (šifra funkcije 03)
Sljedeća slika prikazuje podatke globalnog bafera definirane u firmveru.
Slika 16 • Čitanje registara zadržavanja
Čitanje ulaznih registara (kod funkcije 04)
Sljedeća slika prikazuje broj sekundi koje je brojač u realnom vremenu (RTC) odbrojao.
Slika 17 • Čitanje ulaznih registara
Upišite više zavojnica (kod funkcije 0×0F)
Sljedeća slika prikazuje podatke registra Write Multiple Coils za prebacivanje LED dioda povezanih na GPIO.
Slika 18 • Write Multiple Coils
Dodatak: Podešavanje ploče za pokretanje Modbus TCP referentnog dizajna
Sljedeća slika prikazuje podešavanje ploče za pokretanje referentnog dizajna na ploči SmartFusion2 Advanced Development Kit.
Slika 19 • SmartFusion2 Advanced Development Kit Setup Board
Dodatak: Lokacije skakača
Sljedeća slika prikazuje lokacije kratkospojnika na ploči SmartFusion2 Advanced Development Kit.
Slika 20 • SmartFusion2 napredni razvojni komplet Silkscreen Top View
Napomena: Preskakači označeni crvenom bojom su podešeni prema zadanim postavkama. Preskakači označeni zelenom bojom moraju se postaviti ručno.
Napomena: Lokacije skakača na prethodnoj slici mogu se pretraživati.
Dodatak: Pokretanje dizajna u statičnom IP modu
Sljedeći koraci opisuju kako pokrenuti dizajn u statičkom IP načinu:
- Kliknite desnim tasterom miša na prozor Project Explorer projekta SoftConsole i idite na Svojstva kao što je prikazano na sledećoj slici.
Slika 21 • Prozor Project Explorer projekta SoftConsole
- Uklonite simbol NET_USE_DHCP u postavkama alata prozora Svojstva za Modbus_TCP_App. Sljedeća slika prikazuje prozor Svojstva za Modbus_TCP_App.
Slika 22 • Prozor sa svojstvima Project Explorera
- Ako je uređaj povezan u statičnom IP modu, statička IP adresa ploče je 169.254.1.23, a zatim promijenite Host TCP/IP postavke tako da odražavaju IP adresu. Pogledajte sljedeću sliku i sliku 24,
Slika 23 • Host PC TCP/IP postavke
Slika 24 • Postavke statičke IP adrese
Napomena: Kada su ove postavke konfigurirane, kompajlirajte dizajn, učitajte dizajn u Flash memoriju i pokrenite dizajn koristeći SoftConsole.
DG0440 Demo vodič Revizija 7.0
Dokumenti / Resursi
 |
Microsemi DG0440 Pokreće Modbus TCP referentni dizajn na SmartFusion2 uređajima [pdf] Korisnički priručnik DG0440 Pokretanje Modbus TCP referentnog dizajna na SmartFusion2 uređajima, DG0440, Pokretanje Modbus TCP referentnog dizajna na SmartFusion2 uređajima, Dizajniranje na SmartFusion2 uređajima |
