Microsemi DG0440 amb disseny de referència Modbus TCP en dispositius SmartFusion2
Seu Corporativa Microsemi
One Enterprise, Aliso Viejo,
CA 92656 EUA
Dins dels EUA: +1 800-713-4113
Fora dels EUA: +1 949-380-6100
Fax: +1 949-215-4996
Correu electrònic: sales.support@microsemi.com
www.microsemi.com
© 2017 Microsemi Corporation. Tots els drets reservats. Microsemi i el logotip de Microsemi són marques comercials de Microsemi Corporation. Totes les altres marques comercials i marques de servei són propietat dels seus respectius propietaris
Microsemi no fa cap garantia, representació o garantia sobre la informació continguda aquí o la idoneïtat dels seus productes i serveis per a cap propòsit particular, ni tampoc assumeix cap responsabilitat derivada de l'aplicació o l'ús de cap producte o circuit. Els productes que es venen a continuació i qualsevol altre producte venut per Microsemi han estat subjectes a proves limitades i no s'han d'utilitzar juntament amb equips o aplicacions crítiques. Es creu que qualsevol especificació de rendiment és fiable, però no es verifica, i el comprador ha de dur a terme i completar totes les proves de rendiment i altres dels productes, sols i juntament amb, o instal·lats en qualsevol producte final. El comprador no es basarà en les dades i les especificacions de rendiment o els paràmetres proporcionats per Microsemi. És responsabilitat del comprador determinar de manera independent la idoneïtat de qualsevol producte i provar-lo i verificar-lo. La informació proporcionada per Microsemi a continuació es proporciona "tal com és, on és" i amb tots els errors, i tot el risc associat amb aquesta informació és totalment del comprador. Microsemi no atorga, de manera explícita o implícita, a cap part cap dret de patent, llicència o qualsevol altre dret de propietat intel·lectual, ja sigui pel que fa a aquesta informació en si o a qualsevol cosa descrita per aquesta informació. La informació proporcionada en aquest document és propietat de Microsemi, i Microsemi es reserva el dret de fer qualsevol canvi a la informació d'aquest document o a qualsevol producte i servei en qualsevol moment sense previ avís.
Sobre Microsemi
Microsemi Corporation (Nasdaq: MSCC) ofereix una cartera completa de solucions de sistemes i semiconductors per a l'aeronàutica i defensa, comunicacions, centres de dades i mercats industrials. Els productes inclouen circuits integrats de senyal mixt analògic d'alt rendiment i endurits per la radiació, FPGA, SoC i ASIC; productes de gestió d'energia; dispositius de cronometratge i sincronització i solucions de temps precises, establint l'estàndard mundial en temps; dispositius de processament de veu; solucions de RF; components discrets; solucions d'emmagatzematge i comunicació empresarial, tecnologies de seguretat i anti-t escalablesamper productes; solucions Ethernet; Circuits integrats i midspans d'alimentació a través d'Ethernet; així com capacitats i serveis de disseny personalitzat. Microsemi té la seu a Aliso Viejo, Califòrnia, i té aproximadament 4,800 empleats a tot el món. Més informació a www.microsemi.com.
Historial de revisions
L'historial de revisions descriu els canvis que es van implementar al document. Els canvis s'enumeren per revisió, començant per la publicació més actual.
Revisió 7.0
S'ha actualitzat el document per a la versió del programari Libero v11.8.
Revisió 6.0
Els canvis següents es fan a la revisió 6.0 d'aquest document.
- Els requisits de disseny de Libero SoC, FlashPro i SoftConsole s'actualitzen a Requisits de disseny, pàgina 5.
- Al llarg de la guia, s'actualitzen els noms dels projectes de SoftConsole utilitzats en el disseny de la demostració i totes les figures associades.
Revisió 5.0
S'ha actualitzat el document per a la versió del programari Libero v11.7 (SAR 76559).
Revisió 4.0
S'ha actualitzat el document per a la versió del programari Libero v11.6 (SAR 72924).
Revisió 3.0
S'ha actualitzat el document per a la versió del programari Libero v11.5 (SAR 63972).
Revisió 2.0
S'ha actualitzat el document per a la versió del programari Libero v11.3 (SAR 56538).
Revisió 1.0
S'ha actualitzat el document per a la versió del programari Libero v11.2 (SAR 53221).
Execució del disseny de referència Modbus TCP en dispositius SmartFusion2 mitjançant IwIP i FreeRTOS
Introducció
Microsemi ofereix un disseny de referència per a dispositius SmartFusion®2 SoC FPGA que demostren el
El controlador d'accés mitjà d'ethernet de tres velocitats (TSEMAC) inclou el SmartFusion2 SoC FPGA i implementa el protocol Modbus. El disseny de referència s'executa a l'UG0557: Guia d'usuari del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2 SoC FPGA. Aquesta guia de demostració descriu.
- Ús de SmartFusion2 TSEMAC connectat a una interfície serial gigabit media independent (SGMII) PHY.
- Integració del controlador SmartFusion2 MAC amb el protocol de control de transmissió IP lleuger (IwIP) (TCP) o pila IP i el sistema operatiu gratuït en temps real (RTOS).
- Capa d'aplicació amb protocol d'automatització industrial, Modbus sobre TCP o IP.
- Com executar el disseny de referència
El subsistema de microcontroladors (MSS) del SmartFusion2 SoC FPGA té una instància del perifèric TSEMAC. El TSEMAC es pot configurar entre el processador amfitrió i la xarxa Ethernet a les següents velocitats de transferència de dades (velocitats de línia):
- 10 Mbps
- 100 Mbps
- 1000 Mbps
Per obtenir més informació sobre la interfície TSEMAC per a dispositius SmartFusion2, consulteu la Guia d'usuari del subsistema de microcontroladors UG0331: SmartFusion2.
Ús del protocol Modbus
Modbus és un protocol de missatgeria de la capa d'aplicació present al nivell set del
Model d'interconnexió de sistemes oberts (OSI). Permet la comunicació client o servidor entre els dispositius connectats en diferents tipus de bus o xarxes. És un protocol de servei que ofereix molts serveis especificats pels codis de funció. Els codis de funció Modbus són elements de les unitats de dades del protocol de sol·licitud o resposta Modbus. Els components del protocol Modbus inclouen:
- TCP o IP sobre Ethernet
- Transmissió en sèrie asíncrona a través de diversos mitjans
- Cable:
- EIA/TIA-232-E
- EIA-422
- Fibra EIA/TIA-485-A
- Ràdio
- Modbus PLUS, una xarxa de pas de fitxes d'alta velocitat
La figura següent descriu les piles de comunicació Modbus per a diverses xarxes de comunicació.
Figura 1 • Pila de comunicació Modbus
Ús del protocol Modbus al dispositiu SmartFusion2
El servidor Modbus TCP s'executa al kit de desenvolupament avançat SmartFusion2 i respon al client Modbus TCP que s'executa a l'ordinador amfitrió. La figura següent mostra el diagrama de blocs del servidor i l'aplicació Modbus TCP al dispositiu SmartFusion2.
Figura 2 • Diagrama de blocs del servidor i l'aplicació Modbus TCP a SmartFusion2
| 0RGEXV 7&3 $SSOLFDWLRQ | 0RGEXV 7&3 6HUYHU |
| ,Z,3 7&3 RU ,3 6WDFN | |
| )UHH5726 | ) LUPZDUH |
| 6PDUW)XVLRQ2 $GYDQFHG 'HYHORSPHQW .LW (+:) | |
Requisits de disseny
La taula següent enumera els requisits de disseny de maquinari i programari.
Taula 1 • Requisits i detalls del disseny de referència
Requisits de disseny: Descripció
Maquinari
- Kit de desenvolupament avançat SmartFusion2
- Cable USB A a mini-B
- Adaptador de 12 V
Rev A o posterior - Cable Ethernet RJ45
- Qualsevol dels programes d'emulació de terminal sèrie següents:
- HyperTerminal
– TeraTerm
– MASSA - PC amfitrió o portàtil Sistema operatiu Windows de 64 bits
Programari
- Libero® System-on-Chip (SoC) v11.8
- SoftConsole v4.0
- Programari de programació FlashPro v11.8
- Controladors USB a UART -
- Controladors MSS Ethernet MAC v3.1.100
- Un programa d'emulació de terminal sèrie HyperTerminal, TeraTerm o PuTTY
- Navegador Mozilla Firefox o Internet Explorer
Disseny de demostració
Les seccions següents descriuen el disseny de demostració del disseny de referència Modbus TCP en dispositius SmartFusion2 que utilitzen IwIP i FreeRTOS.
El disseny de demostració filees poden descarregar a:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df
El disseny de demostració files inclouen:
- Libero
- Programació files
- HostTool
- Llegiu-me
La figura següent mostra l'estructura de nivell superior del disseny files. Per obtenir més informació, consulteu el fitxer Readme.txt file.
Figura 3 • Disseny de demostració Files Estructura de primer nivell
Característiques de disseny de demostració
El disseny de referència inclou:
- Projecte complet de Libero SoC Verilog
- Projecte de firmware de SoftConsole
El disseny de referència pot suportar els codis de funció Modbus següents en funció de la configuració gratuïta de la pila de comunicacions Modbus:
- Llegir registres d'entrada (codi de funció 0×04)
- Llegir registres de retenció (codi de funció 0×03)
- Escriu registres únics (codi de funció 0×06)
- Escriu diversos registres (codi de funció 0×10)
- Llegir o escriure diversos registres (codi de funció 0×17)
- Bobines de lectura (codi de funció 0×01)
- Escriu bobina única (codi de funció 0×05)
- Escriu diverses bobines (codi de funció 0 × 0F)
- Llegir les entrades discretes (codi de funció (0×02)
El disseny de referència admet els codis de funció Modbus següents per a tots els paràmetres gratuïts de la pila de comunicacions Modbus:
- Llegir registres d'entrada (codi de funció 0×04)
- Llegir les entrades discretes (codi de funció (0×02)
- Escriu diverses bobines (codi de funció 0 × 0F)
- Llegir registres de retenció (codi de funció 0×03)
Descripció del disseny de demostració
El disseny s'implementa mitjançant una interfície SGMII PHY mitjançant la configuració del TSEMAC per a l'operació de la interfície de deu bits (TBI). Per obtenir més informació sobre la interfície TSEMAC TBI, consulteu la Guia d'usuari del subsistema de microcontroladors SmartFusion0331 UG2.
Projecte de maquinari Libero SoC
La figura següent mostra la implementació del disseny de maquinari en què s'executa el microprogramari esclau de disseny de referència.
Figura 4 • Disseny de maquinari de primer nivell del SoC Libero
El projecte de maquinari Libero SoC utilitza els recursos i les IP MSS SmartFusion2 següents:
- Interfície TSEMAC TBI
- MMUART_0 per a comunicacions RS-232 al kit de desenvolupament avançat SmartFusion2
- Coixinet d'entrada dedicat 0 com a font de rellotge
- Entrada i sortida de propòsit general (GPIO) que connecta el següent:
- Díodes emissors de llum (LED): 4 números
- Polsadors: 4 números
- Interruptors de paquet en línia dual (DIP): 4 números
- Els recursos de la placa següents estan associats amb les ordres Modbus:
- LED (bobines)
- Interruptors DIP (entrades discretes)
- Polsadors (entrades discretes)
- Rellotge en temps real (RTC) (registres d'entrada)
- Interfície sèrie d'alta velocitat (SERDESIF) SERDES_IF IP, configurada per a SERDESIF_3 EPCS carril 3, vegeu la figura següent. Per obtenir més informació sobre les interfícies sèrie d'alta velocitat, consulteu la Guia d'usuari de les interfícies sèrie d'alta velocitat UG0447-SmartFusion2 i IGLOO2 FPGA.
La figura següent mostra la finestra del configurador de la interfície sèrie d'alta velocitat.
Figura 5 • Finestra del configurador de la interfície sèrie d'alta velocitat
Assignacions de pins del paquet
Les assignacions de pins del paquet per a LED, interruptors DIP, interruptors de polsador i senyals d'interfície PHY es mostren a la taula següent fins a la taula 5, pàgina 9.
Taula 2 • Assignacions de LED al paquet de pins
- Pin del paquet de sortida
- LED_1 D26
- LED_2 F26
- LED_3 A27
- LED_4 C26
Taula 3 • Assignacions d'interruptors DIP als pins del paquet
- Pin del paquet de sortida
- DIP1 F25
- DIP2 G25
- DIP3 J23
- DIP4 J22
Taula 4 • Interruptors de polsador a les assignacions de pins del paquet
- Pin del paquet de sortida
- INTERRUPTOR 1 J25
- INTERRUPTOR 2 H25
- INTERRUPTOR 3 J24
- INTERRUPTOR 4 H23
Taula 5 • Assignacions de senyals de la interfície PHY a les agulles del paquet
- Nom del port Direcció Pin del paquet
- PHY_MDC Sortida F3
- Entrada PHY_MDI K7
- PHY_RST Sortida F2
Projecte de firmware de SoftConsole
Invoqueu el projecte SoftConsole mitjançant l'IDE de SoftConsole autònom. Per al disseny de referència s'utilitzen les següents versions de la pila:
- lwIP TCP o pila IP versió 1.3.2
- Servidor Modbus TCP versió 1.5 (www.freemodbus.org) amb millores per al suport complet del codi de funció com a servidor Modbus TCP
- FreeRTOS (www.freertos.org)
La figura següent mostra l'estructura de directoris de les piles del programari SoftConsole del disseny.
Figura 6 • Finestra de l'explorador de projectes de SoftConsole
L'espai de treball de SoftConsole consta del projecte, Modbus_TCP_App que té l'aplicació Modbus TCP (que utilitza lwIP i FreeRTOS) i totes les capes d'abstracció de firmware i maquinari que corresponen al disseny del maquinari.
La figura següent mostra les versions del controlador utilitzades per a la demostració.
Figura 7 • Versions del controlador de disseny de demostració
Configuració del disseny de demostració
Els passos següents descriuen com configurar la demostració per a la placa del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2:
- Connecteu l'ordinador amfitrió al connector J33 mitjançant el cable USB A a mini-B. Els controladors del pont USB a receptor/transmissor asíncron universal (UART) es detecten automàticament.
- Des dels quatre ports de comunicació (COM) detectats, feu clic amb el botó dret a qualsevol dels ports COM i seleccioneu Propietats. Es mostra la finestra de propietats del port COM seleccionada, tal com es mostra a la figura següent.
- Assegureu-vos de tenir la ubicació com a USB FP5 Serial Converter C a la finestra de Propietats, tal com es mostra a la figura següent.
Nota: Anoteu el número del port COM per a la configuració del port sèrie i assegureu-vos que la ubicació del port COM s'especifiqui com a USB FP5 Serial Converter C.
Figura 8 • Finestra del gestor de dispositius
- Instal·leu el controlador USB si els controladors USB no es detecten automàticament.
- Instal·leu el controlador FTDI D2XX per a la comunicació del terminal sèrie mitjançant el cable mini USB FTDI. Descarrega els controladors i la guia d'instal·lació des de:
www.microsemi.com/soc/documents/CDM_2.08.24_WHQL_Certified.zip - Connecteu els ponts a la placa del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2 tal com es mostra a la taula següent. Per obtenir informació sobre les ubicacions dels ponts, vegeu l'Apèndix: Ubicacions dels ponts, pàgina 19.
PRECAUCIÓ: Apagueu l'interruptor d'alimentació, SW7, abans de fer les connexions de pont.
Taula 6 • Configuració del pont del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2
- Pin del pont del pin als comentaris
- J116, J353, J354,J54 1 2 Aquests són els paràmetres de pont per defecte de la placa Advanced Development Kit. Assegureu-vos que els ponts
- J123 2 3 s'estableixen en conseqüència.
- J124, J121, J32 1 2 JTAG programació mitjançant FTDI
- Connecteu la font d'alimentació al connector J42 de la placa del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2.
- Aquest disseny exampel fitxer es pot executar tant en mode IP estàtica com IP dinàmica. Per defecte, programació files es proporcionen per al mode IP dinàmic.
- Per a una IP estàtica, connecteu l'ordinador amfitrió al connector J21 de la
Placa del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2 mitjançant un cable RJ45. - Per a una IP dinàmica, connecteu qualsevol dels ports de xarxa oberts al connector J21 de la placa del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2 mitjançant un cable RJ45.
- Per a una IP estàtica, connecteu l'ordinador amfitrió al connector J21 de la
Instantània de configuració del tauler
Les instantànies de la placa del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2 amb totes les connexions de configuració es mostren a l'Apèndix: Configuració de la placa per executar el disseny de referència de Modbus TCP, pàgina 18.
Execució del disseny de demostració
Els passos següents descriuen com executar el disseny de demostració:
- Descarrega el disseny file de:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df - Enceneu l'interruptor de la font d'alimentació, SW7.
- Inicieu qualsevol programa d'emulació de terminal sèrie, com ara:
- HyperTerminal
- MASSA
- TeraTerm
Nota: En aquesta demostració s'utilitza HyperTerminal.
La configuració del programa és: - Velocitat de transmissió: 115200
- 8 bits de dades
- 1 Bit de parada
- Sense paritat
- Sense control de cabal
Per obtenir informació sobre la configuració dels programes d'emulació de terminal sèrie, consulteu Configuració de programes d'emulació de terminal sèrie.
- Inicieu el programari FlashPro.
- Feu clic a Nou projecte.
- A la finestra Nou projecte, introduïu el nom del projecte, tal com es mostra a la figura següent.
Figura 9 • Nou projecte FlashPro
- Feu clic a Navega i navegueu a la ubicació on voleu desar el projecte.
- Seleccioneu Dispositiu únic com a mode de programació.
- Feu clic a D'acord per desar el projecte.
- Feu clic a Configura el dispositiu.
- Feu clic a Navega i navegueu fins a la ubicació on es troba Modbus_TCP_top.stp file es troba i seleccioneu file. La ubicació per defecte és:
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\Programmingfile\Modbus_TCP_top.stp). La programació requerida file està seleccionat i està llest per ser programat al dispositiu tal com es mostra a la figura següent.
Figura 10 • Projecte FlashPro configurat
- Feu clic a PROGRAMA per començar a programar el dispositiu. Espereu fins que es mostri un missatge que indiqui que el programa ha passat. Aquesta demostració requereix que el dispositiu SmartFusion2 estigui preprogramat amb el codi de l'aplicació per activar l'aplicació Modbus. El dispositiu SmartFusion2 està preprogramat amb el Modbus_TCP_top.stp mitjançant el programari FlashPro.
Figura 11 • Programa FlashPro superat
Nota: Per executar el disseny en mode IP estàtica, seguiu els passos esmentats a l'Apèndix: Execució del disseny en mode IP estàtica, pàgina 20. - Engegueu la placa de desenvolupament avançat SmartFusion2.
A la finestra HyperTerminal es mostra un missatge de benvinguda amb l'adreça IP, tal com es mostra a la figura següent.
Figura 12 • HyperTerminal amb adreça IP
Obriu un nou indicador d'ordres a l'ordinador amfitrió, aneu a la carpeta
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\HostTool) on
SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe file està present, introduïu l'ordre: SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe tal com es mostra a la figura següent.
Figura 13 • Invocació del client Modbus
La figura següent mostra les funcions Modbus TCP que s'estan executant. Les funcions són:
- Llegir les entrades discretes (codi de funció 02)
- Llegir registres de retenció (codi de funció 03)
- Llegir registres d'entrada (codi de funció 04)
- Escriu diverses bobines (codi de funció 15)
Figura 14 • Demostració de codis funcionals Modbus
Consulteu Funcions Modbus en execució, pàgina 17 per obtenir més informació sobre les funcions Modbus que es mostren al disseny de referència.
- Després d'executar la demostració, tanqueu HyperTerminal.
Execució de funcions Modbus
Aquesta secció descriu les funcions Modbus que es mostren al disseny de referència.
Llegir les entrades discretes (codi de funció 02)
Els GPIO estan connectats a 4 interruptors DIP i 4 interruptors de polsador. Enceneu i apagueu els interruptors DIP i polsadors del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2. Llegir el codi funcional de les entrades discretes mostra els estats dels interruptors tal com es mostra a la figura següent.
Figura 15 • Llegir les entrades discretes
Llegir els registres de retenció (codi de funció 03)
La figura següent mostra les dades del buffer global definides al microprogramari.
Figura 16 • Llegir els registres de retenció
Llegir registres d'entrada (codi de funció 04)
La figura següent mostra el nombre de segons que ha comptat el comptador en temps real (RTC).
Figura 17 • Llegir registres d'entrada
Escriu múltiples bobines (codi de funció 0×0F)
La figura següent mostra les dades del registre d'escriptura de bobines múltiples per canviar els LED connectats als GPIO.
Figura 18 • Escriure bobines múltiples
Apèndix: Configuració de la placa per executar el disseny de referència de Modbus TCP
La figura següent mostra la configuració de la placa per executar el disseny de referència a la placa del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2.
Figura 19 • Configuració de la placa del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2
Apèndix: Ubicacions dels jumpers
La figura següent mostra les ubicacions dels ponts a la placa del kit de desenvolupament avançat SmartFusion2.
Figura 20 • Kit de desenvolupament avançat SmartFusion2 Silkscreen Top View
Nota: Els ponts ressaltats en vermell s'estableixen per defecte. Els ponts ressaltats en verd s'han de configurar manualment.
Nota: La ubicació dels ponts a la figura anterior es pot cercar.
Apèndix: Execució del disseny en mode IP estàtica
Els passos següents descriuen com executar el disseny en mode IP estàtica:
- Feu clic amb el botó dret a la finestra Explorador de projectes del projecte SoftConsole i aneu a Propietats tal com es mostra a la figura següent.
Figura 21 • Finestra de l'explorador de projectes del projecte SoftConsole
- Elimineu el símbol NET_USE_DHCP a la configuració de l'eina de la finestra Propietats per a Modbus_TCP_App. La figura següent mostra la finestra Propietats per a Modbus_TCP_App.
Figura 22 • Finestra de propietats de l'explorador de projectes
- Si el dispositiu està connectat en mode IP estàtica, l'adreça IP estàtica de la placa és 169.254.1.23 i, a continuació, canvieu la configuració de TCP/IP de l'amfitrió perquè reflecteixi l'adreça IP. Vegeu la figura següent i la figura 24,
Figura 23 • Configuració TCP/IP de l'ordinador amfitrió
Figura 24 • Configuració de l'adreça IP estàtica
Nota: Quan aquests paràmetres estiguin configurats, compileu el disseny, carregueu-lo a la memòria Flash i executeu-lo mitjançant SoftConsole.
Guia de demostració DG0440 Revisió 7.0
Documents/Recursos
 |
Microsemi DG0440 amb disseny de referència Modbus TCP en dispositius SmartFusion2 [pdfGuia de l'usuari DG0440 Disseny de referència Modbus TCP en execució en dispositius SmartFusion2, DG0440, Disseny de referència Modbus TCP en execució en dispositius SmartFusion2, disseny en dispositius SmartFusion2 |
