Microsemi DG0440 exécutant la conception de référence Modbus TCP sur les appareils SmartFusion2
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À propos de Microsemi
Microsemi Corporation (Nasdaq : MSCC) propose un portefeuille complet de semi-conducteurs et de solutions système pour l'aérospatiale et la défense, les communications, les centres de données et les marchés industriels. Les produits comprennent des circuits intégrés à signaux mixtes analogiques hautes performances et résistants aux rayonnements, des FPGA, des SoC et des ASIC ; produits de gestion de l'alimentation ; dispositifs de chronométrage et de synchronisation et solutions de temps précis, établissant la norme mondiale en matière de temps ; dispositifs de traitement de la voix ; solutions RF ; composants discrets ; solutions de stockage et de communication d'entreprise, technologies de sécurité et anti-tampeuh produits ; Solutions Ethernet ; Circuits intégrés et injecteurs Power-over-Ethernet ; ainsi que des capacités et des services de conception personnalisés. Microsemi a son siège social à Aliso Viejo, en Californie, et compte environ 4,800 XNUMX employés dans le monde. En savoir plus sur www.microsemi.com.
Historique des révisions
L'historique des révisions décrit les modifications apportées au document. Les modifications sont répertoriées par révision, en commençant par la publication la plus récente.
Révision 7.0
Mise à jour du document pour la version du logiciel Libero v11.8.
Révision 6.0
Les modifications suivantes sont effectuées dans la révision 6.0 de ce document.
- Les exigences de conception de Libero SoC, FlashPro et SoftConsole sont mises à jour dans les exigences de conception, page 5.
- Tout au long du guide, les noms des projets SoftConsole utilisés dans la conception de la démonstration et toutes les figures associées sont mis à jour.
Révision 5.0
Mise à jour du document pour la version du logiciel Libero v11.7 (SAR 76559).
Révision 4.0
Mise à jour du document pour la version du logiciel Libero v11.6 (SAR 72924).
Révision 3.0
Mise à jour du document pour la version du logiciel Libero v11.5 (SAR 63972).
Révision 2.0
Mise à jour du document pour la version du logiciel Libero v11.3 (SAR 56538).
Révision 1.0
Mise à jour du document pour la version du logiciel Libero v11.2 (SAR 53221).
Exécution de la conception de référence Modbus TCP sur des appareils SmartFusion2 à l'aide d'IwIP et de FreeRTOS
Introduction
Microsemi propose une conception de référence pour les dispositifs FPGA SmartFusion®2 SoC qui démontrent la
Le contrôleur d'accès au support Ethernet à trois vitesses (TSEMAC) est doté du FPGA SmartFusion2 SoC et implémente le protocole Modbus. La conception de référence s'exécute sur le guide de l'utilisateur du kit de développement avancé UG0557 : SmartFusion2 SoC FPGA. Ce guide de démonstration décrit.
- Utilisation de SmartFusion2 TSEMAC connecté à une interface PHY série gigabit indépendante du support (SGMII).
- Intégration du pilote MAC SmartFusion2 avec le protocole de contrôle de transmission (TCP) IP léger (IwIP) ou la pile IP et le système d'exploitation en temps réel gratuit (RTOS).
- Couche application avec protocole d'automatisation industrielle, Modbus sur TCP ou IP.
- Comment exécuter la conception de référence
Le sous-système de microcontrôleur (MSS) du FPGA SoC SmartFusion2 possède une instance du périphérique TSEMAC. Le TSEMAC peut être configuré entre le processeur hôte et le réseau Ethernet aux taux de transfert de données suivants (vitesses de ligne) :
- 10 Mbps
- 100 Mbps
- 1000 Mbps
Pour plus d'informations sur l'interface TSEMAC pour les périphériques SmartFusion2, consultez le UG0331 : Guide de l'utilisateur du sous-système du microcontrôleur SmartFusion2.
Utilisation du protocole Modbus
Modbus est un protocole de messagerie de la couche application présent au niveau sept du
modèle d'interconnexion de systèmes ouverts (OSI). Il permet la communication client ou serveur entre les appareils connectés dans différents types de bus ou de réseaux. C'est un protocole de service qui offre de nombreux services spécifiés par les codes de fonction. Les codes de fonction Modbus sont des éléments des unités de données du protocole de requête ou de réponse Modbus. Les composants du protocole Modbus comprennent :
- TCP ou IP sur Ethernet
- Transmission série asynchrone sur une variété de supports
- Fil:
- EIA/TIA-232-F
- EIA-422
- Fibre EIA/TIA-485-A
- Radio
- Modbus PLUS, un réseau de passage de jetons à haut débit
La figure suivante décrit les piles de communication Modbus pour différents réseaux de communication.
Figure 1 • Pile de communication Modbus
Utilisation du protocole Modbus sur le périphérique SmartFusion2
Le serveur Modbus TCP s'exécute sur le kit de développement avancé SmartFusion2 et répond au client Modbus TCP exécuté sur le PC hôte. La figure suivante montre le schéma fonctionnel du serveur et de l'application Modbus TCP sur l'appareil SmartFusion2.
Figure 2 • Schéma fonctionnel du serveur Modbus TCP et de l'application sur SmartFusion2
| 0RGEXV 7&3 $SSOLFDDWLRQ | 0RGEXV 7&3 6HUYHU |
| ,Z,3 7&3 RU ,3 6WDFN | |
| )UHH5726 | )LUPZDUH |
| 6PDUW)XVLRQ2 $GYDQFHG 'HYHORSPHQW .LW (+:) | |
Exigences de conception
Le tableau suivant répertorie les exigences de conception matérielles et logicielles.
Tableau 1 • Exigences et détails de conception de référence
Exigences de conception : Description
Matériel
- Kit de développement avancé SmartFusion2
– Câble USB A vers mini-B
– Adaptateur 12 V
Rév. A ou ultérieure - Câble Ethernet RJ45
- L'un des programmes d'émulation de terminal série suivants :
- Hyper Terminal
– TeraTerm
– Mastic - Ordinateur hôte ou ordinateur portable Système d'exploitation Windows 64 bits
Logiciel
- Système sur puce (SoC) Libero® v11.8
- SoftConsole v4.0
- Logiciel de programmation FlashPro v11.8
- Pilotes USB vers UART –
- Pilotes MAC Ethernet MSS v3.1.100
- Un programme d'émulation de terminal série HyperTerminal, TeraTerm ou PuTTY
- Navigateur Mozilla Firefox ou Internet Explorer
Conception de démonstration
Les sections suivantes décrivent la conception de démonstration de la conception de référence Modbus TCP sur les appareils SmartFusion2 utilisant IwIP et FreeRTOS.
La conception de démonstration files sont disponibles en téléchargement sur :
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df
La conception de démonstration files incluent :
- Libéro
- Programmation files
- Outil hôte
- Lisez-moi
La figure suivante montre la structure de niveau supérieur de la conception files. Pour plus d'informations, consultez le fichier Lisezmoi.txt file.
Figure 3 • Conception de démonstration Files Structure de niveau supérieur
Caractéristiques de conception de démonstration
La conception de référence comprend :
- Terminer le projet Libero SoC Verilog
- Projet de micrologiciel SoftConsole
La conception de référence peut prendre en charge les codes de fonction Modbus suivants en fonction des paramètres de la pile de communication Modbus libre :
- Lire les registres d'entrée (code de fonction 0×04)
- Lire les registres de maintien (code de fonction 0 × 03)
- Écrire des registres uniques (code de fonction 0 × 06)
- Écrire plusieurs registres (code de fonction 0 × 10)
- Lire ou écrire plusieurs registres (code de fonction 0 × 17)
- Lire les bobines (code fonction 0×01)
- Écrire une seule bobine (code de fonction 0 × 05)
- Écrire plusieurs bobines (code de fonction 0 × 0F)
- Lire les entrées discrètes (code fonction (0×02)
La conception de référence prend en charge les codes de fonction Modbus suivants pour tous les paramètres de pile de communications Modbus libres :
- Lire les registres d'entrée (code de fonction 0×04)
- Lire les entrées discrètes (code fonction (0×02)
- Écrire plusieurs bobines (code de fonction 0 × 0F)
- Lire les registres de maintien (code de fonction 0 × 03)
Description de la conception de démonstration
La conception est mise en œuvre à l'aide d'une interface SGMII PHY en configurant le TSEMAC pour le fonctionnement de l'interface à dix bits (TBI). Pour plus d'informations sur l'interface TSEMAC TBI, consultez le UG0331 : Guide de l'utilisateur du sous-système de microcontrôleur SmartFusion2.
Projet de matériel Libero SoC
La figure suivante montre l'implémentation de conception matérielle sur laquelle le micrologiciel esclave de conception de référence s'exécute.
Figure 4 • Conception matérielle de niveau supérieur du SoC Libero
Le projet matériel Libero SoC utilise les ressources et adresses IP SmartFusion2 MSS suivantes :
- Interface TSEMAC TBI
- MMUART_0 pour les communications RS-232 sur le kit de développement avancé SmartFusion2
- Pad d'entrée dédié 0 comme source d'horloge
- Entrée et sortie à usage général (GPIO) qui interface les éléments suivants :
- Diodes électroluminescentes (LED) : 4 chiffres
- Boutons-poussoirs : 4 chiffres
- Commutateurs DIP (Dual In-Line Package) : 4 chiffres
- Les ressources de carte suivantes sont associées aux commandes Modbus :
- LED (bobines)
- Commutateurs DIP (entrées discrètes)
- Boutons-poussoirs (entrées discrètes)
- Horloge en temps réel (RTC) (registres d'entrée)
- Interface série haute vitesse (SERDESIF) SERDES_IF IP, configurée pour SERDESIF_3 EPCS voie 3, voir la figure suivante. Pour en savoir plus sur les interfaces série haut débit, consultez le Guide de l'utilisateur des interfaces série haut débit UG0447-SmartFusion2 et IGLOO2 FPGA.
La figure suivante montre la fenêtre Configurateur d'interface série haute vitesse.
Figure 5 • Fenêtre du configurateur d'interface série haute vitesse
Affectation des broches du package
Les affectations des broches du boîtier pour les voyants, les commutateurs DIP, les commutateurs à bouton-poussoir et les signaux d'interface PHY sont indiquées dans le tableau suivant jusqu'au tableau 5, page 9.
Tableau 2 • Affectations des broches des voyants aux boîtiers
- Broche de paquet de sortie
- DEL_1 D26
- LED_2 F26
- DEL_3 A27
- LED_4 C26
Tableau 3 • Affectations des commutateurs DIP aux broches du boîtier
- Broche de paquet de sortie
- DIP1 F25
- DIP2 G25
- DIP3J23
- DIP4J22
Tableau 4 • Commutateurs à bouton-poussoir pour les affectations de broches de package
- Broche de paquet de sortie
- COMMUTATEUR1 J25
- COMMUTATEUR2 H25
- COMMUTATEUR3 J24
- COMMUTATEUR4 H23
Tableau 5 • Affectations des signaux d'interface PHY aux broches du boîtier
- Nom du port Direction Broche du package
- Sortie PHY_MDC F3
- Entrée PHY_MDIO K7
- PHY_RST Sortie F2
Projet de micrologiciel SoftConsole
Appelez le projet SoftConsole à l'aide de l'IDE SoftConsole autonome. Les versions suivantes de la pile sont utilisées pour la conception de référence :
- lwIP TCP ou pile IP version 1.3.2
- Serveur Modbus TCP version 1.5 (www.freemodbus.org) avec des améliorations pour la prise en charge complète du code de fonction en tant que serveur Modbus TCP
- RTOS gratuit (www.freertos.org)
La figure suivante montre la structure de répertoires des piles logicielles SoftConsole de la conception.
Figure 6 • Fenêtre de l'Explorateur de projets SoftConsole
L'espace de travail SoftConsole se compose du projet, Modbus_TCP_App qui contient l'application Modbus TCP (qui utilise lwIP et FreeRTOS) et toutes les couches d'abstraction du micrologiciel et du matériel qui correspondent à la conception matérielle.
La figure suivante montre les versions de pilote utilisées pour la démonstration.
Figure 7 • Versions du pilote de conception de démonstration
Configuration de la conception de démonstration
Les étapes suivantes décrivent comment configurer la démo pour la carte du kit de développement avancé SmartFusion2 :
- Connectez le PC hôte au connecteur J33 à l'aide du câble USB A vers mini-B. Les pilotes de pont USB vers récepteur/émetteur asynchrone universel (UART) sont automatiquement détectés.
- À partir des quatre ports de communication (COM) détectés, cliquez avec le bouton droit sur l'un des ports COM et sélectionnez Propriétés. La fenêtre des propriétés du port COM sélectionné s'affiche, comme illustré dans la figure suivante.
- Assurez-vous d'avoir l'emplacement comme sur USB FP5 Serial Converter C dans la fenêtre Propriétés, comme indiqué dans la figure suivante.
Note: Notez le numéro de port COM pour la configuration du port série et assurez-vous que l'emplacement du port COM est spécifié comme sur le convertisseur série USB FP5 C.
Figure 8 • Fenêtre du Gestionnaire de périphériques
- Installez le pilote USB si les pilotes USB ne sont pas détectés automatiquement.
- Installez le pilote FTDI D2XX pour la communication du terminal série via le câble mini USB FTDI. Téléchargez les pilotes et le guide d'installation à partir de :
www.microsemi.com/soc/documents/CDM_2.08.24_WHQL_Certified.zip - Connectez les cavaliers sur la carte du kit de développement avancé SmartFusion2 comme indiqué dans le tableau suivant. Pour plus d'informations sur les emplacements des cavaliers, reportez-vous à l'Annexe : Emplacements des cavaliers, page 19.
PRUDENCE: Éteignez l'interrupteur d'alimentation, SW7, avant d'effectuer les connexions des cavaliers.
Tableau 6 • Paramètres des cavaliers du kit de développement avancé SmartFusion2
- Broche de cavalier de la broche aux commentaires
- J116, J353, J354,J54 1 2 Il s'agit des paramètres de cavalier par défaut de la carte du kit de développement avancé. Assurez-vous que les cavaliers
- J123 2 3 sont réglés en conséquence.
- J124, J121, J32 1 2 JTAG programmation via FTDI
- Connectez l'alimentation au connecteur J42 de la carte SmartFusion2 Advanced Development Kit.
- Cette conception exampLe fichier peut s'exécuter à la fois en mode IP statique et en mode IP dynamique. Par défaut, la programmation files sont fournis pour le mode IP dynamique.
- Pour une IP statique, connectez le PC hôte au connecteur J21 du
Carte SmartFusion2 Advanced Development Kit utilisant un câble RJ45. - Pour une adresse IP dynamique, connectez l'un des ports réseau ouverts au connecteur J21 de la carte du kit de développement avancé SmartFusion2 à l'aide d'un câble RJ45.
- Pour une IP statique, connectez le PC hôte au connecteur J21 du
Aperçu de la configuration de la carte
Des instantanés de la carte du kit de développement avancé SmartFusion2 avec toutes les connexions de configuration sont donnés dans l'Annexe : Configuration de la carte pour l'exécution de la conception de référence Modbus TCP, page 18.
Exécution de la conception de démonstration
Les étapes suivantes décrivent comment exécuter la conception de démonstration :
- Télécharger le dessin file depuis:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df - Allumez l'interrupteur d'alimentation, SW7.
- Démarrez n'importe quel programme d'émulation de terminal série tel que :
- HyperTerminal
- Mastic
- TeraTerm
Remarque : Dans cette démo, HyperTerminal est utilisé.
La configuration du programme est : - Débit en bauds : 115200
- 8 bits de données
- 1 bit d'arrêt
- Pas de parité
- Pas de contrôle de flux
Pour plus d'informations sur la configuration des programmes d'émulation de terminal série, reportez-vous à la section Configuration des programmes d'émulation de terminal série.
- Lancez le logiciel FlashPro.
- Cliquez sur Nouveau projet.
- Dans la fenêtre Nouveau projet, entrez le nom du projet, comme illustré dans la figure suivante.
Figure 9 • Nouveau projet FlashPro
- Cliquez sur Parcourir et accédez à l'emplacement où vous souhaitez enregistrer le projet.
- Sélectionnez Appareil unique comme mode de programmation.
- Cliquez sur OK pour enregistrer le projet.
- Cliquez sur Configurer l'appareil.
- Cliquez sur Parcourir et accédez à l'emplacement où le fichier Modbus_TCP_top.stp file se trouve et sélectionnez le file. L'emplacement par défaut est :
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\Programmationfile\Modbus_TCP_top.stp). La programmation nécessaire file est sélectionné et est prêt à être programmé dans l'appareil comme indiqué dans la figure suivante.
Figure 10 • Projet FlashPro configuré
- Cliquez sur PROGRAMMER pour commencer la programmation de l'appareil. Attendez qu'un message s'affiche indiquant que le programme a réussi. Cette démo nécessite que l'appareil SmartFusion2 soit préprogrammé avec le code d'application pour activer l'application Modbus. Le dispositif SmartFusion2 est préprogrammé avec Modbus_TCP_top.stp à l'aide du logiciel FlashPro.
Figure 11 • Programme FlashPro réussi
Remarque : Pour exécuter la conception en mode IP statique, suivez les étapes mentionnées dans Annexe : Exécution de la conception en mode IP statique, page 20. - Redémarrez la carte de développement avancé SmartFusion2.
Un message de bienvenue avec l'adresse IP s'affiche dans la fenêtre HyperTerminal, comme illustré dans la figure suivante.
Figure 12 • HyperTerminal avec adresse IP
Ouvrez une nouvelle invite de commande sur le PC hôte, allez dans le dossier
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\HostTool) où
SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe file est présent, entrez la commande : SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe comme le montre la figure suivante.
Figure 13 • Appel du client Modbus
La figure suivante montre les fonctions Modbus TCP en cours d'exécution. Les fonctions sont :
- Lire les entrées discrètes (code fonction 02)
- Lire les registres de maintien (code de fonction 03)
- Lire les registres d'entrée (code de fonction 04)
- Écrire plusieurs bobines (code de fonction 15)
Figure 14 • Démonstration des codes fonctionnels Modbus
Voir Exécution des fonctions Modbus, page 17 pour plus d'informations sur les fonctions Modbus démontrées dans la conception de référence.
- Après avoir exécuté la démo, fermez HyperTerminal.
Exécution des fonctions Modbus
Cette section décrit les fonctions Modbus présentées dans la conception de référence.
Lire les entrées discrètes (code de fonction 02)
Les GPIO sont connectés à 4 commutateurs DIP et 4 commutateurs à bouton-poussoir. Allumez et éteignez les commutateurs DIP et les commutateurs à bouton-poussoir du kit de développement avancé SmartFusion2. Lire le code fonctionnel des entrées discrètes affiche les états des commutateurs comme indiqué dans la figure suivante.
Figure 15 • Lire les entrées discrètes
Lire les registres de maintien (code de fonction 03)
La figure suivante montre les données globales du tampon définies dans le firmware.
Figure 16 • Lire les registres de maintien
Lire les registres d'entrée (code de fonction 04)
La figure suivante montre le nombre de secondes que le compteur en temps réel (RTC) a compté.
Figure 17 • Lire les registres d'entrée
Écrire plusieurs bobines (code de fonction 0 × 0F)
La figure suivante montre les données du registre Write Multiple Coils pour basculer les voyants connectés aux GPIO.
Figure 18 • Écrire plusieurs bobines
Annexe : Configuration de la carte pour l'exécution de la conception de référence Modbus TCP
La figure suivante montre la configuration de la carte pour exécuter la conception de référence sur la carte du kit de développement avancé SmartFusion2.
Figure 19 • Configuration de la carte du kit de développement avancé SmartFusion2
Annexe : Emplacements des cavaliers
La figure suivante montre les emplacements des cavaliers sur la carte du kit de développement avancé SmartFusion2.
Figure 20 • Haut sérigraphié du kit de développement avancé SmartFusion2 View
Note: Les cavaliers surlignés en rouge sont définis par défaut. Les cavaliers surlignés en vert doivent être réglés manuellement.
Note: L'emplacement des cavaliers dans la figure précédente peut être recherché.
Annexe : Exécution de la conception en mode IP statique
Les étapes suivantes décrivent comment exécuter la conception en mode IP statique :
- Cliquez avec le bouton droit sur la fenêtre de l'Explorateur de projets du projet SoftConsole et accédez à Propriétés, comme illustré dans la figure suivante.
Figure 21 • Fenêtre de l'Explorateur de projets du projet SoftConsole
- Supprimez le symbole NET_USE_DHCP dans les paramètres d'outil de la fenêtre Propriétés de Modbus_TCP_App. La figure suivante montre la fenêtre Propriétés de Modbus_TCP_App.
Figure 22 • Fenêtre Propriétés de l'Explorateur de projet
- Si l'appareil est connecté en mode IP statique, l'adresse IP statique de la carte est 169.254.1.23, puis modifiez les paramètres TCP/IP de l'hôte pour refléter l'adresse IP. Voir la figure suivante et la figure 24,
Figure 23 • Paramètres TCP/IP du PC hôte
Figure 24 • Paramètres d'adresse IP statique
Note: Lorsque ces paramètres sont configurés, compilez la conception, chargez la conception dans la mémoire Flash et exécutez la conception à l'aide de SoftConsole.
DG0440 Guide de démonstration Révision 7.0
Documents / Ressources
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Microsemi DG0440 exécutant la conception de référence Modbus TCP sur les appareils SmartFusion2 [pdf] Guide de l'utilisateur DG0440 Exécution de la conception de référence Modbus TCP sur les appareils SmartFusion2, DG0440, Exécution de la conception de référence Modbus TCP sur les appareils SmartFusion2, Conception sur les appareils SmartFusion2 |
