Microsemi DG0440 con deseño de referencia Modbus TCP en dispositivos SmartFusion2

Sede Corporativa Microsemi
One Enterprise, Aliso Viejo,
CA 92656 EUA
Dentro dos EUA: +1 800-713-4113
Fóra dos EUA: +1 949-380-6100
Fax: +1 949-215-4996
Correo electrónico: sales.support@microsemi.com
www.microsemi.com
© 2017 Microsemi Corporation. Todos os dereitos reservados. Microsemi e o logotipo de Microsemi son marcas comerciais de Microsemi Corporation. Todas as outras marcas comerciais e marcas de servizo son propiedade dos seus respectivos propietarios

Microsemi non fai ningunha garantía, representación ou garantía sobre a información contida aquí ou a idoneidade dos seus produtos e servizos para ningún propósito particular, nin Microsemi asume ningunha responsabilidade derivada da aplicación ou uso de calquera produto ou circuíto. Os produtos que se venden a continuación e calquera outro produto vendido por Microsemi foron sometidos a probas limitadas e non deben usarse xunto con equipos ou aplicacións de misión crítica. Crese que todas as especificacións de rendemento son fiables, pero non se verifican, e o comprador debe realizar e completar todas as probas de rendemento e outras probas dos produtos, só e xunto con calquera produto final ou instalado en calquera. O comprador non dependerá de ningún dato e especificacións de rendemento ou parámetros proporcionados por Microsemi. É responsabilidade do comprador determinar de forma independente a idoneidade de calquera produto e probalo e verificalo. A información proporcionada por Microsemi a continuación ofrécese "tal e como está, onde está" e con todos os fallos, e todo o risco asociado a dita información correspóndelle enteiramente ao comprador. Microsemi non concede, de forma explícita ou implícita, a ningunha parte ningún dereito de patente, licenza ou calquera outro dereito de PI, xa sexa con respecto a dita información en si ou a calquera cousa descrita por dita información. A información proporcionada neste documento é propiedade de Microsemi, e Microsemi resérvase o dereito de facer calquera cambio na información deste documento ou en calquera produto e servizo en calquera momento sen previo aviso.

Sobre Microsemi
Microsemi Corporation (Nasdaq: MSCC) ofrece unha carteira completa de solucións de sistemas e semicondutores para os mercados aeroespacial e de defensa, comunicacións, centros de datos e industriais. Os produtos inclúen circuítos integrados de sinais mixtos analóxicos de alto rendemento e endurecidos pola radiación, FPGA, SoC e ASIC; produtos de xestión de enerxía; dispositivos de temporización e sincronización e solucións horarias precisas, establecendo o estándar mundial para o tempo; dispositivos de procesamento de voz; solucións de RF; compoñentes discretos; solucións de almacenamento e comunicación empresarial, tecnoloxías de seguridade e anti-t escalablesamper produtos; solucións Ethernet; Circuitos integrados de alimentación por Ethernet e intervalos medios; así como capacidades e servizos de deseño personalizado. Microsemi ten a súa sede en Aliso Viejo, California, e ten aproximadamente 4,800 empregados en todo o mundo. Máis información en www.microsemi.com.

Historial de revisións

O historial de revisións describe os cambios que se implementaron no documento. Os cambios están listados por revisión, comezando pola publicación máis recente.

Revisión 7.0
Actualizouse o documento para a versión do software Libero v11.8.

Revisión 6.0
Os seguintes cambios realízanse na revisión 6.0 deste documento.

• Os requisitos de deseño de Libero SoC, FlashPro e SoftConsole actualízanse nos Requisitos de deseño, páxina 5.
• Ao longo da guía, actualízanse os nomes dos proxectos de SoftConsole utilizados no deseño de demostración e todas as figuras asociadas.

Revisión 5.0
Actualizouse o documento para a versión do software Libero v11.7 (SAR 76559).

Revisión 4.0
Actualizouse o documento para a versión do software Libero v11.6 (SAR 72924).

Revisión 3.0
Actualizouse o documento para a versión do software Libero v11.5 (SAR 63972).

Revisión 2.0
Actualizouse o documento para a versión do software Libero v11.3 (SAR 56538).

Revisión 1.0
Actualizouse o documento para a versión do software Libero v11.2 (SAR 53221).

Execución de deseño de referencia Modbus TCP en dispositivos SmartFusion2 usando IwIP e FreeRTOS

Introdución
Microsemi ofrece un deseño de referencia para dispositivos SmartFusion®2 SoC FPGA que demostran o
Controlador de acceso medio Ethernet de tres velocidades (TSEMAC) do SmartFusion2 SoC FPGA e implementa o protocolo Modbus. O deseño de referencia execútase no UG0557: SmartFusion2 SoC FPGA Advanced Development Kit User Guide. Esta guía de demostración describe.

• Uso de SmartFusion2 TSEMAC conectado a unha interface serial gigabit media independente (SGMII) PHY.
•  Integración do controlador SmartFusion2 MAC co protocolo de control de transmisión (TCP) ou pila IP lixeiro IP (IwIP) e o sistema operativo gratuíto en tempo real (RTOS).
• Capa de aplicación con protocolo de automatización industrial, Modbus sobre TCP ou IP.
• Como executar o deseño de referencia

O subsistema de microcontroladores (MSS) do SmartFusion2 SoC FPGA ten unha instancia do periférico TSEMAC. O TSEMAC pódese configurar entre o procesador host e a rede Ethernet coas seguintes velocidades de transferencia de datos (velocidades de liña):

• 10 Mbps
• 100 Mbps
• 1000 Mbps

Para obter máis información sobre a interface TSEMAC para dispositivos SmartFusion2, consulte a UG0331: SmartFusion2 Microcontroller Subsystem User Guide.

Usando o protocolo Modbus
Modbus é un protocolo de mensaxería da capa de aplicación presente no nivel sete do
Modelo de interconexión de sistemas abertos (OSI). Permite a comunicación cliente ou servidor entre os dispositivos conectados en diferentes tipos de buses ou redes. É un protocolo de servizo que ofrece moitos servizos especificados polos códigos de función. Os códigos de función Modbus son elementos das unidades de datos do protocolo de solicitude ou resposta Modbus. Os compoñentes do protocolo Modbus inclúen:

• TCP ou IP sobre Ethernet
• Transmisión en serie asíncrona a través dunha variedade de medios
• Fío:
  • EIA/TIA-232-E
  • EIA-422
  • Fibra EIA/TIA-485-A
• Radio
• Modbus PLUS, unha rede de paso de tokens de alta velocidade

A seguinte figura describe as pilas de comunicación Modbus para varias redes de comunicación.

Figura 1 • Pila de comunicación Modbus

Usando o protocolo Modbus no dispositivo SmartFusion2
O servidor Modbus TCP execútase no kit de desenvolvemento avanzado SmartFusion2 e responde ao cliente Modbus TCP que se executa no ordenador host. A seguinte figura mostra o diagrama de bloques do servidor e da aplicación Modbus TCP no dispositivo SmartFusion2.

Figura 2 • Diagrama de bloques do servidor e da aplicación Modbus TCP en SmartFusion2

0RGEXV 7&3 $SSOLFDWLRQ	0RGEXV 7&3 6HUYHU
	,Z,3 7&3 RU ,3 6WDFN
)UHH5726	) LUPZDUH
6PDUW)XVLRQ2 $GYDQFHG 'HYHORSPHQW .LW (+:)

Requisitos de deseño
A seguinte táboa enumera os requisitos de deseño de hardware e software.

Táboa 1 • Requisitos e detalles do deseño de referencia

Requisitos de deseño: Descrición
Hardware

• Kit de desenvolvemento avanzado SmartFusion2
  - Cable USB A a mini-B
  - Adaptador de 12 V
  Rev A ou posterior
• Cable Ethernet RJ45
• Calquera dos seguintes programas de emulación de terminal en serie:
  -Hiperterminal
  - TeraTerm
  – MASILLA
• Sistema operativo Windows de 64 bits para PC anfitrión ou portátil

Software

• Libero® System-on-Chip (SoC) v11.8
• SoftConsole v4.0
• Software de programación FlashPro v11.8
• controladores de USB a UART -
• Controladores MAC Ethernet MSS v3.1.100
• Un programa de emulación de terminal en serie HyperTerminal, TeraTerm ou PuTTY
• Navegador Mozilla Firefox ou Internet Explorer

Deseño de demostración
As seguintes seccións describen o deseño de demostración do deseño de referencia Modbus TCP en dispositivos SmartFusion2 que utilizan IwIP e FreeRTOS.
O deseño de demostración fileestán dispoñibles para descargar en:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df
O deseño de demostración files inclúen:

• Libero
• Programación files
• HostTool
• Léame

A seguinte figura mostra a estrutura de nivel superior do deseño files. Para obter máis información, consulte o ficheiro Readme.txt file.

Figura 3 • Deseño de demostración Files Estrutura de nivel superior

 Características de deseño de demostración
O deseño de referencia inclúe:

• Proxecto completo Libero SoC Verilog
• Proxecto de firmware de SoftConsole

O deseño de referencia pode admitir os seguintes códigos de función Modbus dependendo da configuración gratuíta da pila de comunicacións Modbus:

• Ler rexistros de entrada (código de función 0×04)
• Ler rexistros de retención (código de función 0×03)
• Escribir rexistros únicos (código de función 0×06)
• Escribir varios rexistros (código de función 0×10)
• Ler ou escribir varios rexistros (código de función 0×17)
• Bobinas de lectura (código de función 0×01)
• Escribir bobina simple (código de función 0×05)
• Escribir varias bobinas (código de función 0×0F)
• Ler entradas discretas (código de función (0×02)

O deseño de referencia admite os seguintes códigos de función Modbus para todos os axustes gratuítos da pila de comunicacións Modbus:

• Ler rexistros de entrada (código de función 0×04)
• Ler entradas discretas (código de función (0×02)
• Escribir varias bobinas (código de función 0×0F)
• Ler rexistros de retención (código de función 0×03)

Descrición do deseño de demostración
O deseño implícase usando unha interface SGMII PHY configurando o TSEMAC para a operación da interface de dez bits (TBI). Para obter máis información sobre a interface TSEMAC TBI, consulte o UG0331: SmartFusion2 Microcontroller Subsystem User Guide.

Proxecto de hardware SoC Libero
A seguinte figura mostra a implementación do deseño de hardware na que se executa o firmware escravo de deseño de referencia.

Figura 4 • Deseño de hardware de nivel superior do SoC Libero

O proxecto de hardware Libero SoC usa os seguintes recursos e IP de SmartFusion2 MSS:

• Interface TSEMAC TBI
• MMUART_0 para comunicacións RS-232 no kit de desenvolvemento avanzado SmartFusion2
• Pad de entrada dedicado 0 como fonte de reloxo
• Entrada e saída de propósito xeral (GPIO) que conecta o seguinte:
  • Diodos emisores de luz (LED): 4 números
  • Pulsadores: 4 números
  • Interruptores de paquete dual en liña (DIP): 4 números
• Os seguintes recursos da placa están asociados cos comandos Modbus:
  • LED (bobinas)
  • Interruptores DIP (entradas discretas)
  • Pulsadores (entradas discretas)
  • Reloxo en tempo real (RTC) (rexistros de entrada)
• Interface serie de alta velocidade (SERDESIF) SERDES_IF IP, configurada para SERDESIF_3 EPCS carril 3, consulte a seguinte figura. Para saber máis sobre interfaces serie de alta velocidade, consulte a Guía de usuario das interfaces serie de alta velocidade UG0447-SmartFusion2 e IGLOO2 FPGA.

A seguinte figura mostra a xanela do configurador de interfaces serie de alta velocidade.

Figura 5 • Ventá do configurador da interface serie de alta velocidade

Asignacións de PIN do paquete
As asignacións de pins do paquete para os LED, os interruptores DIP, os interruptores de botón e os sinais de interface PHY móstranse na seguinte táboa ata a táboa 5, páxina 9.

Táboa 2 • Asignacións de LED aos pinos do paquete

• Pin do paquete de saída
• LED_1 D26
• LED_2 F26
• LED_3 A27
• LED_4 C26

Táboa 3 • Interruptores DIP para asignacións de pinos do paquete

• Pin do paquete de saída
• DIP1 F25
• DIP2 G25
• DIP3 J23
• DIP4 J22

Táboa 4 • Interruptores de botón para asignacións de pinos do paquete

• Pin do paquete de saída
• INTERRUPTOR 1 J25
• INTERRUPTOR 2 H25
• INTERRUPTOR 3 J24
• INTERRUPTOR 4 H23

Táboa 5 • Sinais da interface PHY para as asignacións de pinos do paquete

• Nome do porto Dirección Pin do paquete
• PHY_MDC Saída F3
• Entrada PHY_MDI K7
• PHY_RST Saída F2

Proxecto de firmware de SoftConsole
Invoque o proxecto SoftConsole usando o IDE de SoftConsole autónomo. Para o deseño de referencia utilízanse as seguintes versións da pila:

• lwIP TCP ou pila IP versión 1.3.2
• Servidor Modbus TCP versión 1.5 (www.freemodbus.org) con melloras para o soporte completo de código de función como servidor Modbus TCP
• FreeRTOS (www.freertos.org)

A seguinte figura mostra a estrutura do directorio das pilas do software SoftConsole do deseño.

Figura 6 • Ventá do explorador de proxectos de SoftConsole

O espazo de traballo de SoftConsole está formado polo proxecto, Modbus_TCP_App que ten a aplicación Modbus TCP (que usa lwIP e FreeRTOS) e todas as capas de abstracción de firmware e hardware que se corresponden co deseño do hardware.
A seguinte figura mostra as versións do controlador utilizadas para a demostración.

Figura 7 • Versións do controlador de deseño de demostración

Configuración do deseño de demostración
Os seguintes pasos describen como configurar a demostración para a tarxeta SmartFusion2 Advanced Development Kit:

1. Conecte o PC host ao conector J33 usando o cable USB A a mini-B. Os controladores da ponte de USB a receptor/transmisor asíncrono universal (UART) son detectados automaticamente.
2. Desde os catro portos de comunicación (COM) detectados, fai clic co botón dereito en calquera dos portos COM e selecciona Propiedades. Móstrase a xanela de propiedades do porto COM seleccionado, como se mostra na seguinte figura.
3. Asegúrese de ter a Localización como no USB FP5 Serial Converter C na xanela de Propiedades como se mostra na seguinte figura.

Nota: Tome nota do número de porto COM para a configuración do porto serie e asegúrese de que a localización do porto COM se especifica como no USB FP5 Serial Converter C.

Figura 8 • Xestor de dispositivos

4. Instale o controlador USB se os controladores USB non se detectan automaticamente.
5. Instale o controlador FTDI D2XX para a comunicación do terminal en serie a través do cable mini USB FTDI. Descarga os controladores e a guía de instalación de:
   www.microsemi.com/soc/documents/CDM_2.08.24_WHQL_Certified.zip
6. Conecte os puentes na tarxeta do kit de desenvolvemento avanzado SmartFusion2 como se mostra na seguinte táboa. Para obter información sobre as localizacións dos puentes, consulte o Apéndice: Localizacións dos puentes, páxina 19.

PRECAUCIÓN: Apague o interruptor da fonte de alimentación, SW7, antes de realizar as conexións de puente.
Táboa 6 • Configuración de puentes do kit de desenvolvemento avanzado SmartFusion2

• Pin do puente do pin aos comentarios
• J116, J353, J354,J54 1 2 Estes son os axustes de puentes predeterminados da tarxeta Advanced Development Kit. Asegúrese de que os jumpers
• J123 2 3 fíxanse en consecuencia.
• J124, J121, J32 1 2 JTAG programación mediante FTDI

7. Conecte a fonte de alimentación ao conector J42 da tarxeta SmartFusion2 Advanced Development Kit.
8. Este deseño exampO ficheiro pode executarse en modos IP estática e IP dinámica. Por defecto, programación files se proporcionan para o modo IP dinámico.
   • Para a IP estática, conecte o PC host ao conector J21 do
     Placa do kit de desenvolvemento avanzado SmartFusion2 mediante un cable RJ45.
   • Para unha IP dinámica, conecte calquera dos portos de rede abertos ao conector J21 da tarxeta SmartFusion2 Advanced Development Kit mediante un cable RJ45.

Instantánea da configuración do taboleiro
No Apéndice: Configuración da placa para executar o deseño de referencia de Modbus TCP, páx.

Execución do deseño de demostración
Os seguintes pasos describen como executar o deseño de demostración:

1. Descarga o deseño file dende:
   http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df
2. Conecte o interruptor da fonte de alimentación, SW7.
3. Inicie calquera programa de emulación de terminal en serie como:
   • Hiperterminal
   • MASILLA
   • TeraTerm
     Nota: nesta demostración úsase HyperTerminal.
     A configuración do programa é:
   • Velocidade de transmisión: 115200
   • 8 bits de datos
   • 1 Bit de parada
   • Sen paridade
   • Sen control de fluxo
     Para obter información sobre a configuración dos programas de emulación de terminal serie, consulte Configurar programas de emulación de terminal serie.
4. Inicie o software FlashPro.
5. Fai clic en Novo proxecto.
6. Na xanela Novo proxecto, introduza o Nome do proxecto, como se mostra na seguinte figura.

Figura 9 • Novo Proxecto FlashPro

7. Fai clic en Examinar e desprázate ata o lugar onde queres gardar o proxecto.
8. Seleccione Dispositivo único como modo de programación.
9. Fai clic en Aceptar para gardar o proxecto.
10. Fai clic en Configurar dispositivo.
11. Faga clic en Examinar e desprácese ata o lugar onde está o Modbus_TCP_top.stp file está localizado e selecciona o file. A localización predeterminada é:
    (\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\Programmingfile\Modbus_TCP_top.stp). A programación requirida file está seleccionado e está listo para ser programado no dispositivo como se mostra na seguinte figura.
    Figura 10 • Proxecto FlashPro configurado
    
12. Fai clic en PROGRAM para comezar a programar o dispositivo. Agarde ata que apareza unha mensaxe que indica que o programa pasou. Esta demostración require que o dispositivo SmartFusion2 estea preprogramado co código da aplicación para activar a aplicación Modbus. O dispositivo SmartFusion2 está preprogramado co Modbus_TCP_top.stp mediante o software FlashPro.
    Figura 11 • Programa FlashPro aprobado
    Nota: Para executar o deseño en modo IP estático, siga os pasos mencionados no Apéndice: Execución do deseño en modo IP estático, páxina 20.
13.  Apague e apague a placa de desenvolvemento avanzado SmartFusion2.
    Na xanela de HyperTerminal móstrase unha mensaxe de benvida co enderezo IP, como se mostra na seguinte figura.
    Figura 12 • HyperTerminal con enderezo IP
    Abre un novo símbolo do sistema no PC host, vai ao cartafol
    (\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\HostTool) onde
    SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe file está presente, introduza o comando: SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe como se mostra na seguinte figura.
    Figura 13 • Invocación do cliente Modbus
    A seguinte figura mostra as funcións Modbus TCP que se están a executar. As funcións son:
    • Ler entradas discretas (código de función 02)
    • Ler rexistros de retención (código de función 03)
    • Ler rexistros de entrada (código de función 04)
    • Escribir varias bobinas (código de función 15)
      Figura 14 • Demostración de códigos funcionais Modbus
      Consulte a Execución de funcións Modbus, páxina 17 para obter máis información sobre as funcións Modbus que se demostran no deseño de referencia.
14. Despois de executar a demostración, pecha HyperTerminal.

Execución de funcións Modbus
Esta sección describe as funcións Modbus que se demostran no deseño de referencia.

Ler entradas discretas (código de función 02)
Os GPIO están conectados a 4 interruptores DIP e 4 interruptores de botón. Encienda e apague os interruptores DIP e os interruptores de botón do kit de desenvolvemento avanzado SmartFusion2. Ler o código funcional de entradas discretas mostra os estados dos interruptores como se mostra na seguinte figura.

Figura 15 • Ler entradas discretas

Ler rexistros de retención (código de función 03)
A seguinte figura mostra os datos do búfer global definidos no firmware.
Figura 16 • Ler os rexistros de explotación

Ler rexistros de entrada (código de función 04)
A seguinte figura mostra o número de segundos que contou o contador en tempo real (RTC).
Figura 17 • Ler os rexistros de entrada

Escribir varias bobinas (código de función 0×0F)
A seguinte figura mostra os datos do rexistro de Write Multiple Coils para alternar os LED conectados aos GPIO.
Figura 18 • Escribir varias bobinas

Apéndice: Configuración da placa para executar o deseño de referencia Modbus TCP

A seguinte figura mostra a configuración da placa para executar o deseño de referencia na tarxeta SmartFusion2 Advanced Development Kit.

Figura 19 • Configuración da tarxeta do kit de desenvolvemento avanzado SmartFusion2

Apéndice: Localizacións de puentes

A seguinte figura mostra as localizacións dos puentes na tarxeta SmartFusion2 Advanced Development Kit.

Figura 20 • Kit de desenvolvemento avanzado SmartFusion2 Silkscreen Top View

Nota: Os jumpers resaltados en vermello están configurados por defecto. Os jumpers resaltados en verde deben configurarse manualmente.
Nota: Pódense buscar a localización dos puentes na figura anterior.

Apéndice: Execución do deseño en modo IP estática

Os seguintes pasos describen como executar o deseño en modo IP estático:

1. Fai clic co botón dereito na xanela do Explorador de proxectos do proxecto SoftConsole e vai a Propiedades como se mostra na seguinte figura.
   Figura 21 • Ventá do Explorador de proxectos do proxecto SoftConsole
   
2. Elimina o símbolo NET_USE_DHCP na configuración da ferramenta da xanela Propiedades para Modbus_TCP_App. A seguinte figura mostra a xanela Propiedades para Modbus_TCP_App.
   Figura 22 • Ventá de propiedades do Explorador de proxectos
   
3. Se o dispositivo está conectado en modo IP estático, o enderezo IP estático da placa é 169.254.1.23 e, a continuación, cambie a configuración TCP/IP do host para reflectir o enderezo IP. Vexa a seguinte figura e a figura 24,
   Figura 23 • Configuración TCP/IP do PC anfitrión
   
   Figura 24 • Configuración do enderezo IP estático
   
   Nota: Cando estean configurados estes axustes, compile o deseño, cargue o deseño na memoria Flash e execute o deseño mediante SoftConsole.

Guía de demostración DG0440 Revisión 7.0

Documentos/Recursos

Microsemi DG0440 con deseño de referencia Modbus TCP en dispositivos SmartFusion2 [pdfGuía do usuario DG0440 Execución de deseño de referencia Modbus TCP en dispositivos SmartFusion2, DG0440, deseño de referencia Modbus TCP en execución en dispositivos SmartFusion2, deseño en dispositivos SmartFusion2

Referencias

• Manual de usuario