Microsemi DG0440 pokreće Modbus TCP referentni dizajn na SmartFusion2 uređajima

Sjedište tvrtke Microsemi
One Enterprise, Aliso Viejo,
CA 92656 SAD
Unutar SAD-a: +1 800-713-4113
Izvan SAD-a: +1 949-380-6100
Faks: +1 949-215-4996
Email: sales.support@microsemi.com
www.microsemi.com
© 2017 Microsemi Corporation. Sva prava pridržana. Microsemi i Microsemi logo su zaštitni znaci Microsemi Corporation. Svi ostali zaštitni znakovi i znakovi usluga vlasništvo su svojih vlasnika

Microsemi ne daje nikakva jamstva, zastupanja ili jamstva u vezi s ovdje sadržanim informacijama ili prikladnošću svojih proizvoda i usluga za bilo koju određenu svrhu, niti Microsemi preuzima bilo kakvu odgovornost koja proizlazi iz primjene ili upotrebe bilo kojeg proizvoda ili sklopa. Proizvodi koji se ovdje prodaju i svi drugi proizvodi koje prodaje Microsemi podvrgnuti su ograničenom testiranju i ne bi se trebali koristiti zajedno s opremom ili aplikacijama kritičnim za misiju. Vjeruje se da su sve izvedbene specifikacije pouzdane, ali nisu provjerene, a Kupac mora provesti i dovršiti sva ispitivanja performansi i druga testiranja proizvoda, samih i zajedno sa, ili ugrađenih u bilo koji krajnji proizvod. Kupac se neće oslanjati ni na kakve podatke i specifikacije izvedbe ili parametre koje pruža Microsemi. Odgovornost Kupca je da samostalno utvrdi prikladnost bilo kojeg proizvoda te istu testira i provjeri. Informacije koje Microsemi daje u nastavku dane su “kao što jesu, gdje je” i sa svim greškama, a cijeli rizik povezan s takvim informacijama u potpunosti je na Kupcu. Microsemi ne daje, eksplicitno ili implicitno, nijednoj strani nikakva patentna prava, licence ili bilo koja druga prava intelektualne svojine, bilo u pogledu samih takvih informacija ili bilo čega što je opisano takvim informacijama. Informacije navedene u ovom dokumentu vlasništvo su tvrtke Microsemi, a Microsemi zadržava pravo izmjene podataka u ovom dokumentu ili bilo kojeg proizvoda i usluga u bilo koje vrijeme bez prethodne obavijesti.

O Microsemi
Microsemi Corporation (Nasdaq: MSCC) nudi sveobuhvatan portfelj poluvodičkih i sistemskih rješenja za svemirska i obrambena tržišta, komunikacije, podatkovne centre i industrijska tržišta. Proizvodi uključuju visokoučinkovite analogne integrirane sklopove s mješovitim signalom otporne na zračenje, FPGA, SoC i ASIC; proizvodi za upravljanje napajanjem; uređaji za mjerenje vremena i sinkronizaciju i rješenja za precizno vrijeme, postavljanje svjetskih standarda za vrijeme; uređaji za obradu glasa; RF rješenja; diskretne komponente; poduzeća za pohranu i komunikacijska rješenja, sigurnosne tehnologije i skalabilni anti-tamper proizvodi; Ethernet rješenja; Power-over-Ethernet IC-ovi i srednji rasponi; kao i prilagođene mogućnosti dizajna i usluge. Microsemi ima sjedište u Aliso Viejo, Kalifornija, i ima približno 4,800 zaposlenika diljem svijeta. Saznajte više na www.microsemi.com.

Povijest revizija

Povijest revizija opisuje promjene koje su implementirane u dokumentu. Promjene su navedene po reviziji, počevši od najnovije objave.

Revizija 7.0
Ažuriran dokument za izdanje softvera Libero v11.8.

Revizija 6.0
Sljedeće promjene učinjene su u reviziji 6.0 ovog dokumenta.

• Zahtjevi dizajna Libero SoC, FlashPro i SoftConsole ažurirani su u Zahtjevima dizajna, stranica 5.
• U vodiču se ažuriraju 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 koji koriste IwIP i FreeRTOS

Uvod
Microsemi nudi referentni dizajn za SmartFusion®2 SoC FPGA uređaje koji demonstriraju
tri-speed Ethernet media access controller (TSEMAC) značajke 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-a spojenog na serijsko gigabitno sučelje neovisno o medijima (SGMII) PHY.
•  Integracija SmartFusion2 MAC drajvera s laganim IP (IwIP) protokolom za kontrolu prijenosa (TCP) ili IP stogom i besplatnim operativnim sustavom u stvarnom vremenu (RTOS).
• Aplikacijski sloj s protokolom industrijske automatizacije, Modbus na TCP ili IP.
• Kako pokrenuti referentni dizajn

Podsustav mikrokontrolera (MSS) SmartFusion2 SoC FPGA ima instancu periferije TSEMAC. 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 sučelju TSEMAC za SmartFusion2 uređaje, pogledajte UG0331: Korisnički priručnik za podsustav mikrokontrolera SmartFusion2.

Korištenje Modbus protokola
Modbus je protokol za razmjenu poruka aplikacijskog sloja prisutan na razini sedam
model međusobnog povezivanja otvorenih sustava (OSI). Omogućuje komunikaciju klijenta ili poslužitelja između uređaja povezanih u različite vrste sabirnica ili mreža. To je servisni protokol koji nudi mnoge usluge specificirane funkcijskim kodovima. Modbus funkcijski kodovi su elementi Modbus jedinica podataka protokola zahtjeva ili odgovora. Komponente Modbus protokola uključuju:

• TCP ili IP preko Etherneta
• Asinkroni serijski prijenos preko različitih medija
• Žica:
  • EIA/TIA-232-E
  • EIA-422
  • Vlakno EIA/TIA-485-A
• Radio
• Modbus PLUS, mreža za prijenos tokena velike brzine

Sljedeća slika opisuje Modbus komunikacijske skupove za različite komunikacijske mreže.

Slika 1 • Modbus komunikacijski stog

Korištenje Modbus protokola na SmartFusion2 uređaju
Modbus TCP poslužitelj radi na SmartFusion2 naprednom razvojnom kompletu i odgovara Modbus TCP klijentu koji radi na glavnom računalu. Sljedeća slika prikazuje blok dijagram Modbus TCP poslužitelja i aplikacije na SmartFusion2 uređaju.

Slika 2 • Blok dijagram Modbus TCP poslužitelja 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 tablica navodi zahtjeve za dizajn hardvera i softvera.

Tablica 1 • Referentni projektni zahtjevi i detalji

Zahtjevi za dizajn: Opis
Hardver

• SmartFusion2 Advanced Development Kit
  – USB A na mini-B kabel
  – 12 V adapter
  Rev A ili noviji
• Ethernet kabel RJ45
• Bilo koji od sljedećih programa za emulaciju serijskog terminala:
  – HyperTerminal
  – TeraTerm
  – PUTTY
• Glavno računalo ili prijenosno računalo Windows 64-bitni operativni sustav

Softver

• Libero® sustav na čipu (SoC) v11.8
• SoftConsole v4.0
• FlashPro softver za programiranje v11.8
• USB na UART upravljački programi –
• MSS Ethernet MAC drajveri v3.1.100
• Program za emulaciju serijskog terminala HyperTerminal, TeraTerm ili PuTTY
• Preglednik 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 filedostupni su 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 najviše razine dizajna files. Za više informacija pogledajte Readme.txt file.

Slika 3 • Demo dizajn Files Struktura najviše razine

 Značajke demo dizajna
Referentni dizajn uključuje:

• Kompletan Libero SoC Verilog projekt
• Projekt firmvera SoftConsole

Referentni dizajn može podržati sljedeće Modbus funkcijske kodove ovisno o postavkama slobodnog Modbus komunikacijskog steka:

• Čitanje ulaznih registara (funkcijski kod 0×04)
• Čitanje registara držanja (kod funkcije 0×03)
• Zapišite pojedinačne registre (funkcijski kod 0×06)
• Zapišite više registara (kod funkcije 0×10)
• Čitanje ili pisanje više registara (kod funkcije 0×17)
• Očitajte zavojnice (funkcijski kod 0×01)
• Napišite jednu zavojnicu (kod funkcije 0×05)
• Napišite više zavojnica (kod funkcije 0×0F)
• Čitanje diskretnih ulaza (funkcijski kod (0×02)

Referentni dizajn podržava sljedeće Modbus funkcijske kodove za sve besplatne postavke Modbus komunikacijskog steka:

• Čitanje ulaznih registara (funkcijski kod 0×04)
• Čitanje diskretnih ulaza (funkcijski kod (0×02)
• Napišite više zavojnica (kod funkcije 0×0F)
• Čitanje registara držanja (kod funkcije 0×03)

Opis demo dizajna
Dizajn je implementiran korištenjem SGMII PHY sučelja konfiguriranjem TSEMAC-a za operaciju deset-bitnog sučelja (TBI). Za više informacija o sučelju TSEMAC TBI pogledajte UG0331: Korisnički priručnik za podsustav mikrokontrolera SmartFusion2.

Libero SoC hardverski projekt
Sljedeća slika prikazuje implementaciju dizajna hardvera na kojem se izvodi pomoćni firmver referentnog dizajna.

Slika 4 • Dizajn hardvera najviše razine Libero SoC

Hardverski projekt Libero SoC koristi sljedeće SmartFusion2 MSS resurse i IP adrese:

• TSEMAC TBI sučelje
• MMUART_0 za RS-232 komunikaciju na SmartFusion2 Advanced Development Kit
• Namjenski ulaz 0 kao izvor takta
• Ulaz i izlaz opće namjene (GPIO) koji povezuje sljedeće:
  • Svjetleće diode (LED): 4 broja
  • Tipke: 4 broja
  • Dual in-line paket (DIP) sklopke: 4 broja
• Sljedeći resursi ploče povezani su s Modbus naredbama:
  • LED (zavojnice)
  • DIP prekidači (diskretni ulazi)
  • Gumbi (diskretni ulazi)
  • Sat stvarnog vremena (RTC) (ulazni registri)
• Serijsko sučelje velike brzine (SERDESIF) SERDES_IF IP, konfigurirano za SERDESIF_3 EPCS traku 3, pogledajte sljedeću sliku. Da biste saznali više o brzim serijskim sučeljima, pogledajte korisnički priručnik za UG0447-SmartFusion2 i IGLOO2 FPGA brza serijska sučelja.

Sljedeća slika prikazuje prozor konfiguratora serijskog sučelja velike brzine.

Slika 5 • Prozor konfiguratora serijskog sučelja velike brzine

Dodjela igla paketa
Dodjele pinova paketa za LED, DIP prekidače, prekidače s tipkama i signale PHY sučelja prikazane su u sljedećoj tablici do Tablice 5, stranica 9.

Tablica 2 • LED dodijele pinova paketa

• Pin izlaznog paketa
• LED_1 D26
• LED_2 F26
• LED_3 A27
• LED_4 C26

Tablica 3 • DIP sklopke za dodjelu pinova paketa

• Pin izlaznog paketa
• DIP1 F25
• DIP2 G25
• DIP3 J23
• DIP4 J22

Tablica 4 • Prekidači gumba za dodjelu pinova paketa

• Pin izlaznog paketa
• PREKIDAČ1 J25
• PREKIDAČ2 H25
• PREKIDAČ3 J24
• PREKIDAČ4 H23

Tablica 5 • Signali PHY sučelja za dodjelu pinova paketa

• Naziv priključka Smjer paketa Pin
• PHY_MDC Izlaz F3
• PHY_MDIO Ulaz K7
• PHY_RST Izlaz F2

Projekt firmvera SoftConsole
Pozovite projekt SoftConsole koristeći samostalni IDE SoftConsole. Za referentni dizajn koriste se sljedeće verzije hrpe:

• lwIP TCP ili IP stack verzija 1.3.2
• Modbus TCP poslužitelj verzija 1.5 (www.freemodbus.org) s poboljšanjima za potpunu podršku funkcijskog koda kao Modbus TCP poslužitelj
• FreeRTOS (www.freertos.org)

Sljedeća slika prikazuje strukturu direktorija dizajna softvera SoftConsole.

Slika 6 • Prozor SoftConsole Project Explorer

Radni prostor SoftConsole sastoji se od projekta, Modbus_TCP_App koji ima Modbus TCP aplikaciju (koja koristi lwIP i FreeRTOS) i sve slojeve apstrakcije firmvera i hardvera koji odgovaraju dizajnu hardvera.
Sljedeća slika prikazuje verzije upravljačkog programa korištene za demo.

Slika 7 • Verzije upravljačkog programa demo dizajna

Postavljanje demo dizajna
Sljedeći koraci opisuju kako postaviti demo za SmartFusion2 Advanced Development Kit ploču:

1. Spojite glavno računalo na J33 konektor koristeći USB A na mini-B kabel. Upravljački programi mosta USB na univerzalni asinkroni prijemnik/odašiljač (UART) automatski se otkrivaju.
2. Među otkrivena četiri komunikacijska (COM) priključka, desnom tipkom miša kliknite bilo koji od COM priključaka i odaberite Svojstva. Prikazat će se prozor sa svojstvima odabranog COM porta, kao što je prikazano na sljedećoj slici.
3. Osigurajte lokaciju kao na USB FP5 Serial Converter C u prozoru Svojstva kao što je prikazano na sljedećoj slici.

Bilješka: Zabilježite broj COM priključka za konfiguraciju serijskog priključka i provjerite je li lokacija COM priključka navedena kao na USB FP5 serijskom pretvaraču C.

Slika 8 • Prozor upravitelja uređaja

4. Instalirajte USB upravljački program ako se USB upravljački programi ne otkriju automatski.
5. Instalirajte upravljački program FTDI D2XX za komunikaciju serijskog terminala putem FTDI mini USB kabela. Preuzmite upravljačke programe i vodič za instalaciju s:
   www.microsemi.com/soc/documents/CDM_2.08.24_WHQL_Certified.zip
6. Spojite kratkospojnike na SmartFusion2 Advanced Development Kit ploči kao što je prikazano u sljedećoj tablici. Za informacije o lokacijama kratkospojnika pogledajte Dodatak: Lokacije kratkospojnika, stranica 19.

OPREZ: Isključite prekidač napajanja, SW7, prije spajanja kratkospojnika.
Tablica 6 • SmartFusion2 Advanced Development Kit postavke premosnika

• Premosna igla od igle do komentara
• J116, J353, J354,J54 1 2 Ovo su zadane postavke kratkospojnika ploče Advanced Development Kit. Osigurajte da skakači
• J123 2 3 postavljaju se u skladu s tim.
• J124, J121, J32 1 2 JTAG programiranje preko FTDI

7. Spojite napajanje na J42 konektor na SmartFusion2 Advanced Development Kit ploči.
8. Ovaj dizajn example može raditi iu statičnom IP-u iu dinamičkom IP-u. Prema zadanim postavkama, programiranje files predviđeni su za dinamički IP način rada.
   • Za statički IP, spojite glavno računalo na J21 konektor na
     SmartFusion2 Advanced Development Kit ploča koja koristi RJ45 kabel.
   • Za dinamički IP, spojite bilo koji od otvorenih mrežnih priključaka na J21 konektor SmartFusion2 Advanced Development Kit ploče pomoću RJ45 kabela.

Snimak postavljanja ploče
Snimke ploče SmartFusion2 Advanced Development Kit sa svim priključcima za postavljanje dane su u Dodatku: Postavljanje ploče za pokretanje Modbus TCP referentnog dizajna, stranica 18.

Pokretanje demo dizajna
Sljedeći koraci opisuju kako pokrenuti demo dizajn:

1. Preuzmite dizajn file iz:
   http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df
2. Uključite prekidač napajanja, SW7.
3. Pokrenite bilo koji program za emulaciju serijskog terminala kao što je:
   • HyperTerminal
   • Kit
   • TeraTerm
     Napomena: u ovoj demonstraciji koristi se HyperTerminal.
     Konfiguracija za program je:
   • Brzina prijenosa: 115200
   • 8 podatkovnih bitova
   • 1 Stop bit
   • Nema pariteta
   • Nema kontrole protoka
     Za informacije o konfiguriranju programa za emulaciju serijskog terminala, pogledajte Konfiguriranje programa za emulaciju serijskog terminala.
4. Pokrenite softver FlashPro.
5. Pritisnite Novi projekt.
6. U prozoru New Project unesite naziv projekta, kao što je prikazano na sljedećoj slici.

Slika 9 • FlashPro novi projekt

7. Pritisnite Pregledaj i dođite do mjesta na koje želite spremiti projekt.
8. Odaberite jedan uređaj kao način programiranja.
9. Kliknite OK za spremanje projekta.
10. Pritisnite Konfiguriraj uređaj.
11. Pritisnite Browse i idite do mjesta gdje je 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 • Projekt FlashPro konfiguriran
    
12. Pritisnite PROGRAM za početak programiranja uređaja. Pričekajte dok se ne prikaže poruka koja pokazuje da je program prošao. Ova demonstracija zahtijeva da uređaj SmartFusion2 bude unaprijed programiran s kodom aplikacije za aktiviranje Modbus aplikacije. Uređaj SmartFusion2 unaprijed je programiran s Modbus_TCP_top.stp pomoću softvera FlashPro.
    Slika 11 • Program FlashPro prošao
    Napomena: Za pokretanje dizajna u načinu statičkog IP-a, slijedite korake navedene u Dodatku: Pokretanje dizajna u načinu statičkog IP-a, stranica 20.
13.  Isključite SmartFusion2 naprednu razvojnu ploču.
    Poruka dobrodošlice s IP adresom prikazuje se u prozoru HyperTerminala, kao što je prikazano na sljedećoj slici.
    Slika 12 • HyperTerminal s IP adresom
    Otvorite novi naredbeni redak na glavnom računalu, idite u mapu
    (\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\HostTool) gdje
    SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe file postoji, unesite naredbu: SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe kako je prikazano na sljedećoj slici.
    Slika 13 • Pozivanje Modbus klijenta
    Sljedeća slika prikazuje Modbus TCP funkcije koje se izvode. Funkcije su:
    • Čitanje diskretnih ulaza (funkcijski kod 02)
    • Čitanje registara posjeda (šifra funkcije 03)
    • Čitanje ulaznih registara (funkcijski kod 04)
    • Napišite više zavojnica (funkcijski kod 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.
14. Nakon pokretanja demonstracije zatvorite HyperTerminal.

Pokretanje Modbus funkcija
Ovaj odjeljak opisuje Modbus funkcije koje su prikazane u referentnom dizajnu.

Čitanje diskretnih ulaza (funkcijski kod 02)
GPIO-ovi su spojeni na 4 DIP prekidača i 4 prekidača s tipkama. UKLJUČITE i ISKLJUČITE DIP prekidače i prekidače s tipkama na naprednom razvojnom kompletu SmartFusion2. Očitavanje funkcionalnog koda diskretnih ulaza prikazuje statuse prekidača kao što je prikazano na sljedećoj slici.

Slika 15 • Čitanje diskretnih ulaza

Čitanje registara posjeda (šifra funkcije 03)
Sljedeća slika prikazuje podatke globalnog međuspremnika definirane u firmveru.
Slika 16 • Čitanje registara posjeda

Čitanje ulaznih registara (funkcijski kod 04)
Sljedeća slika prikazuje broj sekundi koje je brojač stvarnog vremena (RTC) izbrojao.
Slika 17 • Čitanje ulaznih registara

Zapišite više zavojnica (kod funkcije 0×0F)
Sljedeća slika prikazuje podatke registra Write Multiple Coils za uključivanje/isključivanje LED dioda spojenih na GPIO.
Slika 18 • Zapišite više zavojnica

Dodatak: Postavljanje ploče za pokretanje Modbus TCP referentnog dizajna

Sljedeća slika prikazuje postavku ploče za pokretanje referentnog dizajna na SmartFusion2 Advanced Development Kit ploči.

Slika 19 • SmartFusion2 Advanced Development Kit Postavljanje ploče

Dodatak: Lokacije skakača

Sljedeća slika prikazuje položaj kratkospojnika na SmartFusion2 Advanced Development Kit ploči.

Slika 20 • SmartFusion2 Advanced Development Kit Silkscreen vrh View

Bilješka: Premosnici označeni crveno postavljeni su prema zadanim postavkama. Premosnici označeni zelenom bojom moraju se postaviti ručno.
Bilješka: Položaj skakača na prethodnoj slici moguće je pretraživati.

Dodatak: Izvođenje dizajna u načinu statičkog IP-a

Sljedeći koraci opisuju kako pokrenuti dizajn u statičkom IP načinu rada:

1. Desnom tipkom miša kliknite prozor Project Explorer projekta SoftConsole i idite na Svojstva kao što je prikazano na sljedećoj slici.
   Slika 21 • Prozor Project Explorer projekta SoftConsole
   
2. 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 svojstava Project Explorera
   
3. Ako je uređaj spojen u načinu statičkog IP-a, statička IP adresa ploče je 169.254.1.23, zatim promijenite postavke TCP/IP hosta tako da odražavaju IP adresu. Pogledajte sljedeću sliku i sliku 24,
   Slika 23 • TCP/IP postavke glavnog računala
   
   Slika 24 • Postavke statičke IP adrese
   
   Bilješka: Kada su ove postavke konfigurirane, kompajlirajte dizajn, učitajte dizajn u Flash memoriju i pokrenite dizajn koristeći SoftConsole.

DG0440 Demo Guide 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, Dizajn na SmartFusion2 uređajima

Reference

• korisnički priručnik