SmartFusion0440 장치에서 Modbus TCP 참조 설계를 실행하는 Microsemi DG2
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마이크로세미 소개
Microsemi Corporation(Nasdaq: MSCC)은 항공우주 및 방위, 통신, 데이터 센터 및 산업 시장을 위한 포괄적인 반도체 및 시스템 솔루션 포트폴리오를 제공합니다. 제품에는 고성능 및 내방사선 아날로그 혼합 신호 집적 회로, FPGA, SoC 및 ASIC가 포함됩니다. 전력 관리 제품; 시간에 대한 세계 표준을 설정하는 타이밍 및 동기화 장치와 정확한 시간 솔루션; 음성 처리 장치; RF 솔루션; 이산 부품; 엔터프라이즈 스토리지 및 통신 솔루션, 보안 기술 및 확장 가능한 안티 Tamp어 제품; 이더넷 솔루션; PoE(Power-over-Ethernet) IC 및 미드스팬; 맞춤형 설계 기능 및 서비스를 제공합니다. Microsemi는 캘리포니아주 알리소 비에호에 본사를 두고 있으며 전 세계적으로 약 4,800명의 직원이 근무하고 있습니다. 자세한 내용은 www.microsemi.com.
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- 가이드 전체에서 데모 디자인에 사용된 SoftConsole 프로젝트의 이름과 모든 관련 그림이 업데이트됩니다.
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IwIP 및 FreeRTOS를 사용하여 SmartFusion2 장치에서 Modbus TCP 참조 설계 실행
소개
Microsemi는 SmartFusion®2 SoC FPGA 장치를 위한 참조 설계를 제공합니다.
SmartFusion2 SoC FPGA의 삼중 속도 이더넷 매체 액세스 컨트롤러(TSEMAC) 기능과 Modbus 프로토콜을 구현합니다. 참조 설계는 UG0557: SmartFusion2 SoC FPGA 고급 개발 키트 사용 설명서에서 실행됩니다. 이 데모 가이드는 설명합니다.
- SGMII(Serial Gigabit Media Independent Interface) PHY에 연결된 SmartFusion2 TSEMAC 사용.
- SmartFusion2 MAC 드라이버를 경량 IP(IwIP) 전송 제어 프로토콜(TCP) 또는 IP 스택 및 무료 실시간 운영 체제(RTOS)와 통합합니다.
- 산업 자동화 프로토콜, Modbus on TCP 또는 IP를 사용하는 애플리케이션 계층.
- 레퍼런스 디자인 실행 방법
SmartFusion2 SoC FPGA의 마이크로컨트롤러 서브시스템(MSS)에는 TSEMAC 주변 장치 인스턴스가 있습니다. TSEMAC은 호스트 프로세서와 이더넷 네트워크 간에 다음 데이터 전송 속도(회선 속도)로 구성할 수 있습니다.
- 10Mbps
- 100Mbps
- 1000Mbps
SmartFusion2 장치용 TSEMAC 인터페이스에 대한 자세한 내용은 UG0331: SmartFusion2 Microcontroller Subsystem User Guide를 참조하십시오.
Modbus 프로토콜 사용
Modbus는 레벨 XNUMX에 존재하는 애플리케이션 계층 메시징 프로토콜입니다.
개방형 시스템 상호 연결(OSI) 모델. 서로 다른 유형의 버스 또는 네트워크에 연결된 장치 간에 클라이언트 또는 서버 통신을 가능하게 합니다. 기능 코드로 지정된 많은 서비스를 제공하는 서비스 프로토콜입니다. Modbus 기능 코드는 Modbus 요청 또는 응답 프로토콜 데이터 단위의 요소입니다. Modbus 프로토콜의 구성요소는 다음과 같습니다.
- 이더넷을 통한 TCP 또는 IP
- 다양한 매체를 통한 비동기 직렬 전송
- 철사:
- EIA/TIA-232-E
- 영어: EIA-422 (미국 연방 공화국)
- EIA/TIA-485-A 파이버
- 라디오
- 고속 토큰 전달 네트워크 Modbus PLUS
다음 그림은 다양한 통신 네트워크에 대한 Modbus 통신 스택을 설명합니다.
그림 1 • Modbus 통신 스택
SmartFusion2 장치에서 Modbus 프로토콜 사용
Modbus TCP 서버는 SmartFusion2 고급 개발 키트에서 실행되며 호스트 PC에서 실행되는 Modbus TCP 클라이언트에 응답합니다. 다음 그림은 SmartFusion2 장치의 Modbus TCP 서버 및 애플리케이션의 블록 다이어그램을 보여줍니다.
그림 2 • SmartFusion2의 Modbus TCP 서버 및 애플리케이션 블록 다이어그램
| 0RGEXV 7&3 $SSOLFDWLRQ | 0RGEXV 7&3 6HUYHU |
| ,Z,3 7&3 RU ,3 6WDFN | |
| )어어5726 | )럽즈두 |
| 6PDUW)XVLRQ2 $GYDQFHG 'HYHORSPHQW .LW (+:) | |
디자인 요구 사항
다음 표에는 하드웨어 및 소프트웨어 설계 요구 사항이 나열되어 있습니다.
표 1 • 참조 설계 요구 사항 및 세부 정보
설계 요구 사항: 설명
하드웨어
- SmartFusion2 고급 개발 키트
– USB A-미니 B 케이블
– 12V 어댑터
Rev A 이상 - 이더넷 케이블 RJ45
- 다음 직렬 터미널 에뮬레이션 프로그램 중 하나:
– 하이퍼터미널
– 테라텀
– 퍼티 - 호스트 PC 또는 노트북 Windows 64비트 운영 체제
소프트웨어
- Libero® SoC(시스템 온 칩) v11.8
- 소프트콘솔 v4.0
- FlashPro 프로그래밍 소프트웨어 v11.8
- UART 드라이버에 USB –
- MSS 이더넷 MAC 드라이버 v3.1.100
- 직렬 터미널 에뮬레이션 프로그램 HyperTerminal, TeraTerm 또는 PuTTY
- 브라우저 Mozilla Firefox 또는 Internet Explorer
데모 디자인
다음 섹션에서는 IwIP 및 FreeRTOS를 사용하는 SmartFusion2 장치에서 Modbus TCP 참조 설계의 데모 설계를 설명합니다.
데모 디자인 files는 다음에서 다운로드할 수 있습니다.
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df
데모 디자인 files에는 다음이 포함됩니다.
- 리베로
- 프로그램 작성 files
- 호스트 도구
- 읽어보세요
다음 그림은 디자인의 최상위 구조를 보여줍니다. file에스. 자세한 내용은 Readme.txt를 참조하십시오. file.
그림 3 • 데모 설계 File의 최상위 구조
데모 설계 기능
참조 디자인에는 다음이 포함됩니다.
- Libero SoC Verilog 프로젝트 완료
- SoftConsole 펌웨어 프로젝트
참조 설계는 무료 Modbus 통신 스택 설정에 따라 다음 Modbus 기능 코드를 지원할 수 있습니다.
- 입력 레지스터 읽기(기능 코드 0×04)
- 홀딩 레지스터 읽기(기능 코드 0×03)
- 단일 레지스터 쓰기(기능 코드 0×06)
- 다중 레지스터 쓰기(기능 코드 0×10)
- 여러 레지스터 읽기 또는 쓰기(기능 코드 0×17)
- 코일 읽기(기능 코드 0×01)
- 단일 코일 쓰기(기능 코드 0×05)
- 여러 코일 쓰기(펑션 코드 0×0F)
- 개별 입력 읽기(기능 코드(0×02)
참조 디자인은 모든 무료 Modbus 통신 스택 설정에 대해 다음 Modbus 기능 코드를 지원합니다.
- 입력 레지스터 읽기(기능 코드 0×04)
- 개별 입력 읽기(기능 코드(0×02)
- 여러 코일 쓰기(펑션 코드 0×0F)
- 홀딩 레지스터 읽기(기능 코드 0×03)
데모 설계 설명
설계는 0331비트 인터페이스(TBI) 작동을 위해 TSEMAC를 구성하여 SGMII PHY 인터페이스를 사용하여 구현됩니다. TSEMAC TBI 인터페이스에 대한 자세한 내용은 UG2: SmartFusionXNUMX Microcontroller Subsystem User Guide를 참조하십시오.
Libero SoC 하드웨어 프로젝트
다음 그림은 레퍼런스 디자인 슬레이브 펌웨어가 실행되는 하드웨어 디자인 구현을 보여줍니다.
그림 4 • Libero SoC 최상위 하드웨어 설계
Libero SoC 하드웨어 프로젝트는 다음 SmartFusion2 MSS 리소스 및 IP를 사용합니다.
- TSEMAC TBI 인터페이스
- SmartFusion0 고급 개발 키트의 RS-232 통신을 위한 MMUART_2
- 클록 소스로 전용 입력 패드 0
- 다음과 인터페이스하는 범용 입력 및 출력(GPIO):
- 발광 다이오드(LED): 숫자 4개
- 푸시 버튼: 숫자 4개
- 이중 인라인 패키지(DIP) 스위치: 숫자 4개
- 다음 보드 리소스는 Modbus 명령과 연결되어 있습니다.
- LED(코일)
- DIP 스위치(개별 입력)
- 푸시 버튼(개별 입력)
- 실시간 클록(RTC)(입력 레지스터)
- 고속 직렬 인터페이스(SERDESIF) SERDES_IF IP, SERDESIF_3 EPCS 레인 3용으로 구성됨, 다음 그림 참조. 고속 직렬 인터페이스에 대한 자세한 내용은 UG0447-SmartFusion2 및 IGLOO2 FPGA 고속 직렬 인터페이스 사용 설명서를 참조하십시오.
다음 그림은 High Speed Serial Interface Configurator 창을 보여줍니다.
그림 5 • 고속 직렬 인터페이스 구성기 창
패키지 핀 할당
LED, DIP 스위치, 푸시 버튼 스위치 및 PHY 인터페이스 신호에 대한 패키지 핀 할당은 5페이지의 표 9를 통해 다음 표에 나와 있습니다.
표 2 • 패키지 핀 할당에 대한 LED
- 출력 패키지 핀
- LED_1 D26
- LED_2 F26
- LED_3 A27
- LED_4 C26
표 3 • 패키지 핀 할당에 대한 DIP 스위치
- 출력 패키지 핀
- 딥1 F25
- 딥2 G25
- 딥3 J23
- 딥4 J22
표 4 • 패키지 핀 할당에 대한 푸시 버튼 스위치
- 출력 패키지 핀
- 스위치1 J25
- 스위치2 H25
- 스위치3 J24
- 스위치4 H23
표 5 • 패키지 핀 할당에 대한 PHY 인터페이스 신호
- 포트 이름 방향 패키지 핀
- PHY_MDC 출력 F3
- PHY_MDIO 입력 K7
- PHY_RST 출력 F2
SoftConsole 펌웨어 프로젝트
독립 실행형 SoftConsole IDE를 사용하여 SoftConsole 프로젝트를 호출합니다. 다음 버전의 스택이 참조 설계에 사용됩니다.
- lwIP TCP 또는 IP 스택 버전 1.3.2
- 모드버스 TCP 서버 버전 1.5(www.freemodbus.org) Modbus TCP 서버로 완전한 기능 코드 지원을 위한 개선 사항 포함
- FreeRTOS(www.freertos.org)
다음 그림은 설계의 SoftConsole 소프트웨어 스택 디렉토리 구조를 보여줍니다.
그림 6 • SoftConsole 프로젝트 탐색기 창
SoftConsole 작업 공간은 Modbus TCP 애플리케이션(lwIP 및 FreeRTOS 사용)이 있는 Modbus_TCP_App 프로젝트와 하드웨어 설계에 해당하는 모든 펌웨어 및 하드웨어 추상화 계층으로 구성됩니다.
다음 그림은 데모에 사용된 드라이버 버전을 보여줍니다.
그림 7 • 데모 디자인 드라이버 버전
데모 디자인 설정
다음 단계에서는 SmartFusion2 고급 개발 키트 보드용 데모를 설정하는 방법을 설명합니다.
- USB A-미니 B 케이블을 사용하여 호스트 PC를 J33 커넥터에 연결합니다. USB 대 범용 비동기 수신기/송신기(UART) 브리지 드라이버가 자동으로 감지됩니다.
- 감지된 XNUMX개의 통신(COM) 포트에서 COM 포트 중 하나를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 속성을 선택합니다. 다음 그림과 같이 선택한 COM 포트 속성 창이 표시됩니다.
- 다음 그림과 같이 속성 창에서 위치가 USB FP5 직렬 변환기 C에 있는지 확인합니다.
메모: 직렬 포트 구성을 위해 COM 포트 번호를 기록하고 COM 포트 위치가 USB FP5 직렬 변환기 C에서와 같이 지정되었는지 확인합니다.
그림 8 • 장치 관리자 창
- USB 드라이버가 자동으로 감지되지 않으면 USB 드라이버를 설치하십시오.
- FTDI 미니 USB 케이블을 통한 직렬 터미널 통신용 FTDI D2XX 드라이버를 설치합니다. 다음에서 드라이버 및 설치 가이드를 다운로드하십시오.
www.microsemi.com/soc/documents/CDM_2.08.24_WHQL_Certified.zip - 다음 표와 같이 SmartFusion2 고급 개발 키트 보드에 점퍼를 연결합니다. 점퍼 위치에 대한 정보는 부록: 점퍼 위치, 19페이지를 참조하십시오.
주의: 점퍼를 연결하기 전에 전원 공급 스위치 SW7을 끕니다.
표 6 • SmartFusion2 고급 개발 키트 점퍼 설정
- 핀에서 주석으로 점퍼 핀
- J116, J353, J354,J54 1 2 고급 개발 키트 보드의 기본 점퍼 설정입니다. 점퍼가
- J123 2 3이 그에 따라 설정됩니다.
- J124, J121, J32 1 2 JTAG FTDI를 통한 프로그래밍
- SmartFusion42 고급 개발 키트 보드의 J2 커넥터에 전원 공급 장치를 연결합니다.
- 이 디자인 전amp파일은 정적 IP 및 동적 IP 모드 모두에서 실행할 수 있습니다. 기본적으로 프로그래밍 files는 동적 IP 모드에 대해 제공됩니다.
- 고정 IP의 경우 호스트 PC를 호스트의 J21 커넥터에 연결합니다.
RJ2 케이블을 사용하는 SmartFusion45 고급 개발 키트 보드. - 동적 IP의 경우 RJ21 케이블을 사용하여 개방형 네트워크 포트 중 하나를 SmartFusion2 고급 개발 키트 보드의 J45 커넥터에 연결합니다.
- 고정 IP의 경우 호스트 PC를 호스트의 J21 커넥터에 연결합니다.
보드 설정 스냅샷
모든 설정 연결이 포함된 SmartFusion2 고급 개발 키트 보드의 스냅샷은 부록: Modbus TCP 참조 설계 실행을 위한 보드 설정, 18페이지에 나와 있습니다.
데모 디자인 실행
다음 단계에서는 데모 디자인을 실행하는 방법을 설명합니다.
- 디자인 다운로드 file 에서:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df - 전원 공급 스위치 SW7을 켭니다.
- 다음과 같은 직렬 터미널 에뮬레이션 프로그램을 시작합니다.
- 하이퍼터미널
- 퍼티
- 테라텀
참고: 이 데모에서는 HyperTerminal이 사용됩니다.
프로그램 구성은 다음과 같습니다. - 통신 속도: 115200
- 8 데이터 비트
- 1 정지 비트
- 패리티 없음
- 흐름 제어 없음
직렬 터미널 에뮬레이션 프로그램 구성에 대한 자세한 내용은 직렬 터미널 에뮬레이션 프로그램 구성을 참조하십시오.
- FlashPro 소프트웨어를 시작합니다.
- 새 프로젝트를 클릭합니다.
- 새 프로젝트 창에서 다음 그림과 같이 프로젝트 이름을 입력합니다.
그림 9 • FlashPro 새 프로젝트
- 찾아보기를 클릭하고 프로젝트를 저장할 위치로 이동합니다.
- 프로그래밍 모드로 단일 장치를 선택합니다.
- 확인을 클릭하여 프로젝트를 저장합니다.
- 장치 구성을 클릭합니다.
- 찾아보기를 클릭하고 Modbus_TCP_top.stp가 있는 위치로 이동합니다. file 위치를 선택하고 file. 기본 위치는 다음과 같습니다.
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\프로그래밍file\Modbus_TCP_top.stp). 필요한 프로그래밍 file 가 선택되고 다음 그림과 같이 장치에서 프로그래밍할 준비가 됩니다.
그림 10 • 구성된 FlashPro 프로젝트
- 프로그램을 클릭하여 장치 프로그래밍을 시작하십시오. 프로그램 통과를 나타내는 메시지가 표시될 때까지 기다리십시오. 이 데모에서는 Modbus 애플리케이션을 활성화하기 위해 애플리케이션 코드로 사전 프로그래밍된 SmartFusion2 장치가 필요합니다. SmartFusion2 장치는 FlashPro 소프트웨어를 사용하여 Modbus_TCP_top.stp로 사전 프로그래밍됩니다.
그림 11 • FlashPro 프로그램 통과
참고: 고정 IP 모드에서 설계를 실행하려면 부록: 고정 IP 모드에서 설계 실행, 20페이지에 언급된 단계를 따르십시오. - SmartFusion2 고급 개발 보드의 전원을 껐다 켭니다.
다음 그림과 같이 하이퍼터미널 창에 IP 주소가 포함된 환영 메시지가 표시됩니다.
그림 12 • IP 주소가 있는 하이퍼터미널
호스트 PC에서 새 명령 프롬프트를 열고 폴더로 이동합니다.
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\HostTool) 여기서
SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe file SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe 명령을 입력합니다. 다음 그림과 같이.
그림 13 • Modbus 클라이언트 호출
다음 그림은 실행 중인 Modbus TCP 기능을 보여줍니다. 기능은 다음과 같습니다.
- 개별 입력 읽기(기능 코드 02)
- 홀딩 레지스터 읽기(기능 코드 03)
- 입력 레지스터 읽기(기능 코드 04)
- 여러 코일 쓰기(기능 코드 15)
그림 14 • Modbus 기능 코드 데모
참조 설계에서 시연된 Modbus 기능에 대한 자세한 내용은 Modbus 기능 실행, page 17을 참조하십시오.
- 데모를 실행한 후 HyperTerminal을 닫습니다.
Modbus 기능 실행
이 섹션에서는 참조 설계에서 시연된 Modbus 기능에 대해 설명합니다.
개별 입력 읽기(기능 코드 02)
GPIO는 4개의 DIP 스위치와 4개의 푸시 버튼 스위치에 연결됩니다. SmartFusion2 고급 개발 키트의 DIP 스위치와 푸시 버튼 스위치를 켜고 끕니다. 개별 입력 기능 코드 읽기는 다음 그림과 같이 스위치의 상태를 표시합니다.
그림 15 • 이산 입력 읽기
홀딩 레지스터 읽기(기능 코드 03)
다음 그림은 펌웨어에 정의된 글로벌 버퍼 데이터를 보여줍니다.
그림 16 • 홀딩 레지스터 읽기
입력 레지스터 읽기(기능 코드 04)
다음 그림은 실시간 카운터(RTC)가 계산한 초 수를 보여줍니다.
그림 17 • 입력 레지스터 읽기
다중 코일 쓰기(기능 코드 0×0F)
다음 그림은 GPIO에 연결된 LED를 토글하기 위한 다중 코일 쓰기 레지스터 데이터를 보여줍니다.
그림 18 • 다중 코일 쓰기
부록: Modbus TCP 참조 설계 실행을 위한 보드 설정
다음 그림은 SmartFusion2 고급 개발 키트 보드에서 참조 설계를 실행하기 위한 보드 설정을 보여줍니다.
그림 19 • SmartFusion2 고급 개발 키트 보드 설정
부록: 점퍼 위치
다음 그림은 SmartFusion2 고급 개발 키트 보드의 점퍼 위치를 보여줍니다.
그림 20 • SmartFusion2 고급 개발 키트 실크스크린 상단 View
메모: 빨간색으로 강조 표시된 점퍼는 기본적으로 설정됩니다. 녹색으로 강조 표시된 점퍼는 수동으로 설정해야 합니다.
메모: 앞의 그림에서 점퍼 위치를 검색할 수 있습니다.
부록: 정적 IP 모드에서 설계 실행
다음 단계에서는 정적 IP 모드에서 설계를 실행하는 방법을 설명합니다.
- SoftConsole 프로젝트의 프로젝트 탐색기 창을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 다음 그림과 같이 속성으로 이동합니다.
그림 21 • SoftConsole 프로젝트의 프로젝트 탐색기 창
- Modbus_TCP_App 속성 창의 도구 설정에서 NET_USE_DHCP 기호를 제거합니다. 다음 그림은 Modbus_TCP_App 속성 창을 보여줍니다.
그림 22 • 프로젝트 탐색기 속성 창
- 장치가 고정 IP 모드로 연결된 경우 보드 고정 IP 주소는 169.254.1.23이며 호스트 TCP/IP 설정을 변경하여 IP 주소를 반영합니다. 다음 그림과 그림 24를 참조하십시오.
그림 23 • 호스트 PC TCP/IP 설정
그림 24 • 정적 IP 주소 설정
메모: 이러한 설정이 구성되면 설계를 컴파일하고 설계를 플래시 메모리에 로드하고 SoftConsole을 사용하여 설계를 실행합니다.
DG0440 데모 가이드 개정판 7.0
문서 / 리소스
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SmartFusion0440 장치에서 Modbus TCP 참조 설계를 실행하는 Microsemi DG2 [PDF 파일] 사용자 가이드 DG0440 SmartFusion2 장치에서 Modbus TCP 참조 설계 실행, DG0440, SmartFusion2 장치에서 Modbus TCP 참조 설계 실행, SmartFusion2 장치에서 설계 |
