Microsemi DG0440 executando projeto de referência Modbus TCP em dispositivos SmartFusion2
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Sobre a Microsemi
A Microsemi Corporation (Nasdaq: MSCC) oferece um portfólio abrangente de soluções de semicondutores e sistemas para os mercados aeroespacial e de defesa, comunicações, data center e industrial. Os produtos incluem circuitos integrados analógicos de sinal misto de alto desempenho e resistentes à radiação, FPGAs, SoCs e ASICs; produtos de gerenciamento de energia; dispositivos de cronometragem e sincronização e soluções precisas de tempo, definindo o padrão mundial de tempo; dispositivos de processamento de voz; soluções de RF; componentes discretos; soluções corporativas de armazenamento e comunicação, tecnologias de segurança e anti-t escalonávelamper produtos; soluções Ethernet; CIs e midspans Power-over-Ethernet; bem como recursos e serviços de design personalizado. A Microsemi está sediada em Aliso Viejo, Califórnia, e tem aproximadamente 4,800 funcionários em todo o mundo. Saiba mais em www.microsemi.com.
Histórico de revisão
O histórico de revisão descreve as alterações que foram implementadas no documento. As alterações são listadas por revisão, começando com a publicação mais atual.
Revisão 7.0
Atualizado o documento para o lançamento do software Libero v11.8.
Revisão 6.0
As seguintes alterações são feitas na revisão 6.0 deste documento.
- Os requisitos de design do Libero SoC, FlashPro e SoftConsole são atualizados em Requisitos de design, página 5.
- Ao longo do guia, os nomes dos projetos do SoftConsole utilizados no design da demonstração e todas as figuras associadas são atualizados.
Revisão 5.0
Atualizado o documento para o lançamento do software Libero v11.7 (SAR 76559).
Revisão 4.0
Atualizado o documento para o lançamento do software Libero v11.6 (SAR 72924).
Revisão 3.0
Atualizado o documento para o lançamento do software Libero v11.5 (SAR 63972).
Revisão 2.0
Atualizado o documento para o lançamento do software Libero v11.3 (SAR 56538).
Revisão 1.0
Atualizado o documento para o lançamento do software Libero v11.2 (SAR 53221).
Executando projeto de referência Modbus TCP em dispositivos SmartFusion2 usando IwIP e FreeRTOS
Introdução
A Microsemi oferece um design de referência para dispositivos FPGA SmartFusion®2 SoC que demonstram o
O controlador de acesso médio Ethernet de três velocidades (TSEMAC) apresenta o SmartFusion2 SoC FPGA e implementa o protocolo Modbus. O design de referência é executado no UG0557: Guia do usuário do kit de desenvolvimento avançado SmartFusion2 SoC FPGA. Este guia de demonstração descreve.
- Uso do SmartFusion2 TSEMAC conectado a uma interface independente de mídia serial gigabit (SGMII) PHY.
- Integração do driver MAC SmartFusion2 com o protocolo de controle de transmissão (TCP) IP leve (IwIP) ou pilha IP e o sistema operacional gratuito em tempo real (RTOS).
- Camada de aplicação com protocolo de automação industrial, Modbus em TCP ou IP.
- Como executar o design de referência
O subsistema microcontrolador (MSS) do SmartFusion2 SoC FPGA possui uma instância do periférico TSEMAC. O TSEMAC pode ser configurado entre o processador host e a rede Ethernet nas seguintes taxas de transferência de dados (velocidades de linha):
- 10 Mbps
- 100 Mbps
- 1000 Mbps
Para obter mais informações sobre a interface TSEMAC para dispositivos SmartFusion2, consulte UG0331: Guia do usuário do subsistema de microcontrolador SmartFusion2.
Usando o protocolo Modbus
Modbus é um protocolo de mensagens da camada de aplicação presente no nível sete do
modelo de interconexão de sistemas abertos (OSI). Permite a comunicação cliente ou servidor entre os dispositivos conectados em diferentes tipos de barramentos ou redes. É um protocolo de serviço que oferece muitos serviços especificados pelos códigos de função. Os códigos de função Modbus são elementos das unidades de dados do protocolo de solicitação ou resposta Modbus. Os componentes do protocolo Modbus incluem:
- TCP ou IP sobre Ethernet
- Transmissão serial assíncrona em uma variedade de mídias
- Arame:
- EIA/TIA-232-E
- EIA-422
- Fibra EIA/TIA-485-A
- Rádio
- Modbus PLUS, uma rede de passagem de tokens de alta velocidade
A figura a seguir descreve as pilhas de comunicação Modbus para diversas redes de comunicação.
Figura 1 • Pilha de comunicação Modbus
Usando o protocolo Modbus no dispositivo SmartFusion2
O servidor Modbus TCP é executado no SmartFusion2 Advanced Development Kit e responde ao cliente Modbus TCP em execução no PC host. A figura a seguir mostra o diagrama de blocos do servidor Modbus TCP e da aplicação no dispositivo SmartFusion2.
Figura 2 • Diagrama de blocos do servidor Modbus TCP e aplicação no 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 projeto
A tabela a seguir lista os requisitos de design de hardware e software.
Tabela 1 • Requisitos e detalhes do projeto de referência
Requisitos de projeto: Descrição
Hardware
- Kit de desenvolvimento avançado SmartFusion2
– Cabo USB A para mini-B
– Adaptador de 12 V
Rev A ou posterior - Cabo Ethernet RJ45
- Qualquer um dos seguintes programas de emulação de terminal serial:
- Hiper terminal
– TeraTerm
– Massa - PC host ou laptop com sistema operacional Windows de 64 bits
Programas
- Libero® System-on-Chip (SoC) v11.8
- SoftConsole v4.0
- Software de programação FlashPro v11.8
- Drivers USB para UART –
- Drivers MSS Ethernet MAC v3.1.100
- Um programa de emulação de terminal serial HyperTerminal, TeraTerm ou PuTTY
- Navegador Mozilla Firefox ou Internet Explorer
Projeto de Demonstração
As seções a seguir descrevem o design de demonstração do design de referência Modbus TCP em dispositivos SmartFusion2 usando IwIP e FreeRTOS.
O projeto de demonstração fileestão disponíveis para download em:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df
O projeto de demonstração files incluem:
- Líbero
- Programação files
- HostTool
- Leia-me
A figura a seguir mostra a estrutura de nível superior do design fileS. Para obter mais informações, consulte o arquivo Leiame.txt file.
Figura 3 • Projeto de Demonstração Files Estrutura de nível superior
Recursos de design de demonstração
O design de referência inclui:
- Projeto Libero SoC Verilog completo
- Projeto de firmware SoftConsole
O design de referência pode suportar os seguintes códigos de função Modbus, dependendo das configurações livres da pilha de comunicações Modbus:
- Ler registros de entrada (código de função 0×04)
- Ler registros de retenção (código de função 0×03)
- Escreva registros únicos (código de função 0×06)
- Escreva vários registros (código de função 0×10)
- Ler ou escrever vários registros (código de função 0×17)
- Ler bobinas (código de função 0×01)
- Escreva bobina única (código de função 0×05)
- Escreva múltiplas bobinas (código de função 0×0F)
- Ler entradas discretas (código de função (0×02)
O design de referência suporta os seguintes códigos de função Modbus para todas as configurações de pilha de comunicações Modbus gratuitas:
- Ler registros de entrada (código de função 0×04)
- Ler entradas discretas (código de função (0×02)
- Escreva múltiplas bobinas (código de função 0×0F)
- Ler registros de retenção (código de função 0×03)
Descrição do projeto de demonstração
O design é implementado usando uma interface SGMII PHY configurando o TSEMAC para a operação da interface de dez bits (TBI). Para obter mais informações sobre a interface TSEMAC TBI, consulte UG0331: Guia do usuário do subsistema de microcontrolador SmartFusion2.
Projeto de Hardware Libero SoC
A figura a seguir mostra a implementação do design de hardware na qual o firmware escravo do design de referência é executado.
Figura 4 • Design de hardware de alto nível do Libero SoC
O projeto de hardware Libero SoC usa os seguintes recursos e IPs SmartFusion2 MSS:
- Interface TSEMAC TBI
- MMUART_0 para comunicações RS-232 no kit de desenvolvimento avançado SmartFusion2
- Pad de entrada dedicado 0 como fonte de clock
- Entrada e saída de uso geral (GPIO) que fazem interface com o seguinte:
- Diodos emissores de luz (LEDs): 4 números
- Botões: 4 números
- Switches de pacote duplo em linha (DIP): 4 números
- Os seguintes recursos da placa estão associados aos comandos Modbus:
- LEDs (bobinas)
- Chaves DIP (entradas discretas)
- Botões de pressão (entradas discretas)
- Relógio em tempo real (RTC) (registros de entrada)
- Interface serial de alta velocidade (SERDESIF) SERDES_IF IP, configurada para SERDESIF_3 EPCS pista 3, veja a figura a seguir. Para saber mais sobre interfaces seriais de alta velocidade, consulte o Guia do usuário das interfaces seriais de alta velocidade UG0447-SmartFusion2 e IGLOO2 FPGA.
A figura a seguir mostra a janela do Configurador de Interface Serial de Alta Velocidade.
Figura 5 • Janela do Configurador de Interface Serial de Alta Velocidade
Atribuições de pinos de pacote
As atribuições de pinos do pacote para LED, chaves DIP, chaves de botão e sinais de interface PHY são mostradas na tabela a seguir até a Tabela 5, página 9.
Tabela 2 • Atribuições de LED para pinos de pacote
- Pino do pacote de saída
- LED_1 D26
- LED_2 F26
- LED_3 A27
- LED_4 C26
Tabela 3 • Atribuições de chaves DIP para pinos de pacote
- Pino do pacote de saída
- DIP1 F25
- DIP2 G25
- DIP3J23
- DIP4J22
Tabela 4 • Atribuições de interruptores de botão para pinos de embalagem
- Pino do pacote de saída
- INTERRUPTOR1 J25
- INTERRUPTOR2 H25
- INTERRUPTOR3 J24
- INTERRUPTOR4 H23
Tabela 5 • Sinais de interface PHY para atribuições de pinos de pacote
- Pin do pacote de direção do nome da porta
- Saída PHY_MDC F3
- Entrada PHY_MDIO K7
- Saída PHY_RST F2
Projeto de Firmware do SoftConsole
Invoque o projeto SoftConsole usando o IDE SoftConsole independente. As seguintes versões da pilha são usadas para o projeto de referência:
- lwIP TCP ou pilha IP versão 1.3.2
- Servidor Modbus TCP versão 1.5 (www.freemodbus.org) com melhorias para suporte completo ao código de função como servidor Modbus TCP
- FreeRTOS (www.freertos.org)
A figura a seguir mostra a estrutura de diretórios das pilhas de software SoftConsole do design.
Figura 6 • Janela do Explorador de Projetos do SoftConsole
O espaço de trabalho do SoftConsole consiste no projeto Modbus_TCP_App que possui a aplicação Modbus TCP (que utiliza lwIP e FreeRTOS) e todas as camadas de abstração de firmware e hardware que correspondem ao design de hardware.
A figura a seguir mostra as versões do driver usadas para a demonstração.
Figura 7 • Versões de driver de design de demonstração
Configurando o Design de Demonstração
As etapas a seguir descrevem como configurar a demonstração para a placa SmartFusion2 Advanced Development Kit:
- Conecte o PC host ao conector J33 usando o cabo USB A para mini-B. Os drivers de ponte USB para receptor/transmissor assíncrono universal (UART) são detectados automaticamente.
- Nas quatro portas de comunicação (COM) detectadas, clique com o botão direito em qualquer uma das portas COM e selecione Propriedades. A janela de propriedades da porta COM selecionada é exibida, conforme mostrado na figura a seguir.
- Certifique-se de ter o local como em USB FP5 Serial Converter C na janela Propriedades, conforme mostrado na figura a seguir.
Observação: Anote o número da porta COM para configuração da porta serial e certifique-se de que o local da porta COM esteja especificado como em USB FP5 Serial Converter C.
Figura 8 • Janela Gerenciador de Dispositivos
- Instale o driver USB se os drivers USB não forem detectados automaticamente.
- Instale o driver FTDI D2XX para comunicação de terminal serial através do cabo mini USB FTDI. Baixe os drivers e o guia de instalação em:
www.microsemi.com/soc/documents/CDM_2.08.24_WHQL_Certified.zip - Conecte os jumpers na placa do kit de desenvolvimento avançado SmartFusion2 conforme mostrado na tabela a seguir. Para obter informações sobre a localização dos jumpers, consulte o Apêndice: Locais dos jumpers, página 19.
CUIDADO: DESLIGUE o interruptor da fonte de alimentação, SW7, antes de fazer as conexões dos jumpers.
Tabela 6 • Configurações de jumper do kit de desenvolvimento avançado SmartFusion2
- Pino de jumper do pino aos comentários
- J116, J353, J354,J54 1 2 Estas são as configurações de jumper padrão da placa do Advanced Development Kit. Certifique-se de que os jumpers
- J123 2 3 são definidos de acordo.
- J124, J121, J32 1 2 JTAG programação via FTDI
- Conecte a fonte de alimentação ao conector J42 na placa do SmartFusion2 Advanced Development Kit.
- Este projeto exampO arquivo pode ser executado nos modos IP estático e IP dinâmico. Por padrão, a programação files são fornecidos para o modo IP dinâmico.
- Para IP estático, conecte o PC host ao conector J21 do
Placa SmartFusion2 Advanced Development Kit usando um cabo RJ45. - Para IP dinâmico, conecte qualquer uma das portas de rede abertas ao conector J21 da placa SmartFusion2 Advanced Development Kit usando um cabo RJ45.
- Para IP estático, conecte o PC host ao conector J21 do
Instantâneo de configuração da placa
Instantâneos da placa do kit de desenvolvimento avançado SmartFusion2 com todas as conexões de configuração são fornecidos no Apêndice: Configuração da placa para executar o projeto de referência Modbus TCP, página 18.
Executando o projeto de demonstração
As etapas a seguir descrevem como executar o design de demonstração:
- Baixe o projeto file de:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df - Ligue o interruptor da fonte de alimentação, SW7.
- Inicie qualquer programa de emulação de terminal serial, como:
- HiperTerminal
- Massa de vidraceiro
- TeraTerm
Nota: Nesta demonstração o HyperTerminal é usado.
A configuração do programa é: - Taxa de transmissão: 115200
- 8 bits de dados
- 1 bit de parada
- Sem paridade
- Sem controle de fluxo
Para obter informações sobre como configurar os programas de emulação de terminal serial, consulte Configurando programas de emulação de terminal serial.
- Inicie o software FlashPro.
- Clique em Novo Projeto.
- Na janela Novo Projeto, insira o Nome do Projeto, conforme mostrado na figura a seguir.
Figura 9 • Novo Projeto FlashPro
- Clique em Procurar e navegue até o local onde deseja salvar o projeto.
- Selecione Dispositivo único como modo de programação.
- Clique em OK para salvar o projeto.
- Clique em Configurar dispositivo.
- Clique em Procurar e navegue até o local onde o Modbus_TCP_top.stp file está localizado e selecione o file. A localização padrão é:
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\Programaçãofile\Modbus_TCP_top.stp). A programação necessária file está selecionado e pronto para ser programado no dispositivo conforme mostrado na figura a seguir.
Figura 10 • Projeto FlashPro configurado
- Clique em PROGRAMAR para iniciar a programação do dispositivo. Aguarde até que uma mensagem seja exibida indicando que o programa foi aprovado. Esta demonstração requer que o dispositivo SmartFusion2 seja pré-programado com o código do aplicativo para ativar o aplicativo Modbus. O dispositivo SmartFusion2 é pré-programado com Modbus_TCP_top.stp usando o software FlashPro.
Figura 11 • Programa FlashPro aprovado
Nota: Para executar o projeto no modo IP estático, siga as etapas mencionadas no Apêndice: Executando o projeto no modo IP estático, página 20. - Desligue e ligue a placa de desenvolvimento avançado SmartFusion2.
Uma mensagem de boas-vindas com o endereço IP é exibida na janela do HyperTerminal, conforme mostrado na figura a seguir.
Figura 12 • HyperTerminal com endereço IP
Abra um novo prompt de comando no PC host, vá para a pasta
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\HostTool) onde
SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe file estiver presente, digite o comando: SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe conforme mostrado na figura a seguir.
Figura 13 • Invocando o Cliente Modbus
A figura a seguir mostra as funções do Modbus TCP em execução. As funções são:
- Ler entradas discretas (código de função 02)
- Ler registros de retenção (código de função 03)
- Ler registros de entrada (código de função 04)
- Escreva múltiplas bobinas (código de função 15)
Figura 14 • Demonstração dos códigos funcionais Modbus
Consulte Executando funções Modbus, página 17 para obter mais informações sobre as funções Modbus demonstradas no projeto de referência.
- Após executar a demonstração, feche o HyperTerminal.
Executando funções Modbus
Esta seção descreve as funções Modbus demonstradas no projeto de referência.
Ler entradas discretas (código de função 02)
GPIOs são conectados a 4 interruptores DIP e 4 interruptores de botão. LIGUE e DESLIGUE os interruptores DIP e os interruptores de botão no SmartFusion2 Advanced Development Kit. O código funcional de leitura de entradas discretas exibe os status dos interruptores conforme mostrado na figura a seguir.
Figura 15 • Leitura de entradas discretas
Ler registros de retenção (código de função 03)
A figura a seguir mostra os dados do buffer global definidos no firmware.
Figura 16 • Leitura de registros de retenção
Ler registros de entrada (código de função 04)
A figura a seguir mostra o número de segundos que o contador em tempo real (RTC) contou.
Figura 17 • Leitura de registros de entrada
Escreva múltiplas bobinas (código de função 0×0F)
A figura a seguir mostra os dados do registro Write Multiple Coils para alternar os LEDs conectados aos GPIOs.
Figura 18 • Gravação de múltiplas bobinas
Apêndice: Configuração da placa para execução do projeto de referência Modbus TCP
A figura a seguir mostra a configuração da placa para executar o projeto de referência na placa SmartFusion2 Advanced Development Kit.
Figura 19 • Configuração da placa do kit de desenvolvimento avançado SmartFusion2
Apêndice: Locais dos Jumpers
A figura a seguir mostra a localização dos jumpers na placa do SmartFusion2 Advanced Development Kit.
Figura 20 • Parte superior da serigrafia do kit de desenvolvimento avançado SmartFusion2 View
Observação: Os jumpers destacados em vermelho são definidos por padrão. Os jumpers destacados em verde devem ser configurados manualmente.
Observação: A localização dos jumpers na figura anterior pode ser pesquisada.
Apêndice: Executando o projeto no modo IP estático
As etapas a seguir descrevem como executar o projeto no modo IP estático:
- Clique com o botão direito na janela Project Explorer do projeto SoftConsole e vá para Propriedades conforme mostrado na figura a seguir.
Figura 21 • Janela Project Explorer do projeto SoftConsole
- Remova o símbolo NET_USE_DHCP em Tool Settings da janela Properties for Modbus_TCP_App. A figura a seguir mostra a janela Propriedades do Modbus_TCP_App.
Figura 22 • Janela de propriedades do Project Explorer
- Se o dispositivo estiver conectado no modo IP estático, o endereço IP estático da placa será 169.254.1.23 e, em seguida, altere as configurações de TCP/IP do host para refletir o endereço IP. Veja a figura a seguir e a Figura 24,
Figura 23 • Configurações TCP/IP do PC host
Figura 24 • Configurações de endereço IP estático
Observação: Quando essas configurações estiverem definidas, compile o projeto, carregue-o na memória Flash e execute o projeto usando o SoftConsole.
DG0440 Guia de Demonstração Revisão 7.0
Documentos / Recursos
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Microsemi DG0440 executando projeto de referência Modbus TCP em dispositivos SmartFusion2 [pdf] Guia do Usuário DG0440 Executando Design de Referência Modbus TCP em Dispositivos SmartFusion2, DG0440, Executando Design de Referência Modbus TCP em Dispositivos SmartFusion2, Design em Dispositivos SmartFusion2 |
