Microsemi DG0440 care rulează proiectare de referință Modbus TCP pe dispozitive SmartFusion2
Sediul Microsemi Corporate
One Enterprise, Aliso Viejo,
CA 92656 SUA
În SUA: +1 800-713-4113
În afara SUA: +1 949-380-6100
Fax: +1 949-215-4996
E-mail: sales.support@microsemi.com
www.microsemi.com
© 2017 Microsemi Corporation. Toate drepturile rezervate. Microsemi și sigla Microsemi sunt mărci comerciale ale Microsemi Corporation. Toate celelalte mărci comerciale și mărci de servicii sunt proprietatea deținătorilor respectivi
Microsemi nu oferă nicio garanție, reprezentare sau garanție cu privire la informațiile conținute aici sau adecvarea produselor și serviciilor sale pentru un anumit scop și nici Microsemi nu își asumă nicio răspundere care decurge din aplicarea sau utilizarea oricărui produs sau circuit. Produsele vândute mai jos și orice alte produse vândute de Microsemi au fost supuse unor teste limitate și nu trebuie utilizate împreună cu echipamente sau aplicații esențiale. Se consideră că orice specificații de performanță sunt de încredere, dar nu sunt verificate, iar Cumpărătorul trebuie să efectueze și să finalizeze toate testele de performanță și alte teste ale produselor, singure și împreună cu sau instalate în orice produs final. Cumpărătorul nu se va baza pe date și specificații de performanță sau parametri furnizați de Microsemi. Este responsabilitatea Cumpărătorului să determine în mod independent caracterul adecvat al oricărui produs și să le testeze și să le verifice. Informațiile furnizate de Microsemi mai jos sunt furnizate „ca atare, unde se află” și cu toate defecțiunile, iar întregul risc asociat cu astfel de informații revine în totalitate Cumpărătorului. Microsemi nu acordă, în mod explicit sau implicit, niciunei părți niciun drept de brevet, licență sau orice alte drepturi de proprietate intelectuală, indiferent dacă se referă la astfel de informații în sine sau la orice lucru descris de astfel de informații. Informațiile furnizate în acest document sunt proprietatea Microsemi, iar Microsemi își rezervă dreptul de a face orice modificări ale informațiilor din acest document sau ale oricăror produse și servicii în orice moment, fără notificare.
Despre Microsemi
Microsemi Corporation (Nasdaq: MSCC) oferă un portofoliu cuprinzător de soluții de sisteme și semiconductori pentru industria aerospațială și apărare, comunicații, centre de date și piețe industriale. Produsele includ circuite integrate analogice cu semnal mixt de înaltă performanță și întărite la radiații, FPGA, SoC și ASIC; produse de management al energiei; dispozitive de cronometrare și sincronizare și soluții de timp precise, stabilind standardul mondial pentru timp; Dispozitive de procesare a vocii; soluții RF; componente discrete; soluții de stocare și comunicații pentru întreprinderi, tehnologii de securitate și anti-t scalabileamper produse; soluții Ethernet; Circuite integrate și midspan-uri Power-over-Ethernet; precum și capabilități și servicii de design personalizat. Microsemi are sediul în Aliso Viejo, California, și are aproximativ 4,800 de angajați la nivel global. Aflați mai multe la www.microsemi.com.
Istoricul revizuirilor
Istoricul revizuirilor descrie modificările care au fost implementate în document. Modificările sunt listate după revizuire, începând cu cea mai recentă publicație.
Revizia 7.0
S-a actualizat documentul pentru lansarea software-ului Libero v11.8.
Revizia 6.0
Următoarele modificări sunt efectuate în versiunea 6.0 a acestui document.
- Cerințele de proiectare Libero SoC, FlashPro și SoftConsole sunt actualizate în Cerințe de proiectare, pagina 5.
- De-a lungul ghidului, numele proiectelor SoftConsole utilizate în proiectarea demonstrativă și toate figurile asociate sunt actualizate.
Revizia 5.0
S-a actualizat documentul pentru versiunea software Libero v11.7 (SAR 76559).
Revizia 4.0
S-a actualizat documentul pentru versiunea software Libero v11.6 (SAR 72924).
Revizia 3.0
S-a actualizat documentul pentru versiunea software Libero v11.5 (SAR 63972).
Revizia 2.0
S-a actualizat documentul pentru versiunea software Libero v11.3 (SAR 56538).
Revizia 1.0
S-a actualizat documentul pentru versiunea software Libero v11.2 (SAR 53221).
Rularea Modbus TCP Reference Design pe dispozitive SmartFusion2 folosind IwIP și FreeRTOS
Introducere
Microsemi oferă un design de referință pentru dispozitivele SmartFusion®2 SoC FPGA care demonstrează
Controlerul de acces mediu Ethernet cu trei viteze (TSEMAC) are caracteristicile SmartFusion2 SoC FPGA și implementează protocolul Modbus. Designul de referință rulează pe UG0557: Ghidul utilizatorului SmartFusion2 SoC FPGA Advanced Development Kit. Acest ghid demonstrativ descrie.
- Utilizarea SmartFusion2 TSEMAC conectat la o interfață serial gigabit media independent (SGMII) PHY.
- Integrarea driverului SmartFusion2 MAC cu protocolul de control al transmisiei IP (IwIP) ușor (TCP) sau stiva IP și sistemul de operare gratuit în timp real (RTOS).
- Strat de aplicație cu protocol de automatizare industrială, Modbus pe TCP sau IP.
- Cum să rulați designul de referință
Subsistemul de microcontroler (MSS) al FPGA SmartFusion2 SoC are o instanță a perifericului TSEMAC. TSEMAC poate fi configurat între procesorul gazdă și rețeaua Ethernet la următoarele rate de transfer de date (viteze de linie):
- 10 Mbps
- 100 Mbps
- 1000 Mbps
Pentru mai multe informații despre interfața TSEMAC pentru dispozitivele SmartFusion2, consultați Ghidul utilizatorului UG0331: SmartFusion2 Microcontroller Subsystem.
Folosind protocolul Modbus
Modbus este un protocol de mesagerie la nivel de aplicație prezent la nivelul șapte al
model de interconectare a sistemelor deschise (OSI). Permite comunicarea client sau server între dispozitivele conectate în diferite tipuri de autobuze sau rețele. Este un protocol de servicii care oferă multe servicii specificate de codurile de funcție. Codurile de funcție Modbus sunt elemente ale unităților de date pentru cererea sau răspunsul protocolului Modbus. Componentele protocolului Modbus includ:
- TCP sau IP prin Ethernet
- Transmitere serială asincronă pe o varietate de medii
- Sârmă:
- EIA/TIA-232-E
- EIA-422
- Fibră EIA/TIA-485-A
- Radio
- Modbus PLUS, o rețea de trecere de jetoane de mare viteză
Următoarea figură descrie stivele de comunicații Modbus pentru diferite rețele de comunicații.
Figura 1 • Stiva de comunicații Modbus
Utilizarea protocolului Modbus pe dispozitivul SmartFusion2
Serverul Modbus TCP rulează pe kitul de dezvoltare avansat SmartFusion2 și răspunde la clientul Modbus TCP care rulează pe computerul gazdă. Următoarea figură prezintă schema bloc a serverului Modbus TCP și a aplicației de pe dispozitivul SmartFusion2.
Figura 2 • Diagrama bloc a serverului Modbus TCP și a aplicației pe SmartFusion2
| 0RGEXV 7&3 $SSOLFDWLRQ | 0RGEXV 7&3 6HUYHU |
| ,Z,3 7&3 RU ,3 6WDFN | |
| )UHH5726 | )LUPZDUH |
| 6PDUW)XVLRQ2 $GYDQFHG 'HYHORSPHQW .LW (+:) | |
Cerințe de proiectare
Următorul tabel listează cerințele de proiectare hardware și software.
Tabelul 1 • Cerințe și detalii privind proiectarea de referință
Cerințe de proiectare: Descriere
Hardware
- Kit de dezvoltare avansată SmartFusion2
- Cablu USB A la mini-B
– adaptor 12 V
Rev A sau mai târziu - Cablu Ethernet RJ45
- Oricare dintre următoarele programe de emulare a terminalului serial:
– HyperTerminal
– TeraTerm
– Chit - PC gazdă sau laptop Sistem de operare Windows pe 64 de biți
Software
- Libero® System-on-Chip (SoC) v11.8
- SoftConsole v4.0
- Software de programare FlashPro v11.8
- Drivere USB la UART -
- Drivere MSS Ethernet MAC v3.1.100
- Un program de emulare a terminalului serial HyperTerminal, TeraTerm sau PuTTY
- Browser Mozilla Firefox sau Internet Explorer
Proiectare Demo
Următoarele secțiuni descriu designul demonstrativ al designului de referință Modbus TCP pe dispozitivele SmartFusion2 care utilizează IwIP și FreeRTOS.
Designul demonstrativ filesunt disponibile pentru descărcare la:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df
Designul demonstrativ fileinclud:
- Libero
- Programare files
- HostTool
- Citește-mă
Următoarea figură arată structura de nivel superior a designului files. Pentru mai multe informații, consultați fișierul Readme.txt file.
Figura 3 • Proiectare Demo Files Structura de nivel superior
Caracteristici de proiectare demo
Designul de referință include:
- Finalizați proiectul Libero SoC Verilog
- Proiect de firmware SoftConsole
Designul de referință poate suporta următoarele coduri de funcție Modbus, în funcție de setările stivei de comunicații Modbus gratuite:
- Citiți registrele de intrare (codul funcției 0×04)
- Citiți registrele de reținere (codul funcției 0×03)
- Scrieți registre unice (codul funcției 0×06)
- Scrieți mai multe registre (codul funcției 0×10)
- Citiți sau scrieți mai multe registre (cod funcție 0×17)
- Citiți bobine (cod funcție 0×01)
- Scriere bobină simplă (cod funcție 0×05)
- Scrieți mai multe bobine (codul funcției 0×0F)
- Citiți intrări discrete (cod funcție (0×02)
Designul de referință acceptă următoarele coduri de funcție Modbus pentru toate setările gratuite ale stivei de comunicații Modbus:
- Citiți registrele de intrare (codul funcției 0×04)
- Citiți intrări discrete (cod funcție (0×02)
- Scrieți mai multe bobine (codul funcției 0×0F)
- Citiți registrele de reținere (codul funcției 0×03)
Descriere Demo Design
Designul este implementat folosind o interfață SGMII PHY prin configurarea TSEMAC pentru operarea interfeței pe zece biți (TBI). Pentru mai multe informații despre interfața TSEMAC TBI, consultați Ghidul utilizatorului UG0331: SmartFusion2 Microcontroller Subsystem User Guide.
Proiectul hardware Libero SoC
Următoarea figură arată implementarea designului hardware pe care rulează firmware-ul slave de proiectare de referință.
Figura 4 • Design hardware de nivel superior Libero SoC
Proiectul hardware Libero SoC utilizează următoarele resurse și adrese IP SmartFusion2 MSS:
- Interfață TSEMAC TBI
- MMUART_0 pentru comunicații RS-232 pe setul de dezvoltare avansată SmartFusion2
- Pad de intrare dedicat 0 ca sursă de ceas
- Intrare și ieșire de uz general (GPIO) care interfață următoarele:
- Diode emițătoare de lumină (LED-uri): 4 numere
- Butoane: 4 numere
- Comutatoare DIP (dual in-line package): 4 numere
- Următoarele resurse de placă sunt asociate cu comenzile Modbus:
- LED-uri (bobine)
- Comutatoare DIP (intrari discrete)
- Butoane (intrari discrete)
- Ceas în timp real (RTC) (registri de intrare)
- Interfață serială de mare viteză (SERDESIF) SERDES_IF IP, configurată pentru banda 3 EPCS SERDESIF_3, vezi figura următoare. Pentru a afla mai multe despre interfețele seriale de mare viteză, consultați Ghidul utilizatorului pentru interfețele seriale de mare viteză UG0447-SmartFusion2 și IGLOO2 FPGA.
Următoarea figură arată fereastra Configurator de interfață serială de mare viteză.
Figura 5 • Fereastra de configurare a interfeţei seriale de mare viteză
Atribuirea PIN-ului pachetului
Atribuțiile pinii pachetului pentru LED-uri, comutatoarele DIP, comutatoarele cu buton și semnalele de interfață PHY sunt prezentate în tabelul următor, prin Tabelul 5, pagina 9.
Tabelul 2 • Atribuirea pinii LED la pachet
- Pin pachet de ieșire
- LED_1 D26
- LED_2 F26
- LED_3 A27
- LED_4 C26
Tabelul 3 • Întrerupătoarele DIP Atribuirea pinii pachetului
- Pin pachet de ieșire
- DIP1 F25
- DIP2 G25
- DIP3 J23
- DIP4 J22
Tabelul 4 • Întrerupătoare cu buton pentru alocarea pinii pachetului
- Pin pachet de ieșire
- COMUTATOR 1 J25
- COMUTATOR 2 H25
- COMUTATOR 3 J24
- COMUTATOR 4 H23
Tabelul 5 • Semnalele interfeței PHY pentru asignările pinii pachetului
- Port Nume Direcție Pin pachet
- PHY_MDC Ieșire F3
- Intrare PHY_MDI K7
- PHY_RST Ieșire F2
Proiectul de firmware SoftConsole
Invocați proiectul SoftConsole folosind IDE autonom SoftConsole. Următoarele versiuni ale stivei sunt utilizate pentru proiectarea de referință:
- lwIP TCP sau stiva IP versiunea 1.3.2
- Server Modbus TCP versiunea 1.5 (www.freemodbus.org) cu îmbunătățiri pentru suportul complet al codului de funcție ca server Modbus TCP
- FreeRTOS (www.freetos.org)
Următoarea figură arată structura de directoare a stivelor software SoftConsole a designului.
Figura 6 • Fereastra SoftConsole Project Explorer
Spațiul de lucru SoftConsole constă din proiectul, Modbus_TCP_App care are aplicația Modbus TCP (care folosește lwIP și FreeRTOS) și toate straturile de abstractizare firmware și hardware care corespund designului hardware.
Următoarea figură arată versiunile de driver utilizate pentru demo.
Figura 7 • Versiuni Demo Design Driver
Configurarea designului demonstrativ
Următorii pași descriu cum să configurați demonstrația pentru placa SmartFusion2 Advanced Development Kit:
- Conectați computerul gazdă la conectorul J33 folosind cablul USB A la mini-B. Driverele de punte USB la receptor/transmițător asincron universal (UART) sunt detectate automat.
- Din cele patru porturi de comunicație (COM) detectate, faceți clic dreapta pe oricare dintre porturile COM și selectați Proprietăți. Fereastra de proprietăți ale portului COM selectat este afișată, așa cum se arată în figura următoare.
- Asigurați-vă că aveți Locația ca pe USB FP5 Serial Converter C în fereastra Proprietăți, așa cum se arată în figura următoare.
Nota: Notați numărul portului COM pentru configurarea portului serial și asigurați-vă că locația portului COM este specificată ca pe USB FP5 Serial Converter C.
Figura 8 • Fereastra Device Manager
- Instalați driverul USB dacă driverele USB nu sunt detectate automat.
- Instalați driverul FTDI D2XX pentru comunicarea cu terminalul serial prin cablul mini USB FTDI. Descărcați driverele și ghidul de instalare de la:
www.microsemi.com/soc/documents/CDM_2.08.24_WHQL_Certified.zip - Conectați jumperii pe placa SmartFusion2 Advanced Development Kit, așa cum se arată în tabelul următor. Pentru informații despre locațiile jumper-urilor, consultați Anexa: Jumper Locations, pagina 19.
ATENŢIE: Opriți întrerupătorul de alimentare, SW7, înainte de a efectua conexiunile prin jumper.
Tabelul 6 • Setări Jumper Kit de dezvoltare avansată SmartFusion2
- Pin Jumper De la Pin La Comentarii
- J116, J353, J354,J54 1 2 Acestea sunt setările implicite de jumper ale plăcii Advanced Development Kit. Asigurați-vă că jumperii
- J123 2 3 sunt setate în mod corespunzător.
- J124, J121, J32 1 2 JTAG programare prin FTDI
- Conectați sursa de alimentare la conectorul J42 din placa SmartFusion2 Advanced Development Kit.
- Acest design exampfișierul poate rula atât în mod IP static, cât și IP dinamic. Implicit, programare filesunt furnizate pentru modul IP dinamic.
- Pentru IP static, conectați computerul gazdă la conectorul J21 al
Placă SmartFusion2 Advanced Development Kit folosind un cablu RJ45. - Pentru IP dinamic, conectați oricare dintre porturile de rețea deschise la conectorul J21 al plăcii SmartFusion2 Advanced Development Kit folosind un cablu RJ45.
- Pentru IP static, conectați computerul gazdă la conectorul J21 al
Instantaneu de configurare a plăcii
Instantanee ale plăcii SmartFusion2 Advanced Development Kit cu toate conexiunile de configurare sunt prezentate în Anexa: Configurarea plăcii pentru rularea designului de referință Modbus TCP, pagina 18.
Rularea Proiectului Demo
Următorii pași descriu cum să rulați designul demonstrativ:
- Descărcați designul file din:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df - Porniți comutatorul de alimentare, SW7.
- Porniți orice program de emulare a terminalului serial, cum ar fi:
- HyperTerminal
- Chit
- TeraTerm
Notă: În această demonstrație este utilizat HyperTerminal.
Configurația pentru program este: - Rata baud: 115200
- 8 biți de date
- 1 Bit de oprire
- Fără paritate
- Fără control al debitului
Pentru informații despre configurarea programelor de emulare a terminalului serial, consultați Configurarea programelor de emulare a terminalului serial.
- Lansați software-ul FlashPro.
- Faceți clic pe Proiect nou.
- În fereastra Proiect nou, introduceți Numele proiectului, așa cum se arată în figura următoare.
Figura 9 • Proiect nou FlashPro
- Faceți clic pe Răsfoire și navigați la locația în care doriți să salvați proiectul.
- Selectați Un singur dispozitiv ca mod de programare.
- Faceți clic pe OK pentru a salva proiectul.
- Faceți clic pe Configurare dispozitiv.
- Faceți clic pe Răsfoire și navigați la locația în care se află Modbus_TCP_top.stp file este localizat și selectați file. Locația implicită este:
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\Programmingfile\Modbus_TCP_top.stp). Programarea necesară file este selectat și este gata pentru a fi programat în dispozitiv, așa cum se arată în figura următoare.
Figura 10 • Proiectul FlashPro Configurat
- Faceți clic pe PROGRAM pentru a începe programarea dispozitivului. Așteptați până când este afișat un mesaj care indică faptul că programul a trecut. Această demonstrație necesită ca dispozitivul SmartFusion2 să fie preprogramat cu codul aplicației pentru a activa aplicația Modbus. Dispozitivul SmartFusion2 este preprogramat cu Modbus_TCP_top.stp folosind software-ul FlashPro.
Figura 11 • Programul FlashPro a fost trecut
Notă: Pentru a rula proiectarea în modul IP static, urmați pașii menționați în Anexă: Rularea proiectării în modul IP static, pagina 20. - Porniți și porniți placa de dezvoltare avansată SmartFusion2.
Un mesaj de bun venit cu adresa IP este afișat în fereastra HyperTerminal, așa cum se arată în figura următoare.
Figura 12 • HyperTerminal cu adresă IP
Deschideți o nouă linie de comandă pe computerul gazdă, accesați folderul
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\HostTool) unde
SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe file este prezent, introduceți comanda: SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe după cum se arată în figura următoare.
Figura 13 • Invocarea clientului Modbus
Următoarea figură prezintă funcțiile Modbus TCP care rulează. Functiile sunt:
- Citiți intrări discrete (cod funcție 02)
- Citiți registrele de deținere (codul funcției 03)
- Citiți registrele de intrare (codul funcției 04)
- Scrieți mai multe bobine (codul funcției 15)
Figura 14 • Demonstrarea codurilor funcționale Modbus
Consultați Funcțiile Modbus de rulare, pagina 17 pentru mai multe informații despre funcțiile Modbus care sunt demonstrate în proiectul de referință.
- După rularea demo-ului, închideți HyperTerminal.
Rularea funcțiilor Modbus
Această secțiune descrie funcțiile Modbus care sunt demonstrate în proiectul de referință.
Citiți intrări discrete (cod funcție 02)
GPIO-urile sunt conectate la 4 comutatoare DIP și la 4 comutatoare cu buton. Porniți și opriți comutatoarele DIP și comutatoarele cu buton de pe kitul de dezvoltare avansată SmartFusion2. Codul funcțional de citire a intrărilor discrete afișează stările comutatoarelor așa cum se arată în figura următoare.
Figura 15 • Citiți intrări discrete
Citiți registrele de deținere (codul funcției 03)
Următoarea figură arată datele tampon globale definite în firmware.
Figura 16 • Citiți registrele de păstrare
Citiți registrele de intrare (cod funcție 04)
Următoarea figură arată numărul de secunde pe care le-a numărat contorul în timp real (RTC).
Figura 17 • Citiți registrele de intrare
Scrieți bobine multiple (codul funcției 0×0F)
Următoarea figură arată datele registrului Write Multiple Coils pentru comutarea LED-urilor conectate la GPIO-uri.
Figura 18 • Scrieți bobine multiple
Anexă: Configurarea plăcii pentru rularea designului de referință Modbus TCP
Următoarea figură arată configurarea plăcii pentru rularea designului de referință pe placa SmartFusion2 Advanced Development Kit.
Figura 19 • SmartFusion2 Advanced Development Kit Board Setup
Anexă: Locațiile jumperilor
Următoarea figură arată locațiile jumper-urilor de pe placa SmartFusion2 Advanced Development Kit.
Figura 20 • SmartFusion2 Advanced Development Kit Silkscreen Top View
Nota: Jumperele evidențiate în roșu sunt setate în mod implicit. Jumperele evidențiate în verde trebuie setate manual.
Nota: Locația jumperilor din figura anterioară poate fi căutată.
Anexă: Rularea designului în modul IP Static
Următorii pași descriu cum să rulați designul în modul IP static:
- Faceți clic dreapta pe fereastra Project Explorer a proiectului SoftConsole și mergeți la Proprietăți așa cum se arată în figura următoare.
Figura 21 • Fereastra Project Explorer a proiectului SoftConsole
- Eliminați simbolul NET_USE_DHCP din Setările instrumentului din fereastra Proprietăți pentru Modbus_TCP_App. Următoarea figură arată fereastra Proprietăți pentru Modbus_TCP_App.
Figura 22 • Fereastra Proprietăţi Explorarea Proiectului
- Dacă dispozitivul este conectat în modul IP static, adresa IP statică a plăcii este 169.254.1.23, apoi modificați setările TCP/IP gazdă pentru a reflecta adresa IP. Vedeți următoarea figură și Figura 24,
Figura 23 • Setări TCP/IP PC gazdă
Figura 24 • Setări pentru adresa IP statică
Nota: Când aceste setări sunt configurate, compilați designul, încărcați designul în memoria Flash și rulați designul folosind SoftConsole.
Ghid demonstrativ DG0440 Revizia 7.0
Documente/Resurse
 |
Microsemi DG0440 care rulează proiectare de referință Modbus TCP pe dispozitive SmartFusion2 [pdfGhid de utilizare DG0440 care rulează proiectare de referință Modbus TCP pe dispozitive SmartFusion2, DG0440, proiectare de referință Modbus TCP care rulează pe dispozitive SmartFusion2, proiectare pe dispozitive SmartFusion2 |
