Microsemi DG0440 Kör Modbus TCP-referensdesign på SmartFusion2-enheter
Microsemis huvudkontor
One Enterprise, Aliso Viejo,
CA 92656 USA
Inom USA: +1 800-713-4113
Utanför USA: +1 949-380-6100
Fax: +1 949-215-4996
E-post: sales.support@microsemi.com
www.microsemi.com
© 2017 Microsemi Corporation. Alla rättigheter förbehållna. Microsemi och Microsemi-logotypen är varumärken som tillhör Microsemi Corporation. Alla andra varumärken och servicemärken tillhör sina respektive ägare
Microsemi lämnar inga garantier, representationer eller garantier avseende informationen häri eller lämpligheten av dess produkter och tjänster för något särskilt ändamål, och Microsemi tar inte heller något ansvar som uppstår till följd av tillämpningen eller användningen av någon produkt eller krets. Produkterna som säljs nedan och alla andra produkter som säljs av Microsemi har varit föremål för begränsade tester och bör inte användas tillsammans med verksamhetskritisk utrustning eller applikationer. Eventuella prestandaspecifikationer anses vara tillförlitliga men är inte verifierade, och köparen måste utföra och slutföra alla prestanda- och andra tester av produkterna, ensam och tillsammans med, eller installerade i, eventuella slutprodukter. Köparen ska inte förlita sig på några data och prestandaspecifikationer eller parametrar som tillhandahålls av Microsemi. Det är köparens ansvar att självständigt avgöra lämpligheten för alla produkter och att testa och verifiera densamma. Informationen som tillhandahålls av Microsemi nedan tillhandahålls "i befintligt skick, var är" och med alla fel, och hela risken förknippad med sådan information ligger helt och hållet hos köparen. Microsemi ger inte, uttryckligen eller underförstått, till någon part några patenträttigheter, licenser eller andra IP-rättigheter, vare sig det gäller sådan information i sig eller något som beskrivs i sådan information. Informationen som tillhandahålls i detta dokument ägs av Microsemi, och Microsemi förbehåller sig rätten att göra ändringar av informationen i detta dokument eller till produkter och tjänster när som helst utan föregående meddelande.
Om Microsemi
Microsemi Corporation (Nasdaq: MSCC) erbjuder en omfattande portfölj av halvledar- och systemlösningar för flyg- och försvars-, kommunikations-, datacenter- och industrimarknader. Produkterna inkluderar högpresterande och strålningshärdade analoga integrerade kretsar med blandade signaler, FPGA, SoC och ASIC; Power Management produkter; timing- och synkroniseringsenheter och exakta tidslösningar, sätter världens standard för tid; röstbehandlingsanordningar; RF-lösningar; diskreta komponenter; företagslagrings- och kommunikationslösningar, säkerhetsteknologier och skalbar anti-tamper produkter; Ethernet-lösningar; Power-over-Ethernet IC och midspans; samt anpassade designmöjligheter och tjänster. Microsemi har sitt huvudkontor i Aliso Viejo, Kalifornien, och har cirka 4,800 XNUMX anställda globalt. Läs mer på www.microsemi.com.
Revisionshistorik
Revisionshistoriken beskriver de ändringar som implementerades i dokumentet. Ändringarna listas efter revidering, med början i den senaste publikationen.
Revision 7.0
Uppdaterade dokumentet för Libero v11.8 mjukvaruversionen.
Revision 6.0
Följande ändringar görs i version 6.0 av detta dokument.
- Libero SoC, FlashPro och SoftConsole designkrav uppdateras i Design Requirements, sidan 5.
- Genom hela guiden uppdateras namnen på SoftConsole-projekt som används i demodesignen och alla tillhörande figurer.
Revision 5.0
Uppdaterade dokumentet för Libero v11.7 mjukvaruversionen (SAR 76559).
Revision 4.0
Uppdaterade dokumentet för Libero v11.6 mjukvaruversionen (SAR 72924).
Revision 3.0
Uppdaterade dokumentet för Libero v11.5 mjukvaruversionen (SAR 63972).
Revision 2.0
Uppdaterade dokumentet för Libero v11.3 mjukvaruversionen (SAR 56538).
Revision 1.0
Uppdaterade dokumentet för Libero v11.2 mjukvaruversionen (SAR 53221).
Kör Modbus TCP Reference Design på SmartFusion2-enheter med IwIP och FreeRTOS
Introduktion
Microsemi erbjuder en referensdesign för SmartFusion®2 SoC FPGA-enheter som demonstrerar
tri-speed ethernet medium access controller (TSEMAC) funktioner i SmartFusion2 SoC FPGA och implementerar Modbus-protokollet. Referensdesignen körs på UG0557: SmartFusion2 SoC FPGA Advanced Development Kit User Guide. Denna demoguide beskriver.
- Användning av SmartFusion2 TSEMAC ansluten till ett seriellt gigabit mediaoberoende gränssnitt (SGMII) PHY.
- Integrering av SmartFusion2 MAC-drivrutin med det lätta IP (IwIP) transmissionskontrollprotokollet (TCP) eller IP-stack och det fria realtidsoperativsystemet (RTOS).
- Applikationslager med industriellt automationsprotokoll, Modbus på TCP eller IP.
- Hur man kör referensdesignen
Undersystemet för mikrokontroller (MSS) i SmartFusion2 SoC FPGA har en instans av TSEMAC kringutrustning. TSEMAC kan konfigureras mellan värdprocessorn och Ethernet-nätverket med följande dataöverföringshastigheter (linjehastigheter):
- 10 Mbps
- 100 Mbps
- 1000 Mbps
För mer information om TSEMAC-gränssnittet för SmartFusion2-enheter, se UG0331: SmartFusion2 Microcontroller Subsystem User Guide.
Använder Modbus-protokollet
Modbus är ett meddelandeprotokoll för applikationslager som finns på nivå sju av
Open systems interconnection (OSI) modell. Det möjliggör klient- eller serverkommunikation mellan enheterna anslutna i olika typer av bussar eller nätverk. Det är ett tjänsteprotokoll som erbjuder många tjänster som specificeras av funktionskoderna. Modbus-funktionskoderna är delar av Modbus-begäran eller svarsprotokolldataenheter. Komponenterna i Modbus-protokollet inkluderar:
- TCP eller IP över Ethernet
- Asynkron seriell överföring över en mängd olika media
- Tråd:
- EIA/TIA-232-E
- EIA-422
- EIA/TIA-485-A Fiber
- Radio
- Modbus PLUS, ett höghastighets-token-passeringsnätverk
Följande figur beskriver Modbus-kommunikationsstackarna för olika kommunikationsnätverk.
Figur 1 • Modbus kommunikationsstack
Använder Modbus-protokollet på SmartFusion2-enheten
Modbus TCP-servern körs på SmartFusion2 Advanced Development Kit och svarar på Modbus TCP-klienten som körs på värddatorn. Följande bild visar blockschemat för Modbus TCP-servern och applikationen på SmartFusion2-enheten.
Figur 2 • Blockdiagram över Modbus TCP-server och applikation på SmartFusion2
| 0RGEXV 7&3 $SSOLFDWLRQ | 0RGEXV 7&3 6HUYHU |
| ,Z,3 7&3 RU ,3 6WDFN | |
| )UHH5726 | )LUPZDUH |
| 6PDUW)XVLRQ2 $GYDQFHG 'HYHORSPHQW .LW (+:) | |
Designkrav
Följande tabell listar designkraven för hårdvara och mjukvara.
Tabell 1 • Referensdesignkrav och detaljer
Designkrav: Beskrivning
Hårdvara
- SmartFusion2 Advanced Development Kit
– USB A till mini-B-kabel
– 12 V adapter
Rev A eller senare - Ethernet-kabel RJ45
- Något av följande seriella terminalemuleringsprogram:
– HyperTerminal
– TeraTerm
- Spackel - Värd PC eller bärbar Windows 64-bitars operativsystem
Programvara
- Libero® System-on-Chip (SoC) v11.8
- SoftConsole v4.0
- FlashPro programmeringsprogram v11.8
- USB till UART-drivrutiner –
- MSS Ethernet MAC-drivrutiner v3.1.100
- Ett seriellt terminalemuleringsprogram HyperTerminal, TeraTerm eller PuTTY
- Webbläsaren Mozilla Firefox eller Internet Explorer
Demodesign
Följande avsnitt beskriver demodesignen av Modbus TCP-referensdesign på SmartFusion2-enheter som använder IwIP och FreeRTOS.
Demodesignen files finns för nedladdning på:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df
Demodesignen files inkluderar:
- Libero
- Programmering files
- HostTool
- Läs mig
Följande bild visar designens översta struktur files. Mer information finns i Readme.txt file.
Figur 3 • Demodesign Files Struktur på högsta nivå
Demodesignfunktioner
Referensdesignen inkluderar:
- Slutför Libero SoC Verilog-projektet
- SoftConsole firmware-projekt
Referensdesignen kan stödja följande Modbus-funktionskoder beroende på de fria Modbus-kommunikationsstackinställningarna:
- Läs ingångsregister (funktionskod 0×04)
- Läs lagringsregister (funktionskod 0×03)
- Skriv enstaka register (funktionskod 0×06)
- Skriv flera register (funktionskod 0×10)
- Läs eller skriv flera register (funktionskod 0×17)
- Läs spolar (funktionskod 0×01)
- Skriv enkelspole (funktionskod 0×05)
- Skriv flera spolar (funktionskod 0×0F)
- Läs diskreta ingångar (funktionskod (0×02)
Referensdesignen stöder följande Modbus-funktionskoder för alla fria Modbus-kommunikationsstackinställningar:
- Läs ingångsregister (funktionskod 0×04)
- Läs diskreta ingångar (funktionskod (0×02)
- Skriv flera spolar (funktionskod 0×0F)
- Läs lagringsregister (funktionskod 0×03)
Demo Design Beskrivning
Designen implementeras med användning av ett SGMII PHY-gränssnitt genom att konfigurera TSEMAC för tio-bitars gränssnitt (TBI) operation. För mer information om TSEMAC TBI-gränssnittet, se UG0331: SmartFusion2 Microcontroller Subsystem User Guide.
Libero SoC Hardware Project
Följande figur visar hårdvarudesignimplementeringen på vilken referensdesignslavens firmware körs.
Figur 4 • Libero SoC Hårdvarudesign på toppnivå
Libero SoC-hårdvaruprojektet använder följande SmartFusion2 MSS-resurser och IP:er:
- TSEMAC TBI-gränssnitt
- MMUART_0 för RS-232-kommunikation på SmartFusion2 Advanced Development Kit
- Dedikerad ingångsplatta 0 som klockkälla
- In- och utgång för allmänna ändamål (GPIO) som gränssnittet för följande:
- Lysdioder (LED): 4 siffror
- Tryckknappar: 4 siffror
- Dubbla in-line-paket (DIP) omkopplare: 4 nummer
- Följande kortresurser är associerade med Modbus-kommandon:
- lysdioder (spolar)
- DIP-switchar (diskreta ingångar)
- Tryckknappar (diskreta ingångar)
- Realtidsklocka (RTC) (ingångsregister)
- Höghastighetsseriellt gränssnitt (SERDESIF) SERDES_IF IP, konfigurerat för SERDESIF_3 EPCS fil 3, se följande figur. För att veta mer om höghastighetsseriella gränssnitt, se UG0447- SmartFusion2 och IGLOO2 FPGA High Speed Serial Interface User Guide.
Följande bild visar fönstret High Speed Serial Interface Configurator.
Figur 5 • Konfiguratorfönstret för höghastighetsseriellt gränssnitt
Paketstiftstilldelningar
Paketstiftstilldelningar för LED-, DIP-omkopplare, tryckknappsomkopplare och PHY-gränssnittssignaler visas i följande tabell genom Tabell 5, sida 9.
Tabell 2 • LED till paketstiftstilldelningar
- Output Package Pin
- LED_1 D26
- LED_2 F26
- LED_3 A27
- LED_4 C26
Tabell 3 • DIP-växlar till paketstiftstilldelningar
- Output Package Pin
- DIP1 F25
- DIP2 G25
- DIP3 J23
- DIP4 J22
Tabell 4 • Tryckknappsväxlar till paketstiftstilldelningar
- Output Package Pin
- SWITCH1 J25
- SWITCH2 H25
- SWITCH3 J24
- SWITCH4 H23
Tabell 5 • PHY-gränssnittssignaler till paketstiftstilldelningar
- Port Namn Riktning Paket Pin
- PHY_MDC-utgång F3
- PHY_MDIO-ingång K7
- PHY_RST Utgång F2
SoftConsole Firmware-projekt
Anropa SoftConsole-projektet med hjälp av fristående SoftConsole IDE. Följande versioner av stacken används för referensdesignen:
- lwIP TCP eller IP-stack version 1.3.2
- Modbus TCP-server version 1.5 (www.freemodbus.org) med förbättringar för komplett funktionskodstöd som Modbus TCP-server
- FreeRTOS (www.freertos.org)
Följande bild visar katalogstrukturen för SoftConsole-mjukvaran i designen.
Figur 6 • SoftConsole Project Explorer-fönstret
SoftConsole-arbetsytan består av projektet Modbus_TCP_App som har Modbus TCP-applikationen (som använder lwIP och FreeRTOS) och alla lager för fast programvara och hårdvara som motsvarar hårdvarudesignen.
Följande bild visar drivrutinsversionerna som används för demon.
Figur 7 • Demodesigndrivrutinversioner
Konfigurera demodesignen
Följande steg beskriver hur du ställer in demon för SmartFusion2 Advanced Development Kit-kortet:
- Anslut värddatorn till J33-kontakten med USB A till mini-B-kabeln. Drivrutinerna för USB till universal asynkron mottagare/sändare (UART) brygga detekteras automatiskt.
- Från de fyra upptäckta kommunikationsportarna (COM) högerklickar du på någon av COM-portarna och väljer Egenskaper. Fönstret för valda COM-portegenskaper visas, som visas i följande figur.
- Se till att ha platsen som på USB FP5 Seriell Converter C i fönstret Egenskaper som visas i följande figur.
Notera: Anteckna COM-portnumret för seriell portkonfiguration och se till att COM-portens plats är specificerad som på USB FP5 Seriell Converter C.
Figur 8 • Enhetshanterarens fönster
- Installera USB-drivrutinen om USB-drivrutinerna inte upptäcks automatiskt.
- Installera FTDI D2XX-drivrutinen för seriell terminalkommunikation via FTDI mini USB-kabeln. Ladda ner drivrutiner och installationsguide från:
www.microsemi.com/soc/documents/CDM_2.08.24_WHQL_Certified.zip - Anslut byglarna på SmartFusion2 Advanced Development Kit-kortet som visas i följande tabell. För information om bygelplatser, se Bilaga: Byglingsplatser, sidan 19.
FÖRSIKTIGHET: Stäng AV strömbrytaren, SW7, innan du gör bygelanslutningarna.
Tabell 6 • SmartFusion2 Advanced Development Kit Jumper Settings
- Jumper Pin Från Pin Till Kommentarer
- J116, J353, J354,J54 1 2 Dessa är standardinställningarna för bygeln för Advanced Development Kit-kortet. Se till att byglarna
- J123 2 3 är inställda i enlighet därmed.
- J124, J121, J32 1 2 JTAG programmering via FTDI
- Anslut strömförsörjningen till J42-kontakten i SmartFusion2 Advanced Development Kit-kortet.
- Denna design example kan köras i både statiskt IP och dynamiskt IP-läge. Som standard, programmering files tillhandahålls för dynamiskt IP-läge.
- För statisk IP, anslut värddatorn till J21-kontakten på
SmartFusion2 Advanced Development Kit-kort med en RJ45-kabel. - För dynamisk IP, anslut någon av de öppna nätverksportarna till J21-kontakten på SmartFusion2 Advanced Development Kit-kortet med en RJ45-kabel.
- För statisk IP, anslut värddatorn till J21-kontakten på
Ögonblicksbild av kortinställning
Ögonblicksbilder av SmartFusion2 Advanced Development Kit-kortet med alla installationsanslutningar ges i bilagan: Kortinställning för att köra Modbus TCP-referensdesign, sidan 18.
Kör demodesignen
Följande steg beskriver hur du kör demodesignen:
- Ladda ner designen file från:
http://soc.microsemi.com/download/rsc/?f=m2s_dg0440_liberov11p8_df - Slå PÅ strömbrytaren, SW7.
- Starta valfritt seriell terminalemuleringsprogram som:
- HyperTerminal
- Spackla
- TeraTerm
Obs: I denna demon används HyperTerminal.
Konfigurationen för programmet är: - Baudhastighet: 115200
- 8 databitar
- 1 Stoppbit
- Ingen paritet
- Ingen flödeskontroll
För information om hur du konfigurerar seriella terminalemuleringsprogram, se Konfigurera seriella terminalemuleringsprogram.
- Starta programvaran FlashPro.
- Klicka på Nytt projekt.
- I fönstret Nytt projekt anger du projektnamnet, som visas i följande bild.
Figur 9 • FlashPro Nytt projekt
- Klicka på Bläddra och navigera till platsen där du vill spara projektet.
- Välj Single device som programmeringsläge.
- Klicka på OK för att spara projektet.
- Klicka på Konfigurera enhet.
- Klicka på Bläddra och navigera till platsen där Modbus_TCP_top.stp file finns och välj file. Standardplatsen är:
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\Programmeringfile\Modbus_TCP_top.stp). Den nödvändiga programmeringen file är vald och är redo att programmeras i enheten som visas i följande bild.
Figur 10 • FlashPro-projekt konfigurerat
- Klicka på PROGRAM för att börja programmera enheten. Vänta tills ett meddelande visas som indikerar att programmet har gått igenom. Denna demo kräver att SmartFusion2-enheten är förprogrammerad med applikationskoden för att aktivera Modbus-applikationen. SmartFusion2-enheten är förprogrammerad med Modbus_TCP_top.stp med FlashPro-programvaran.
Figur 11 • FlashPro-programmet godkänt
Obs: För att köra designen i statiskt IP-läge, följ stegen som nämns i Appendix: Köra designen i statiskt IP-läge, sidan 20. - Slå av och på SmartFusion2 Advanced Development-kortet.
Ett välkomstmeddelande med IP-adressen visas i HyperTerminal-fönstret, som visas i följande bild.
Figur 12 • HyperTerminal med IP-adress
Öppna en ny kommandotolk på värddatorn, gå till mappen
(\SF2_Modbus_TCP_Ref_Design_DF\HostTool) där
SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe file är närvarande anger du kommandot: SmartFusion2_Modbus_TCP_Client.exe som visas i följande figur.
Figur 13 • Anropa Modbus-klienten
Följande bild visar Modbus TCP-funktionerna som körs. Funktionerna är:
- Läs diskreta ingångar (funktionskod 02)
- Läs lagringsregister (funktionskod 03)
- Läs ingångsregister (funktionskod 04)
- Skriv flera spolar (funktionskod 15)
Figur 14 • Demonstration av Modbus funktionskoder
Se Köra Modbus-funktioner, sidan 17 för mer information om Modbus-funktionerna som visas i referensdesignen.
- När du har kört demon, stäng HyperTerminal.
Kör Modbus-funktioner
Detta avsnitt beskriver Modbus-funktionerna som visas i referensdesignen.
Läs diskreta ingångar (funktionskod 02)
GPIO:er är anslutna till 4 DIP-switchar och 4 tryckknappsbrytare. Slå PÅ och stäng AV DIP-omkopplarna och tryckknappsbrytarna på SmartFusion2 Advanced Development Kit. Läs diskreta ingångar funktionskod visar statusen för omkopplare som visas i följande figur.
Figur 15 • Läs av diskreta ingångar
Läs innehavsregister (funktionskod 03)
Följande bild visar de globala buffertdata som definierats i den fasta programvaran.
Figur 16 • Läs innehavsregister
Läs ingångsregister (funktionskod 04)
Följande figur visar antalet sekunder som realtidsräknaren (RTC) har räknat.
Figur 17 • Läs indataregister
Skriv flera spolar (funktionskod 0×0F)
Följande bild visar registerdata för Write Multiple Coils för att växla lysdioder som är anslutna till GPIO:er.
Figur 18 • Skriv flera spolar
Bilaga: Kortinstallation för att köra Modbus TCP Reference Design
Följande bild visar kortinställningen för att köra referensdesignen på SmartFusion2 Advanced Development Kit-kortet.
Figur 19 • SmartFusion2 Advanced Development Kit Board Setup
Bilaga: Bygelplatser
Följande bild visar byglarnas placeringar på SmartFusion2 Advanced Development Kit-kortet.
Figur 20 • SmartFusion2 Advanced Development Kit Silkscreen Top View
Notera: Byglar markerade i rött är inställda som standard. Byglar markerade i grönt måste ställas in manuellt.
Notera: Placeringen av byglarna i föregående figur är sökbara.
Bilaga: Köra designen i statiskt IP-läge
Följande steg beskriver hur du kör designen i statiskt IP-läge:
- Högerklicka på Project Explorer-fönstret i SoftConsole-projektet och gå till Egenskaper som visas i följande figur.
Figur 21 • Project Explorer-fönstret i SoftConsole Project
- Ta bort symbolen NET_USE_DHCP i Verktygsinställningar i fönstret Egenskaper för Modbus_TCP_App. Följande bild visar fönstret Egenskaper för Modbus_TCP_App.
Figur 22 • Fönstret Egenskaper för Project Explorer
- Om enheten är ansluten i statiskt IP-läge är kortets statiska IP-adress 169.254.1.23, ändra sedan värd TCP/IP-inställningarna för att återspegla IP-adressen. Se följande figur och figur 24,
Figur 23 • TCP/IP-inställningar för värddator
Figur 24 • Statiska IP-adressinställningar
Notera: När dessa inställningar är konfigurerade, kompilera designen, ladda designen i Flash-minnet och kör designen med SoftConsole.
DG0440 Demo Guide Revision 7.0
Dokument/resurser
 |
Microsemi DG0440 Kör Modbus TCP-referensdesign på SmartFusion2-enheter [pdf] Användarhandbok DG0440 Kör Modbus TCP Reference Design på SmartFusion2-enheter, DG0440, Kör Modbus TCP Reference Design på SmartFusion2-enheter, Design på SmartFusion2-enheter |
