查看: 24744 | 回复: 2

发表于: 2018-5-23 20:53:00 | 显示全部楼层

简介

Microsemi Maker-Board是一款采用SmartFusion 2 SoC的低成本评估套件。 SmartFusion 2将ARM Cortex-M3处理器与Microsemi基于闪存的FPGA架构集成在一块芯片上，并结合许多SoC用户习惯的外设，如RAM和DSP模块。 Maker-Board增加了以太网接口、环境光传感器、SPI Flash以及一些按钮和LED。该开发板还保留了两个不同WiFi模块（ESP32和ESP8266）的连接接口。

本指南的目标是创建一个演示项目，利用Maker-Board上的大多数外设，并为开发自定义应用程序提供一个起点。本示例使用FreeRTOS和ESP8266模块创建IoT数据记录设备。

所需的材料

本教程需要以下软件：

● Microsemi Libero SoC v11.8或更高版本。本指南使用v11.8 SP1。

● Microsemi SoftConsole v4.0

● FreeRTOS源代码

● FreeRTOS指南

● ESP8266命令参考

● Maker Board原理图

注意：请确保下载SoftConsole v4.0或v5.1。 SoftConsole v3.4不支持板上使用的FlashPro 5编程硬件。 SoftConsole v5.2 +可能会运行，但需要对下面概述的内容进行重大更改。

硬件配置

SmartFusion 2硬件的配置通过Libero完成。由于这个例子没有在FPGA中使用任何IP，Libero将被用来设置Cortex-M3并选择使用哪些外设。

1. 创建一个新的Libero项目。

2. 选择M2S010-TQ144作为目标设备。

3. 单击Next，选择默认的Device Settings。

4. 选择Create a system builder based design，然后单击Next。

System Builder.PNG

5. 点击Finish。不需要HDL源，稍后会添加约束条件。

6. 如果提示您选择约束流，请选择Enhanced Constraint Flow。

7. Libero会要求给系统起名。选择合适的名称，然后点击OK。

8. System Builder将会打开。

System Builder 2.PNG

9. 点击Next。

10. 在外设页面上，启用MM_UART0、MM_UART1、MSS_I2C0和MSS_GPIO。

11. 对于每个外设，单击Enable左侧的Configure按钮。将Connect To更改为Fabric。

12. 对于GPIO外设，将GPIO 0-7设置为连接到FABRIC_A的Outputs。

13. MSS Peripherals左边的圆圈现在应该是绿色的，表示配置有效。点击Next。

14. 从下拉菜单中选择On-chip 25/50 MHz Oscillator作为时钟源。点击Next。

15. 单击Next选择默认的Microcontroller配置。

16. 单击Next选择默认的SECDED配置。

17. 单击Next选择默认的Security配置。高级安全功能仅适用于制造商委员会不使用的“S”后缀部分。

18. 单击Next选择默认的Interrupt配置。在这个例子中没有使用结构中断。

19. 单击Next选择默认的Memory Map配置。在这个例子中没有使用存储器映射的外设。

20. 点击Finish创建系统。将在程序框图中创建一个实例。

21. 打开左侧的IP Catalog并展开Macro Library。将BIBUF宏的两个实例拖到设计中。

22. 选择MM_UART0、MM_UART1和GPIO_FABRIC接口并右键单击它们。选择Promote to Top Level。

23. 展开剩余的组并选择INIT_DONE、FAB_CCC_LOCK、FAB_CCC_GL0和MSS_READY。右键单击它们并选择Mark Unused。

24. 如下图所示连接剩余的信号。

System Diagram.PNG

25. 保存程序框图，然后点击左上角的Generate Component按钮。

26. 导航回到左侧的Design Flow面板。选择Synthesize。

27. 您将在消息中看到许多涉及未使用组件的警告，并且可以安全地忽略它们。

28. 合成完成后，从“Design Flow”面板中选择“Manage Constraints”。

Const Man.PNG

29. 选择New → Create New I/O Constraint from Root Module。 Libero将自动生成一个约束文件，该文件由程序框图中的顶层端口填充。

30. 右键单击生成的文件并选择Set as Target。

31. 选择Edit → Edit with I/O Editor。

32. 根据下表设置I / O约束。如果这些设置不可用，请检查IO Bank设置以设置存储区电压。

33. 保存约束并关闭I/O Editor窗口。

34. 返回到“Design Flow”面板中，选择“Place and Route”。

35. 布局布线完成后，运行Generate FPGA Array Data。

36. FPGA阵列数据生成后，运行“Generate Bitstream”。

37. 使用USB电缆将Maker-Board连接到计算机。选择Run PROGRAM Action将配置加载到电路板上。

38. 在“Design Flow”面板的底部附近，选择“Configure Firmware Cores”。

39. 确保选中所有生成代码所需的固件。在开始时应为每个外设启用一个外设。 Libero会要求下载计算机上尚未存在的任何内核。

40. 从Design Flow面板中，选择Export Firmware。选择SoftConsole4.0作为Software IDE。选中Export hardware configuration and firmware drivers。

41. 硬件配置现已完成。

电梯直达

相关帖子

使用道具举报

天南地北客

发表于: 2018-5-30 22:22:41 | 显示全部楼层

沙发

软件应用

硬件配置完成后，就可以开发软件应用了。如前所述，本示例使用FreeRTOS操作系统创建一个将数据上传到ThingSpeak的IoT传感器节点。同时还会创建一个UART桥，以允许用户手动向ESP8266模块发送AT命令。

功能说明

本节将简要介绍该示例程序中的四个主要任务。对FreeRTOS的一些了解将会有所帮助。

这个程序中的main()函数负责：

● 调用硬件外设（UART、I2C、GPIO）的初始化函数

● 为两个UART创建接收任务

● 创建任务来读取I2C传感器

● 创建任务，将传感器数据发送到WiFi模块

● 启动FreeRTOS调度程序

一旦调度程序启动，程序将在处理以下的任务和基于优先级的中断之间交替。

vTaskSpinLEDs()大约每85毫秒执行一次。它只是简单地切换SmartFusion 2的GPIO输出，为8个板载LED创建“旋转”效果。

每次通过UART接收到一个或多个字节时，都会执行vTaskUARTBridge()函数。

● 当发生UART中断时，中断处理程序（prvUARTRxNotificationHandler）将“发出”任务通知，表明数据可供读取。当中断处理程序退出时，任务将立即开始执行。

● 该任务尝试执行一个任务通知，就像信号量一样。如果没有可用的通知/数据，则任务将阻止，直到数据可用。

● 收到通知时，数据将被复制到缓冲区并通过UART0上的终端连接回显。

● 如果收到的数据来自UART0（终端），它将被累积在缓冲区中，直到接收到\ n字符。累加的字符串然后被发送到UART1上的ESP8266。

● 如果收到的数据来自UART1（ESP8266），则会对其进行累计并检查“OK”或某种错误并通知上传任务。

只要数据可以从光传感器读取，vTaskUARTUploadData()每20秒执行一次。它只是将来自传感器的数据格式化为AT命令字符串，并将其发送到UART1上的ESP8266。下面是使用的AT命令。

AT+CIPSTART="TCP","184.106.153.149",80 # Start a TCP connection to the ThingSpeak API server on port 80
AT+CIPSEND=XX # Declare a transfer of XX bytes to the server
>GET /update?api_key=XXXXXXXXXXXXXXXX&field1=yy&field2=zz # Send a GET request using a custom API key and two data values
# Server will respond with the number of entries on the channel and close the connection
# +IPD,3:539CLOSED

复制代码

vTaskReadLightSensor()在第一次执行时初始化I2C传感器。随后的每次执行都会轮询传感器以获取新数据。如果有新的数据存在，则从传感器读取数据，并将包含新数据的通知发送到上传任务以进行处理。然后该任务将阻止传感器的采样率（默认为500 ms）。

软件配置

在编写代码之前，按照SoftConsole v4.0发行说明中所述使用SoftConsole v4.0时，需要采取一些初始化步骤。 Libero中生成的固件内核也需要导入到项目中。

1. 打开SoftConsole并选择一个方便的目录作为工作区。

2. 在SoftConsole中，选择File → New → C Project。

C Project.PNG

3. 给该项目起个名字。确保选择Cross ARM GCC作为工具链。

4. 单击Next，选择默认的配置。

5. 确保工具链名称是GNU Tools for ARM Embedded Processors（arm-none-eabi-gcc）。点击Finish。

6. 项目创建完成后，在Project Explorer中右键单击它。选择Import。选择导入一个File System。

7. 浏览到Libero的固件导出目录。检查固件文件夹以包含其中的所有文件。

Import Firmware.PNG

8. 选择复制到项目工作区中的名为firmware新文件夹。单击Finish将固件文件导入到项目中。

9. 在Project Explorer中右键单击项目。选择Properties。展开C/C++ Build选项卡，然后单击Settings。

10. 在Tool Settings → Cross ARM C Linker → General下，单击右上角的Add.. 按钮，选择链接器脚本。该脚本位于firmware/CMSIS/startup_gcc/debug-in-microsemi-smartfusion2-esram.ld中。

Linker Script.PNG

11. 在Tool Settings → Cross ARM C Linker → Miscellaneous下，勾选Use newlib nano (--specs=nano.specs)复选框。

12. 在Tool Settings → Cross ARM C Compiler → Miscellaneous → Other compiler flag下，输入（不带引号）“--specs = cmsis.specs”。

13. 选择顶部的Toolchains选项卡。在底部附近，勾选Create extended listing选项。

14. 单击OK，应用更改。

15. 选择Run → Debug Configurations。双击GDB OpenOCD Debugging创建一个新的配置。

16. 单击Debugger选项卡。将 Config options更改为“--command”set DEVICE M2S010“--file board / microsemi-cortex-m3.cfg”

Debug Conf.PNG

17. 现在基本的设置已经完成了。稍后，一旦项目构建完成后，可执行文件将被添加到配置中。

使用道具举报

天南地北客

发表于: 2018-5-31 08:17:59 | 显示全部楼层

板凳

导入FreeRTOS

软件配置完成后，下一步就是将FreeRTOS源代码导入到项目中。使用SmartFusion 2时FreeRTOS不是必需的，但可以在将项目扩展到更高级的应用程序时使得多任务更容易。

1. 下载并解压FreeRTOS源码到一个合适的位置。

2. 在FreeRTOS的Demo目录中找到CORTEX_SmartFusion2_M2S050_SoftConsole文件夹。运行CreateProjectDirectoryStructure.bat文件设置项目。

3. 在SoftConsole中，右键单击该项目并选择Import。在General下，选择File System。导航到FreeRTOS源代码所在的文件夹。

Import RTOS.PNG

4. 选中整个FreeRTOS-Source目录，并且也要导入RTOSDemo目录的FreeRTOSConfig.h。演示中的其他文件可能会包含在官方FreeRTOS演示中，以供参考，但对于此示例不是必需的。

5. 在工作区中选择一个文件夹导入这些文件，如../FreeRTOS。单击Finish将文件导入到项目中。

6. 现在，所有FreeRTOS源文件都应在项目中可以使用。

导入示例源代码

下面的链接下载示例项目的源代码：

示例Source.zip

按照上述步骤将文件导入SoftConsole。

Source Import.PNG

Include路径

现在项目中应该已经包含了所有的文件，但尝试构建该项目会导致无法找到包含文件的错误。 SoftConsole需要被告知在哪里寻找所有刚导入的头文件。

1. 在项目上单击鼠标右键。选择Properties。

2. 展开C/C++ General部分。选择Paths and Symbols。

3. 通过使用 Add.. → Workspace → <Folder>，将以上导入的所有文件夹添加为包含路径。最终结果应该如下所示：

4. SoftConsole现在应该能够找到所有需要编译的头文件。

连接到ThingSpeak

要完成示例项目，需要一个免费的ThingSpeak帐户。 ThingSpeak是来自MathWorks的物联网数据记录平台。本节假定您已经创建了一个帐户。

1. 在ThingSpeak中创建一个至少有2个数据字段的频道。根据需要填写其他信息。由此产生的着陆页将如下所示，但没有任何数据条目。

2. 点击API Keys选项卡查看您的个人Write API Key。复制此密钥。

3. 在SoftConsole中打开uart.c。在函数vTaskUARTUploadData中，将ucGetReq []中的API密钥值更改为上面的密钥。

void vTaskUARTUploadData(void *pvParameters)
{
const uint8_t ucConnectCmd[] = "AT+CIPSTART="TCP","184.106.153.149",80\r\n";
const uint8_t ucSendCmd[] = "AT+CIPSEND=";
const uint8_t ucGetReq[] = "GET /update?api_key=XXXXXXXXXXXXXXXX&field1="; // Replace this API key with your own
const uint8_t ucField2[] = "&field2=";
const uint8_t ucCloseCmd[] = "AT+CIPCLOSE\r\n";
const uint8_t ucCRLF[] = "\r\n";
/* ... */
}

复制代码

构建并运行该项目

此时，该项目应该准备好在开发板上构建并运行。如果汇编中收到任何错误，请返回并检查以确保所有内容均如示例中所示。

1. 在SoftConsole中，选择Project→ Build All (Ctrl + B)编译项目。

2. 构建完成后，选择Run → Debug Configurations。

3. 点击Search Project按钮查找刚创建的.elf文件。它应该是唯一的选项。

4. 使用提供的USB电缆将开发板连接到PC。

5. 单击Debug 以在硬件上启动该程序。您应该可以看到LED以“旋转”模式闪烁。

使用演示程序

首次启动演示程序时，负责将数据上传到ThingSpeak的FreeRTOS任务将被禁用。然后，SmartFusion仅作为PC终端和插入电路板的ESP8266模块之间的UART桥。其原因是允许用户在开始自动上传任务之前手动配置ESP8266以连接到WiFi接入点。当然，如果需要，用户可以将此功能添加到应用程序代码中。一旦模块连接到接入点，即使在电源重新上电后，它仍会继续尝试连接到该接入点。

打开您选择的终端程序。Maker-Board开发板应该在计算机上创建4个顺序的COM端口。 UART连接将会是第三个。

串口设置为波特率115200 - 8个数据位 - 1个停止位 - 无奇偶校验。确保在按下回车键时将终端设置更改为追加CR + LF。但是，波特率可能会因安装在ESP模块上的固件而异。

1. 使用以下命令连接到接入点。每个成功的命令都应返回“OK”。