Other Parts Discussed in Post： SYSCONFIG， UNIFLASH

Shaoxing Ke1， Strong2， EP FAE Team

1. 摘要

7月13日德州儀器（TI）推出了全新的高性能微控制器（MCU+）產(chǎn)品系列，AM243X是其產(chǎn)品系列中的一款芯片。AM243X芯片擁有2個(gè)800MHZ ARM Cortex-R5F雙核，1個(gè)400MHZ ARM Cortex-M4單核，2個(gè)PRU-ICSSG工業(yè)通信子模塊并支持千兆網(wǎng)絡(luò)。由此，該AM243X芯片可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)千兆級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景應(yīng)用，同時(shí)芯片上的功能安全特性可以幫助系統(tǒng)集成商在其工業(yè)設(shè)計(jì)中達(dá)到IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)的安全完整性等級(jí)SIL 3（Safety Integrity Level， SIL）要求?？傊?，AM243X芯片最大優(yōu)勢(shì)在于強(qiáng)大的處理能力、實(shí)時(shí)控制和工業(yè)物聯(lián)、以及支持多協(xié)議應(yīng)用（如EtherNet/IP、EtherCAT、PROFINET和IO-Link主站等）。本文主要介紹PC 如何與AM243X-LP進(jìn)行EtherCAT通訊，參考Demo是ethercat_slave_beckhoff_ssc_demo。

2. 硬件準(zhǔn)備與環(huán)境配置

2.1開發(fā)板準(zhǔn)備與連接

根據(jù)項(xiàng)目測(cè)試所使用AM243X control card 的不同，配置CCS運(yùn)行環(huán)境需進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。比如 AM243X-LP 沒有 DDR 內(nèi)存，開發(fā)板進(jìn)行 DDR 初始化僅適用于 AM243X-EVM。其中，AM243X-LP的板子及連接如圖1所示。

圖1中USB Type-C connector（J10）用于板子供電，板子上電故障燈LD9，正常燈LD6、LD7和LD8。AM243X-LP和AM243X-EVM都有閃存 SOC，因此都需要進(jìn)行初始化。在這里可以查看板子BOOT MODE是否處于OSPI 模式，見圖2所示。如果不是圖2模式，需要首先對(duì)板子進(jìn)行UART設(shè)置和閃存 SOC （Sitara System-on-chip）初始化。這部分內(nèi)容下一小節(jié)會(huì)講，參考鏈接AM243x MCU+ SDK： EVM Setup （ti.com）。其中AM243X-LP原理圖，如圖3所示。

圖3 AM243X-LP原理圖

圖3中BOOT MODE有UART、OSPI、SD和NOBOOT四種模式。其中，SD BOOT MODE僅AM243X-EVM需要進(jìn)行設(shè)置。因此，AM243X-LP可選擇不同的BOOT MODE對(duì)SOC進(jìn)行初始化設(shè)置，本文以O(shè)SPI BOOT MODE方案為初始化操作方法。

2.2環(huán)境配置與所需軟件

在進(jìn)行環(huán)境配置時(shí)有兩種方法。第一種方法，是借助Python 3.9.6工具并通過UART來對(duì)SOC進(jìn)行初始化。第二種方法，是直接通過使用 CCS 腳本初始化 SOC，每次上電都需要操作一次。本文對(duì)兩種方法進(jìn)行如下介紹。

第一種方法借助Python 3.9.6工具并通過UART對(duì)SOC進(jìn)行初始化。

所需要安裝的軟件，如下表所示。

安裝的軟件描述

CCS 10.3.1用于程序燒錄、調(diào)試與通訊

SysConfig 1.8.1makefiles操作需要，如若CCS則無需安裝

TI CLANG compiler toolchain 1.3.0.LTSARM 編譯器

Python 3.x.設(shè)置UART 和BOOT MODE

{SDK_INSTALL_PATH}/SDKSDK /example

SSC_V5i12生成從機(jī)與主機(jī)建立映射的源文件

TwinCAT3.0上位機(jī)編程、調(diào)試與通訊

配置前首先需要檢查板子上電和UART通訊、Python 3.9.6安裝是否正常，并設(shè)置BOOT MODE。AM243X-LP正常上電，如圖4所示。UART通訊進(jìn)行檢查如下：

首先，關(guān)閉AM243X-LP的電源并設(shè)置UART BOOT（BOOTMODE ［ 1 ： 8 ］ （SW4） = 1110 0000），如圖5所示。

圖5 UART BOOT MODE

其次，在AM243X-LP上電前通過CCS-》View-》Terminal-》Open a new UART terminal-》Select the UART port-》進(jìn)行串口設(shè)置，板子上電后可看到UART打印信息，如下圖所示。

接著，關(guān)閉UART并進(jìn)行閃存 SOC初始化。其中，SOC初始化是借助Python 3.9.6工具進(jìn)行.cfg文件的配置，并通過UART引導(dǎo)應(yīng)用程序?qū)Π遄観SPI FLASH進(jìn)行初始化。

對(duì)于Windows系統(tǒng)操作如下：

Step1：安裝python 3.9.6， https://www.python.org/downloads/windows/

Step2：命令提示符（WIN+R）輸入以下命令（“python --version”），可查看Python 3.9.6是否安裝成功。

Step3：若找不到所安裝Python 3.9.6版本，進(jìn)行環(huán)境變量添加路徑。

C：\Users\{your username}\AppData\Local\Programs\Python\Python39。此為Python 3.9.6安裝的默認(rèn)路徑。

如果添加環(huán)境變量也無法顯示“Python 3.9.6”成功安裝。推薦使用Anaconda軟件安裝python， 鏈接：Anaconda | Individual Edition。這種方法可以不需要配置環(huán)境變量，進(jìn)而幫助Python 3.9.6的安裝。

Step4： 檢查是否安裝了 python 軟件包管理器 “pip” ，默認(rèn)情況下pip 應(yīng)該是與 python 一起安裝的。如果 “pip”有安裝，如有顯示下圖則直接跳過Step5。

Step5：安裝python 軟件包管理器 “pip”，命令提示符下鍵入“python -m pip install pyserial xmodem tqdm” ，如下圖所示。其中，python 軟件包管理器 “pip”的安裝，是為了利用pip引導(dǎo)安裝物理層的串口、xmodem協(xié)議和tqdm進(jìn)度條軟件包。因此，需要檢查“pip”是否有安裝。

Step6： 閃存 SOC （Sitara System-on-chip）初始化。命令提示符下鍵入“python uart_uniflash.py -p COM –cfg= sbl_prebuilt\am243x-lp\ default_sbl_null.cfg”，如下圖所示。此處COM需要通過設(shè)備管理器查看電腦上所連J20引腳所對(duì)應(yīng)的串口號(hào)。

上圖為閃存 SOC 初始化成功的界面，如果這一步初始化不成功后續(xù)CCS運(yùn)行工程時(shí)無法通過UART打印信息，同時(shí)從站也無法告知主站所處的狀態(tài)。這主要是由于J20引腳既有JTAG燒錄，又有UART通信功能。如果SOC初始化失敗并報(bào)錯(cuò)，可以查看Flash tool error messages and solutions

SOC 初始化成功后，接著將AM243X-LP斷電并將BOOT MODE設(shè)置為OSPI MODE（BOOTMODE ［ 1 ： 8 ］ （SW4） = 0100 0100），如圖6所示。

圖6 OSPI BOOT MODE

Step7： AM243X-LP上電并打開UART通訊，Console界面打印信息顯示圖7，則說明AM243X-LP 已設(shè)置可以 CCS 加載并運(yùn)行。

圖7 Console界面打印信息

同時(shí)，也可以嘗試其他Demo案例進(jìn)行燒錄以驗(yàn)證SOC 初始化是否成功，圖8為Build a Hello World example的Console界面打印信息。注意：板子 SOC 初始化只需進(jìn)行一次，之后可以放心使用。

圖8 Hello World example在Console界面上的打印信息

第二種，直接通過使用 CCS 腳本初始化 SOC。但是在某些情況下，尤其在用戶自定義的EVM 上運(yùn)行并且閃存驅(qū)動(dòng)的程序不可用于該 EVM 情況時(shí)，可采取第二種方法初始化 SOC。

首先需要設(shè)置環(huán)境變量，添加一個(gè)名為 MCU_PLUS_SDK_AM243X_PATH 的新變量并將其指向安裝 SDK 的路徑

將AM243X-LP設(shè)置為NOBOOT模式如下。

給板子上電并在CCS中創(chuàng)建目標(biāo)配置文件，如下所示。

CCS工具欄中“View 》 Target Configuration”創(chuàng)建一個(gè)新的目標(biāo)配置文件，仿真器是XDS110 USB Debug Probe，板子是AM243x_LAUNCHPAD。

具體參照鏈接Create Target Configuration

需要注意：每次關(guān)閉并重新打開 AM243X-LP 電源時(shí)，都需要執(zhí)行以下步驟進(jìn)行CCS 腳本初始化 SOC。

選擇Launch the target configuration并進(jìn)入Debug模式，在工具欄選擇“CCS Toolbar 》 View 》 Scripting Console”。

并鍵入命令行“l(fā)oadJSFile “C:/ti/mcu_plus_sdk_{soc}_{sdk version}/tools/ccs_load/am64x_am243x/load_dmsc.js”

”進(jìn)行SOC初始化，會(huì)在 scripting console顯示如下：

在 scripting console中，來自腳本自身的日志，如下圖所示。

在 AM243X “CIO” console中，來自 R5F核的日志，如下圖所示。

在 AM243X console中，來自 GEL 腳本的日志，如下圖所示。

成功配置后，顯示上述三個(gè)console的日志進(jìn)而完成SOC的初始化。CCS界面整體顯示界面，如下圖所示。

3.項(xiàng)目的搭建過程

3.1項(xiàng)目說明

以ethercat_slave_beckhoff_ssc_demo 工程為例，詳細(xì)介紹一下搭建測(cè)試的步驟。其中，AM243X-LP有4 個(gè) LED 可用于EtherCAT 主控制器進(jìn)行控制。 如果TwinCAT設(shè)置DC運(yùn)行模式，則需要兩個(gè)以上的EtherCAT從站進(jìn)行Task分配，最小測(cè)試周期是50us。因此，本文僅實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)LED燈的開關(guān)控制。

運(yùn)行Demo之前可先按照mcu_plus_sdk_am243x_08_00_00_21\examples\kernel\dpl\hello_world\am243x-lp\r5fss0-0_freertos和Build a Hello World example來驗(yàn)證UART和SOC初始化是否成功，如圖8所示。

3.2搭建項(xiàng)目的詳細(xì)步驟

整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施主要分為三個(gè)部分：1.SSC Tool配置文件生成；2.CCS Debug模式；3.TwinCAT上位機(jī)設(shè)置。

1.SSC Tool配置文件生成

Step1：打開SSC tool，建立新的工程，import選擇并打開相應(yīng)的xml文件（一般由原廠提供的.xml文件）。

Step2：選擇TI AM243x/AM64x Sample

Step3：在application的選項(xiàng)卡中，確保 DC_SUPPORTED為1，并在默認(rèn)路徑下保存，并在Project選項(xiàng)卡中選擇Create new Slave Files。

上述設(shè)置成功后，進(jìn)行文件的生成如下圖所示。

Step4：將所生成的27個(gè)文件復(fù)制到${SDK_INSTALL_PATH}/source/industrial_protocols/ethercat_slave/beckhoff_stack/stack_source。

2.CCS Debug模式

CCS中導(dǎo)入Demo工程，Build后并進(jìn)入Debug界面。首先確保可以正常連接上XDSV110，其次進(jìn)行CPU重置，再次導(dǎo)入.out文件，Resume運(yùn)行下會(huì)在Console界面顯示打印信息，進(jìn)而可以看到板子上LD12和LD14燈亮。這表示AM243X-LP已經(jīng)處于初始化狀態(tài)并可以與TwinCAT進(jìn)行通訊。Console界面顯示的打印信息，如下圖所示。（如果沒有顯示，那說明板子第一次在CCS未進(jìn)行UART配置和SOC初始化不成功。）

3.TwinCAT上位機(jī)設(shè)置

在TwinCAT新建項(xiàng)目之前需要將.xml文件復(fù)制到{TWINCAT_INSTALL_DIR}\TwinCAT\3.1\Config\Io\EtherCAT folder，否則設(shè)備掃描I/O時(shí)無法掃描EtherCAT從站的信息。

Step1：打開TwinCAT，檢查PC是否存在Intel網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)。如果電腦上不是Intel網(wǎng)卡，則需要從倍福官網(wǎng)上安裝兼容性EtherCAT驅(qū)動(dòng)。此外，CCS一直在Resume運(yùn)行下，可觀察AM243X-LP板子上LED12（INT）初始化燈是否亮，如亮說明從站已經(jīng)處于初始化狀態(tài)。

Step2：打開TwinCAT，打開一個(gè)新的工程。并在solution explorer目錄下，找到I/O后進(jìn)行展開，右鍵Devices，選擇掃描。

點(diǎn)擊“Yes”，會(huì)掃描到boxes并設(shè)置自由運(yùn)行模式，進(jìn)而會(huì)顯示所掃描出來的產(chǎn)品信息。

Step3： 雙擊Box #，并在右側(cè)可看到從站處于OP狀態(tài)。

Step4： 通過DO Outputs來寫入 “0”或者“1” 控制LED燈的亮滅，以及可以在TwinCAT界面上看到信號(hào)的波形，如下圖所示。

3.3結(jié)果輸出

控制前后圖9和圖10進(jìn)行對(duì)比，RJ45旁的四個(gè)LED燈（LD12、LD13、LD14和LD15）可為上位機(jī)EtherCAT控制。

4.其他說明

1.針對(duì)不是Intel網(wǎng)卡的電腦，或者沒有RJ45接口的？

可以通過USB網(wǎng)口轉(zhuǎn)換器，并安裝好EtherCAT驅(qū)動(dòng)程序。但是它僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)Demo程序的操作，應(yīng)用受限。建議還是使用Intel網(wǎng)卡，對(duì)應(yīng)的文件及驅(qū)動(dòng)程序在這里給出：Beckhoff Information System - English

2.SSC Tool生成沒有相對(duì)應(yīng)選擇的器件型號(hào)？

建議由原廠提供.xml文件，或卸載SSC Tool重新安裝進(jìn)行文件生成。

3.UART設(shè)置和閃存 SOC在建立工程項(xiàng)目前每一次都需要初始化嗎？

UART設(shè)置和閃存 SOC僅在BOOT MODE設(shè)置使用一次，后續(xù)就無需再次進(jìn)行初始化操作。

4.Python安裝時(shí)所遇到的“pip”問題及解決方法。

當(dāng)運(yùn)用第一種方法進(jìn)行SOC初始化時(shí)，出現(xiàn)下圖情形可直接轉(zhuǎn)到閃存工具安裝錯(cuò)誤總結(jié)和解決方案。鏈接：http://software-dl.ti.com/mcu-plus-sdk/esd/AM243X/08_00_00_21/exports/docs/api_guide_am243x/TOOLS_FLASH.html#TOOLS_FLASH_ERROR_MESSAGES。

解決方案：首先，使用 Ctrl-C 終止腳本的運(yùn)行。 其次，檢查 UART 啟動(dòng)模式開關(guān)設(shè)置是否設(shè)置為UART BOOT，檢查 EVM/LP 的電源是否連接，關(guān)閉 EVM/LP的電源后重啟EVM/LP。最后，重試第一種方法進(jìn)行SOC的初始化。

此外，采取公司內(nèi)網(wǎng)使用pip安裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)error：Could not find a version that satisfies the requirement ，同樣可參考閃存工具安裝錯(cuò)誤總結(jié)和解決方案。鏈接：http://software-dl.ti.com/mcu-plus-sdk/esd/AM243X/08_00_00_21/exports/docs/api_guide_am243x/TOOLS_FLASH.html#TOOLS_FLASH_ERROR_MESSAGES。

5.CCS Debug所遇到的問題及解決方法（情況1）。

產(chǎn)生的原因：由于把SSC Tool整個(gè)生成的文件夾拷貝到stack_sources目錄下所導(dǎo)致的文件路徑索引不對(duì)，下圖可看到路徑解析不存在。

解決方案：1.把所有帶有黃色感嘆號(hào)的文件刪除，并逐個(gè)添加所生成的文件；2，把文件復(fù)制到stack_sources目錄下，重新導(dǎo)入項(xiàng)目。

6.TwinCAT所遇到的問題及解決方法（情況2）。

產(chǎn)生的原因：下圖中所遇到的情況是由于AM243X-LP沒有進(jìn)行SOC的初始化，以及從站未處于初始化狀態(tài)。此時(shí)，TwinCAT無法與主站進(jìn)行聯(lián)系，進(jìn)而無法掃描到從站的I/O。

解決方案：重新初始化板子，并設(shè)置OSPI BOOT。

審核編輯：金巧