内容介绍

FunPack3_4--基于FRDM-MCXN947板卡实现的以太网通讯实验

—— 基于恩智浦 MCXN947 MCU 的低成本设计和评估板

一、项目介绍

此次活动选择任务 2：

使用板卡上的以太网接口连接到电脑上并通过以太网和电脑通信，实现数据传输。要求电脑可以获取到板卡上的温度，触摸和按键信息，并可以通过电脑控制板卡上的 RGB LED 灯（有搭配扩展模块，传感器类的在电脑上显示数据，执行器类的能用电脑控制其工作）

设计思路

确定所需模块内容
- 以太网：Lwip、TCP协议栈
- I2C驱动、P3T1755DP 温度传感器驱动
- 触摸按键 TSI驱动
- CTIMER PWM输出
- 外置扩展 RTC 模块驱动（暂未使用）
软件逻辑
使用LWIP将板卡配置为TCP客户端，使用RAW方式编程，配合Vofa+ 上位机实现温度数据曲线显示、TouchPad状态上传以及上位机RGB控制。

设计框图

二、硬件信息

该板由一个 MCXN947 器件和一个 64 mbit 外部串行闪存 (由 Winbond 公司提供) 组成。

板载资源

P3T1755DP I3C 温度传感器
TJA1057GTK/3Z CAN PHY
以太网 PHY
SDHC 电路（卡槽为 DNP）
RGB LED
触摸板
高速 USB 电路
按钮等 MCU-Link 调试器电路。

板载接口

Arduino 扩展
PMOD 拓展
MicroBus 总线拓展
该板还支持摄像头模块
NXP 低成本 LCD 模块 PAR-LCD-S035
板载 MCU-Link 调试器基于 LPC55S69 MCU

MCU特性

Arm®Cortex®-M33@150MHz（双核）
DSP 加速器（PowerQUAD，带协处理器接口）
SmartDMA（用于并行摄像头接口和键盘扫描等应用的协处理器）
eIQ®Neutron N1-16 神经处理单元
4 个 16 位 ADC（单端）或 2 个 16 位（差分），每个 ADC 集成温度传感器
3 个高速比较器，带有 17 个输入引脚和 8 位 DAC 作为内部参考
2 个 12 位 DAC，采样率高达 1.0MSample/sec
1 个 14 位 DAC，采样率高达 5MSample/sec
3 个功率放大器
5 个 32 位标准通用异步定时器 / 计数器，最多支持 4 个捕获输入和 4 个比较输出、PWM 模式和外部计数输入。可选择特定的定时器事件，以生成 DMA 请求。
SCTimer/PWM
LPTimer
10 个 LP Flexcomm，每个都支持 SPI、I2C、UART
2 个支持 FD 的 FlexCAN 接口、2 个 I3C、2 个 SAI
1 个具有 QoS 的以太网接口
1 个 FlexIO 可编程接口，可作为各种串行和并行接口，包括但不限于显示驱动程序和摄像头接口

三、程序说明

程序流程图

主要函数说明

温度读取

从SDK Manage 内添加p3t1755驱动程序，默认初始化I3C及芯片后，可直接通过接口从芯片读取温度数据。

void APP_GetTempture(double * temperature)

{
	P3T1755_ReadTemperature(&p3t1755Handle, temperature);
}

TSIO 中断函数

在TSI默认的回调函数中判断TouchPad是否被按下，并设置对应的全局变量。

void TSI0_IRQHandler(void)

{

#if BOARD_TSI_ELECTRODE_1 > 15

/* errata ERR051410: When reading TSI_COMFIG[TSICH] bitfield, the upper most bit will always be 0. */

if ((TSI_GetSelfCapMeasuredChannel(APP_TSI) | 0x10U) == BOARD_TSI_ELECTRODE_1)

#else

if (TSI_GetSelfCapMeasuredChannel(APP_TSI) == BOARD_TSI_ELECTRODE_1)

#endif

{

if (TSI_GetCounter(APP_TSI) > (uint16_t)(buffer.calibratedData[BOARD_TSI_ELECTRODE_1] + TOUCH_DELTA_VALUE))

{

KeyFlag = 1;

s_tsiInProgress = false;

}

else

{

KeyFlag = 0;

}

}


/* Clear endOfScan flag */

TSI_ClearStatusFlags(APP_TSI, kTSI_EndOfScanFlag);

SDK_ISR_EXIT_BARRIER;

}

TCP接收回调函数

1.新建连接触发函数

static err_t tcp_server_accept(void *arg, struct tcp_pcb *pcb, err_t err)
{
    /* 分配内存并设置传递给TCP控制块的用户数据 */
    tcp_arg(pcb, mem_calloc(sizeof(struct name), 1));
    
    /* 保存连接的TCP控制块 */
    user_pcb = pcb;
    
    /* 向客户端发送一个连接确认消息 */
    tcp_write(pcb, "hello my dream \n\r", strlen("hello my dream \n\r"), 1);

    /* 设置接收数据时的回调函数 */
    tcp_recv(pcb, tcp_server_recv);

    return ERR_OK;  /* 返回操作成功的状态 */
}

2.接收到一个数据帧触发函数

大部分的处理是在此函数中完成的，主要包括客户端数据处理，并实现RGB的PWM控制。

static err_t tcp_server_recv(void *arg, struct tcp_pcb *pcb, struct pbuf *tcp_recv_pbuf, err_t err)
{
    struct pbuf *tcp_send_pbuf;
    struct name *name = (struct name *)arg;

    if (tcp_recv_pbuf != NULL)  /* 检查是否接收到数据包 */
    {
        /* 扩大TCP接收窗口，通知协议栈已经处理了这些数据 */
        tcp_recved(pcb, tcp_recv_pbuf->tot_len);

        if (!name)  /* 检查用户数据是否有效 */
        {
            pbuf_free(tcp_recv_pbuf);  /* 释放接收到的数据包 */
            return ERR_ARG;  /* 返回参数错误 */
        }

        /* 处理接收到的数据 */
        tcp_send_pbuf = tcp_recv_pbuf;
        char identifier[20];  /* 存储标识符的缓冲区 */
        int value;  /* 存储数值的变量 */

        /* 使用sscanf解析接收到的数据 */
        if (tcp_send_pbuf->len <= sizeof(identifier))
        {
            sscanf(tcp_send_pbuf->payload, "%[^:]:%d", identifier, &value);

            /* 根据标识符更新PWM信号 */
            if (strcmp(identifier, "LED_G") == 0)
            {
                CTIMER_UpdatePwmDutycycle(CTIMER0, CTIMER0_PWM_PERIOD_CH, CTIMER0_PWM_3_CHANNEL, (uint8_t)value);
            }
            else if (strcmp(identifier, "LED_R") == 0)
            {
                CTIMER_UpdatePwmDutycycle(CTIMER0, CTIMER0_PWM_PERIOD_CH, CTIMER0_PWM_0_CHANNEL, (uint8_t)value);
            }
            else if (strcmp(identifier, "LED_B") == 0)
            {
                CTIMER_UpdatePwmDutycycle(CTIMER1, CTIMER0_PWM_PERIOD_CH, CTIMER0_PWM_0_CHANNEL, (uint8_t)value);
            }
        }

        /* 释放接收到的数据包 */
        pbuf_free(tcp_recv_pbuf);
    }
    else if (err == ERR_OK)  /* 如果没有数据包但错误为ERR_OK */
    {
        /* 释放用户数据内存并关闭连接 */
        mem_free(name);
        return tcp_close(pcb);
    }

    return ERR_OK;  /* 返回操作成功的状态 */
}

主函数

int main(void)
{
    /* 将FRO 12M时钟源附加到FLEXCOMM4（调试控制台） */
    CLOCK_SetClkDiv(kCLOCK_DivFlexcom4Clk, 1);
    CLOCK_AttachClk(BOARD_DEBUG_UART_CLK_ATTACH);

    /* 将PLL0时钟源附加到I3C，150MHz / 6 = 25MHz */
    CLOCK_SetClkDiv(kCLOCK_DivI3c1FClk, 6U);
    CLOCK_AttachClk(kPLL0_to_I3C1FCLK);

    /* 初始化引脚配置、时钟、外设和调试控制台 */
    BOARD_InitPins();
    BOARD_InitBootClocks();
    BOARD_InitPeripherals();
    BOARD_InitDebugConsole();

    /* 初始化温度传感器、网络模块和触摸板 */
    APP_Temp_Init();
    APP_Net_Init();
    APP_TouchPad_Init();

    while (1)
    {
        static uint16_t scnt = 0;
        
        /* 每60,000次循环周期执行一次 */
        if(60000 == scnt++)
        {
            scnt = 0;
            
            /* 获取环境温度并格式化字符串 */
            APP_GetTempture(&EnvTemp);
            char buffer[] = "test_hellowo,2";
            sprintf(buffer, "Temp:%.2f,%d\r\n", EnvTemp, KeyFlag);
            
            /* 打印温度到调试控制台 */
            PRINTF("Temperature:%f \r\n", EnvTemp);
            
            /* 发送温度数据到网络 */
            APP_Net_Send(buffer, sizeof(buffer));
        }

        /* 处理以太网输入和系统超时检查 */
        ethernetif_input(&netif);
        sys_check_timeouts();
    }
}

MCUXPresso Config Tool 相关配置

IO相关配置

在外设信号选项卡页面找到相应外设；
在外设引脚上选择复用的IO口；
保存并更新代码

外设配置

在组件选项卡内添加相应外设；
在右下角提示窗口根据错误提示添加SDK、配置对应时钟和PIN脚；
根据手册或教程配置参数；
更新代码。

四、总结

这是一次非常好的新MCU上手体验，官方提供了非常多的入门博客、完善的RTT资料和强大的MCUXpresso IDE 工具包，完善的外设驱动库，让开发者无痛上手。
这此的选题是网络协议栈相关，现工作内容与以太网没有太多接触，但是对于新的技术栈还是非常感兴趣的，在此次活动当中，对LWIP组件、以太网、TCP协议栈多了一层理解。
跟随大家的脚步，做了图像识别相关的实验，希望有机会将摄像头驱动、模型训练这一套玩起来。