Funpack3-4 基于FRDM-MCXN947的以太网通讯工具

内容介绍

项目介绍

这里是我参加Funpack第三季第四期活动的任务总结报告，我所完成的是任务二，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。

大体上经过以下步骤：

开发工具与配置
本次板卡的开发将使用官方提供的IDE工具，首先通过MCUpress配置工具中的引脚配置工具，对相应的触摸按键、实体按键、温度传感器、LED以及网口引脚进行配置。
驱动程序移植
大部分外设的驱动程序已有现成的例程可供参考，我们只需移植相关部分即可。
TCP连接通讯功能
我们将在此基础上添加TCP连接通讯功能。通讯部分包括数据发送与接收：
- 发送：当两种按键被触发时，系统会通过以太网向PC端发送相应的数据；定时发送板载温度传感器的数据及手势传感器的接近数据。
- 接收：系统能够接收来自PC端控制LED灯亮灭状态的数据，从而实现对板上LED灯的控制。

通过以上步骤的实施，我们可以有效地实现板卡的功能并确保其与PC端的顺畅通讯。

主要硬件介绍

MCXN947 微控制器单元 (MCU)：基于双高性能 Arm Cortex-M33 核心，最高运行频率可达 150 MHz。
包含 2 MB 的闪存、可配置的全 ECC RAM、DSP 协处理器以及集成的专有神经处理单元 (NPU)。
电源供应：5V 输入电源，可通过 USB Type-C 接口、5V 调节器或 Arduino Shield 兼容头提供。
时钟：提供 24 MHz 系统参考时钟、32.768 kHz 实时时钟 (RTC) 和 50 MHz 以太网 PHY 时钟输入。
USB 接口：高速 (HS) USB 模块，通过 USB Type-C 连接器提供。
闪存：支持 64 Mbit QSPI 闪存 (Winbond W25Q64JVSSIQ) 或 512 Mbit Octal 闪存 (Micron MT35XL512ABA1G12)。
温度传感器：支持 NXP P3T1755DP I3C 温度传感器。
以太网：10/100 Mbit/s (RMII) 局域网通过 LAN8741 以太网 PHY 和 RJ45 连接器提供。
I/O 头：兼容 Arduino shields、MikroBUS、相机模块、LCD 模块和 Pmod 板。
CAN 接口：通过 TJA1057GTK/3Z CAN PHY 和 4 针 CAN FD 连接器提供。
触摸板：提供触摸感应输入。
调试接口：板载 MCU-Link 调试探针，支持 CMSIS-DAP 和 SEGGER J-Link 协议选项。
状态指示 LED：包括 RGB LED 和其他用于指示电源状态和复位状态的 LED。
连接器和跳线：提供多种类型的连接器和跳线，用于不同的功能和配置选项。
其他：支持 microSDHC 卡槽 (默认不安装)，以及用于连接相机模块和 NXP 低成本 LCD 模块的接口。

这些资源为开发者提供了广泛的硬件支持，适用于各种开发和评估任务。如嵌入式系统开发，机器学习和人工智能，传感器数据采集。

主要软件介绍

在软件开发上，官方提供了丰富的例程，我们可以通过移植或模仿例程中的代码，从而驱动我们所要使用的外设

我选择在该例程的基础上进行移植工作

先对板子的引脚进行配置，在项目程序上右键，打开引脚

在下方的路由详情那，点击加好添加自己所要用到的引脚

接下来就是添加自己的业务代码了

添加了几个文件，第一个箭头是板子上的温度传感器驱动程序，从官方例程中移植来，第二个是软件I2C的程序，用于驱动手势传感器，第三个箭头则是创建一个tcp服务器，从网上的lwip讲解中移植而来。

void other1_init(){
	/* Define the init structure for the input switch pin */
	gpio_pin_config_t sw_config = {
		kGPIO_DigitalInput,
		0,
	};
	/* Define the init structure for the output LED pin */
	gpio_pin_config_t led_config = {
		kGPIO_DigitalOutput,
		1,
	};
    CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Gpio0);
    GPIO_SetPinInterruptConfig(BOARD_SW_GPIO, BOARD_SW_GPIO_PIN, kGPIO_InterruptFallingEdge);
    EnableIRQ(BOARD_SW_IRQ);
    GPIO_PinInit(BOARD_SW_GPIO, BOARD_SW_GPIO_PIN, &sw_config);
    /* Init output LED GPIO. */
    GPIO_PinInit(BOARD_LED_GPIO, BOARD_LED_GPIO_PIN, &led_config);
    PRINTF("other1_init\r\n");
}

这个是板子上的实体按键及led驱动初始化程序，其中按键引脚绑定了中断函数，在按键按下时，会触发中断并设置标志位，并主循环中进行处理相关业务

void other2_init(){
    volatile uint32_t i = 0;
    tsi_selfCap_config_t tsiConfig_selfCap;
    lptmr_config_t lptmrConfig;
    memset((void *)&lptmrConfig, 0, sizeof(lptmrConfig));

    /* Enables the clk_16k[1] */
    CLOCK_SetupClk16KClocking(kCLOCK_Clk16KToVsys);
    /* attach FRO HF to SCT */
    CLOCK_SetClkDiv(kCLOCK_DivTsiClk, 1u);
    CLOCK_AttachClk(kCLK_IN_to_TSI);
    /* Configure LPTMR */
    LPTMR_GetDefaultConfig(&lptmrConfig);
    /* TSI default hardware configuration for self-cap mode */
    TSI_GetSelfCapModeDefaultConfig(&tsiConfig_selfCap);
    /* Initialize the LPTMR */
    LPTMR_Init(LPTMR0, &lptmrConfig);
    /* Initialize the TSI */
    TSI_InitSelfCapMode(APP_TSI, &tsiConfig_selfCap);
    /* Enable noise cancellation function */
    TSI_EnableNoiseCancellation(APP_TSI, true);
    /* Set timer period */
    LPTMR_SetTimerPeriod(LPTMR0, USEC_TO_COUNT(LPTMR_USEC_COUNT, LPTMR_SOURCE_CLOCK));
    NVIC_EnableIRQ(TSI0_IRQn);
    TSI_EnableModule(APP_TSI, true); /* Enable module */
    PRINTF("\r\nTSI_V6 Self-Cap mode Example Start!\r\n");
    /*********  CALIBRATION PROCESS ************/
    memset((void *)&buffer, 0, sizeof(buffer));
    TSI_SelfCapCalibrate(APP_TSI, &buffer);
    /* Print calibrated counter values */
    for (i = 0U; i < FSL_FEATURE_TSI_CHANNEL_COUNT; i++)
    {
        PRINTF("Calibrated counters for channel %d is: %d \r\n", i, buffer.calibratedData[i]);
    }
    /********** HARDWARE TRIGGER SCAN ********/
    PRINTF("\r\nNOW, comes to the hardware trigger scan method!\r\n");
    TSI_EnableModule(APP_TSI, false);
    TSI_EnableHardwareTriggerScan(APP_TSI, true);
    TSI_EnableInterrupts(APP_TSI, kTSI_EndOfScanInterruptEnable);
    TSI_ClearStatusFlags(APP_TSI, kTSI_EndOfScanFlag);
    TSI_SetSelfCapMeasuredChannel(APP_TSI,
    BOARD_TSI_ELECTRODE_1); /* Select BOARD_TSI_ELECTRODE_1 as detecting electrode. */
    TSI_EnableModule(APP_TSI, true);
    INPUTMUX_AttachSignal(INPUTMUX0, 0U, kINPUTMUX_Lptmr0ToTsiTrigger);
    LPTMR_StartTimer(LPTMR0); /* Start LPTMR triggering */
}

这个则是板子的触摸按键的初始化部分，NXP FRDM-MCXN947 开发板上的触摸按键通过触摸感应输入（Touch sensing input, TSI）实现。具体来说，开发板上有一个触摸滑块（Touch Slider），它连接到目标微控制器的 TSI 输入通道。这种设计允许我们通过触摸操作来实现按钮功能，如滑动或按下动作。

触摸感应输入（TSI）：微控制器内置的 TSI 模块能够检测触摸滑块上的触摸事件。TSI 通过一组电极检测触摸，并将其转换为电信号。
触摸滑块：开发板上的触摸滑块是用户直接接触的部分，用户可以通过滑动或触摸来触发不同的功能。
信号处理：TSI 模块会处理触摸滑块上的信号，并将其转换为微控制器可以识别的数字信号。
软件配置：需要在微控制器的固件中配置 TSI 功能，包括设置电极数量、灵敏度、中断触发条件等。
用户交互：开发板上的触摸按键可以用于实现各种用户交互功能，如调节音量、切换菜单、控制设备等。
去抖动：触摸按键通常会配备去抖动电路，以确保触摸信号的稳定性和准确性。去抖动电路可以是硬件实现，也可以通过软件算法实现。

通过这种设计，NXP FRDM-MCXN947 开发板能够提供一种无需物理按键的交互方式，使得用户界面更加直观和现代。

void other3_init(){
    status_t result = kStatus_Success;
    i3c_master_config_t masterConfig;
    p3t1755_config_t p3t1755Config;
    /* Attach PLL0 clock to I3C, 150MHz / 6 = 25MHz. */
    CLOCK_SetClkDiv(kCLOCK_DivI3c1FClk, 6U);
    CLOCK_AttachClk(kPLL0_to_I3C1FCLK);
    PRINTF("\r\nI3C master read sensor data example.\r\n");
    I3C_MasterGetDefaultConfig(&masterConfig);
    masterConfig.baudRate_Hz.i2cBaud          = EXAMPLE_I2C_BAUDRATE;
    masterConfig.baudRate_Hz.i3cPushPullBaud  = EXAMPLE_I3C_PP_BAUDRATE;
    masterConfig.baudRate_Hz.i3cOpenDrainBaud = EXAMPLE_I3C_OD_BAUDRATE;
    masterConfig.enableOpenDrainStop          = false;
    masterConfig.disableTimeout               = true;
    I3C_MasterInit(EXAMPLE_MASTER, &masterConfig, I3C_MASTER_CLOCK_FREQUENCY);
    /* Create I3C handle. */
    I3C_MasterTransferCreateHandle(EXAMPLE_MASTER, &g_i3c_m_handle, &masterCallback, NULL);
    result = p3t1755_set_dynamic_address();
    if (result != kStatus_Success)
    {
        PRINTF("\r\nP3T1755 set dynamic address failed.\r\n");
    }
    p3t1755Config.writeTransfer = I3C_WriteSensor;
    p3t1755Config.readTransfer  = I3C_ReadSensor;
    p3t1755Config.sensorAddress = SENSOR_ADDR;
    P3T1755_Init(&p3t1755Handle, &p3t1755Config);
}

这是板子的p3t1755温度传感器的初始化部分，这个传感器支持 I3C 通信协议，允许通过 I3C 接口与微控制器进行通信，以获取温度数据。I3C 接口是一种用于嵌入式系统和传感器的串行通信接口，它支持多主设备和多从设备，以及更高的数据传输速率，从而简化了系统设计并提高了效率。

void tcp_pyqt5_send(uint8_t *buf,uint8_t buf_len){
	if(pcb_1 != NULL)
		tcp_write(pcb_1, buf, buf_len, 1);
}
static err_t tcpecho_recv(void *arg,
					 struct tcp_pcb *tpcb,
					 struct pbuf *p,
					 err_t err)
{
 if (p != NULL)
 {
	 /* 更新窗口*/
	 tcp_recved(tpcb, p->tot_len);
	 strncpy(recv_str,p->payload,p->len);
	 recv_str[p->len]= '\0';
	 /* 返回接收到的数据*/
//	 tcp_write(tpcb, p->payload, p->tot_len, 1);
	 PRINTF("recv: %s\r\n",recv_str);
	 GPIO_PortToggle(BOARD_LED_RED_GPIO, 1U << BOARD_LED_RED_GPIO_PIN);
	 memset(p->payload, 0 , p->tot_len);
	 pbuf_free(p);
 }
 else if (err == ERR_OK)
 {
	 return tcp_close(tpcb);
 }
 return ERR_OK;
}
static err_t tcpecho_accept(void *arg,
						 struct tcp_pcb *newpcb,
						 err_t err)
{
 tcp_recv(newpcb, tcpecho_recv);
 pcb_1=newpcb;
 PRINTF("accept success\r\n");
 return ERR_OK;
}
void TCP_Echo_Init(void)
{
 struct tcp_pcb *pcb = NULL;
 /* 创建一个TCP控制块  */
 pcb = tcp_new();
 /* 绑定TCP控制块 */
 tcp_bind(pcb, IP_ADDR_ANY, TCP_ECHO_PORT);
 /* 进入监听状态 */
 pcb = tcp_listen(pcb);
 /* 处理连接 */
 tcp_accept(pcb, tcpecho_accept);
}

这是tcp服务器部分，构建了一个简单的 TCP 回显服务器，能够接受来自客户端的连接，接收数据并打印，同时可以向客户端发送数据。LED 的状态变化用于指示有数据接收事件发生。这一过程涉及对 TCP 协议相关操作的管理，包括连接、数据接收与发送等。

   while (1)
    {
        /* Poll the driver, get any outstanding frames */
        ethernetif_input(&netif);
        sys_check_timeouts(); /* Handle all system timeouts for all core protocols */
		if (g_ButtonPress)
		{
			PRINTF(" %s is pressed \r\n", BOARD_SW_NAME);
			/* Toggle LED. */
//			GPIO_PortToggle(BOARD_LED_GPIO, 1U << BOARD_LED_GPIO_PIN);
			/* Reset state of button. */
			send_data(0xbb,1,0);
			g_ButtonPress = false;
		}
		if(!s_tsiInProgress){
            PRINTF("touched\r\n");
            send_data(0xcc,1,0);
            s_tsiInProgress=true;
		}
		temperature_data_send();
		SDK_DelayAtLeastUs(200*1000, CLOCK_GetCoreSysClkFreq());
		readProximity(&proximity_data);
//		PRINTF("::%d\r\n",proximity_data);
		send_data(0xdd,proximity_data,0);
		SDK_DelayAtLeastUs(300*1000, CLOCK_GetCoreSysClkFreq());
    }

这是主任务循环中，不断检测是否触发了事件，并对事件进行相应的处理，同时发送温度及手势传感器的接近值数据

效果展示

上位机的界面

显示相应的数据

总结

在本次活动中，学习了如何使用pyqt5进行上位机的制作。在过程中遇到的问题，通过百度搜索都能找到适合的答案，使自我得到了提升，感谢硬禾学堂平台。