高速SPI以太网控制芯片-W5200
高速以太网芯片W5300的原理及应用
小型操作系统的支持 ， 软件 执行效率 低下 ， 稳定 性 和可靠性 方面也表现欠佳 ， 很难适应 高速 、 高可靠性 的网络通 信要求 。 本文介绍 了一 种高速的 以太 网互联 芯片 Ｗ５ ３ ０ ０的工作 原理
Ｗ５ ３ ０ ０正常 工作 需要 ＋３ ． ３ Ｖ 和 ＋１ ． ８ Ｖ 两种 电源 。 ＋１ ． ８ Ｖ电源为其 内核 系统 供 电， ＋３ ． ３ Ｖ 电源 为接 口等 部 件供电 。通过内部 自带的 ＋１ ． ８ Ｖ电源 调整器 ， 可 将外部输 入＋ ３ ． ３ Ｖ电源 直接稳 压到 ＋１ ． ８ Ｖ， 而无 需 外加 电源 调 整
关键词 ： 以太网；数据通信 ；Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ
中图分类号 ： Ｔ Ｎ ９ １ ９ ． ３ ４
文献标识码 ： Ａ 图１ 为 Ｗ５ ３ ０ ０内部结构框 图。
Ｏ 引言
当今社会 已步入互联 网和物 联 网的时代 ， 在 家用 电器 ，
工业控制以及航 空航天等领域 ， 各种设备都具备 了网络接 口 功能 ， 通过强 大的网络 ， 可 以实现远程控制及数据传输 。 传统的 以太 网实 现方案 中， 硬件 上 采用 主控 Ｃ Ｐ Ｕ外扩
Ｗ５ ３ ０ ０ 内含主机接 口管理 单元 ， 存储 器管 理单 元 ， 寄存 器管理单元 以及介质 接 口管 理单元 。主机接 口管 理单 元根 据数据总线 的宽度或 主机接 口 模式， 检测 主机 总线信 号 ， 管 理读写操作 。寄存器管理单元管理模式寄存 器 ， 通用 寄存器 和端 口寄存器 。存储 器 管理单 元管 理 内部 １ ２ ８ ｋ字节 的数 据存储器 ， 组成 １ ６个 ８ ｋ 字节 的双端 口 Ｒ Ａ Ｍ 。可 以由主机
在Nucleo STM32F401RE上使用SPI DMA方式提高W5500传输速率
在Nucleo STM32F401RE上使用SPI DMA方式提高
W5500传输速率
WIZnet W5500 支持高达80MHz SPI 时钟，所以用户可用MCU来提供一个最大传输速率的高速以太网SPI通讯。
本文中，我将展示如何用STM32 MCU来让W5500达到最大传输速率。
当使用来自STMicro的Cortex M3/M4产线的32位处理器，以太网传输速率可以在使用SPI通讯模式事产生最大变化。
我将比较使用SPI标准模式和SPI DMA模式的不同传输速率。
组成
MCU : Nucleo STM32F401RE
以太网控制器: WIZnet WIZ550io(内嵌W5500)
引脚连接MCU与WIZnet WIZ550io之间的引脚连接，请参见下表。
首先，连接电源线。
其次，连接SPI信号。
连接SCS 引脚到GPIOA_Pin12，因为我将用软件方法处理它。
第三，连接RSTn 引脚到GPIOA_Pin11 来复位WIZ550io.
最后，用GPIOA_pin1这个引脚连接到W550io的RDY引脚上完成初始化. RSTn 引脚和RDY 引脚的连接并不至关重要，但是连上更稳定.
怎样实现SPI协议
SPI 协议控制W5500和在SPI标准模式及SPI DMA模式是相同的。
然而，这两种模式之间的不同是，在SPI总线的数据之间的空闲时间。
用于W5500的SPI协议在WIZnet ioLibrary中W5500.c中提供，具有如下功能。
W5500以太网芯片及模块使用
W5500以太网芯片及模块使用
一、模块介绍
是以太网转spi接口的，模块上有3个led和一个复位按钮，灯的含义是：
LINKLED
网络连接指示灯（Link LED）
显示当前连接状态：
低电平：连接建立；
高电平：未连接；
DUPLED
全/半双工指示灯（Duplex LED）
显示当前连接的双工状态：
低电平：全双工状态；
高电平：半双工状态；
ACTLED
活动状态指示灯（Active LED）
显示数据收/发活动时，物理介质子层的载波侦听活动情
况：
低电平：有物理介质子层的载波侦听信号；
高电平：无物理介质子层的载波侦听信号；
但貌似配置成全双工100M的速度也没什么增加，哪里出问题了呢？我现在使用18M的spi，使用wiz官方loopback软件测试速度为5Mb/s左右，好慢啊(/ □ \)
二、模块驱动
注意：在官网上有人共享了github的库函数驱动，不过是C99标准的，这一段Keil的c编译器支持好像有问题，而且对于是库函数很
致命，使用寄存器则无所谓
比如：ctlsocket和ctlwizchip函数的参数会因C99和C89的强转void类型定义不同，使其失效。
eg：0x0000不会错，0x0010可能会篡改成0x4e3c。
W5200数据手册
4
iEthernetW5200
7.4.3 7.4.4 8 9 10
SPI 时钟图 ............................................................................77 变压器特性 ..........................................................................78
4
寄存器说明 ...........................................................................................15 4.1 4.2
5
功能说明 ..............................................................................................40 5.1 5.2
1
iEthernetW5200
目ห้องสมุดไป่ตู้应用
W5200非常适合许多嵌入式应用，包括： 家庭网络设备: 机顶盒、个人录像机、数码媒体适配器 串行转以太网:门禁控制、LED 显示屏、无线AP继电器等 并行转以太网: POS/微型打印机、复印机 USB转以太网: 存储设备、网络打印 GPIO转以太网: 家庭网络传感器 安全系统: 数字录像机、网络摄像机、信息亭 工厂和楼宇自动化控制系统 医疗监测设备 嵌入式服务器
内存图(Memory Map)................................................................................12 W5200 寄存器 .......................................................................................13 3.1 3.2 通用寄存器 ................................................................................13 Socket寄存器 .............................................................................14 通用寄存器 ................................................................................15 Socket 寄存器 ............................................................................22 初始化 .....................................................................................40 数据通信 ..................................................................................42 5.2.1 TCP ...................................................................................43 TCP 服务器 ....................................................................44 TCP 客户端 ....................................................................51 单播和广播方式 ...............................................................52
引脚介绍
nLINKLED/M0
O
5
连接LED指示。
低电平：10M/100M连接；高电平：未连接
闪烁：TX或RX状态。
XTALVDD
I
16
通过一个10uF和0.1uF的电容到地。
对W5200供电电源设计的建议：
1）本地的去耦电容应当尽量靠近W5200；
2）地线应尽量布得很宽；
3）如果地线空间足够的话，应尽量将模拟地和数字地分开；
4）如果地线空间有限，最好就把数字地和模拟地合在一起，这样比分开布线效果更好。
（5）时钟信号
（1）与MCU接口的信号
与MCU接口的信号如表6-1所示。
表6-1与MCU接口的信号
符号
类型
引脚号
描述
nRST
I
46
RESET（低电平有效）。该引脚输入低电平将初始化或重新初始化W5200。RESET信号必须持续至少2us，恢复高电平至少150ms后，PLL逻辑电路稳定。
nSCS
I
41
SPI从模式片选（低电平有效）。该引脚输入低电平使SPI接口有效。
I
20
RXIP/RXIN信号对。介质的差分数据信号由RXIP/RXIN端输入。
RXIN
I
21
TXOP
O
17
TXOP/TXON信号对。差分数据信号从TXOP/TXON端输出到外部介质。
TXON
O
18
BIAS
O
12
偏置电阻。通过一个28.7㏀±1%电阻连接到地。
ANE
I
29
自动握手模式允许。该引脚允许/禁止自动握手模式：
nINT
O
WIZnet
特点
目标应用
特点
10BaseT/100BaseTX以太网物理层（PHY） 全硬件TCP/IP协议栈处理 支持8个独立端口（Socket）同时通讯 内部32KB收发缓存 支持低功耗，支持网络唤醒，支持自动协商 快速SPI接口 3.3V工作电压，I/O信号口5V耐压； 48引脚LQFP无铅封装
目标应用
WIZnet
1998年创立于韩国的半导体公司
01 产品范围
03 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5500
目录
02 应用领域
基本信息
WIZnet是一家知名半导体公司，总部位于韩国首尔市，于1998年创立。在全球设立了三个分公司，分别在美 国加利福尼亚，德国法兰克福，中国香港。
WIZnet专注于全硬件TCP/IP以太网芯片的研发，立足于全球市场，为单片机等嵌入式网络终端设备提供更加 简洁、高效、安全、稳定的以太网接入方案。其独有的全硬件TCP/IP协议栈技术，使得以太网系列芯片广泛应用 于工业自动化、金融机具、智能家居、安防等领域。
产品范围
产品范围
全硬件TCP/IP以太网单芯片，Soc全硬件TCP/IP控制器，网络模块，无线模块，串口转以太网模块，S2E模 块，开源硬件。
全硬件TCP/IP以太网单芯片 W3150A+（全硬件TCP/IP协议栈+MAC） W5100（全硬件TCP/IP协议栈+MAC+PHY） W5200（全硬件TCP/IP协议栈+MAC+PHY） W5300（全硬件TCP/IP协议栈+MAC+PHY） W5500（全硬件TCP/IP协议栈+MAC+PHY） W5100S（全硬件TCP/IP协议栈+MAC+PHY） W6100（全硬件TCP/IP协议栈IPv4/IPv6+MAC+PHY） Soc全硬件TCP/IP控制器
基于单片机的串口转以太网设计
基于单片机的串口转以太网设计摘要：随着计算机通信技术和网络技术的发展,在嵌入式系统中集成以太网口实现与其它计算机设备之间的高速数据传输就显得尤为重要。
本文结合以太网接口芯片W5500的主要特点、芯片引脚定义、内部寄存器使用说明，设计了一款基于STM32芯片与W5500高速以太网控制芯片的嵌入式以太网系统，充分发挥了STM32 芯片的Cortex-M3 内核低成本低功耗的特性，同时该设计直接使用W5500固化的TCP/IP协议站，提高了系统的性能。
关键词：以太网以太网接口W5500芯片随着嵌入式系统与网络的密切关系和TCP-IP网络的迅速普及，TCP-IP网络在工业领域具有良好的应用前景。
与过去工业领域广泛使用的串行传输相比，TCP/IP连接器网络具有更宽的带宽、更快的传输速度、更远的传输距离和更广泛的通信服务等特点[1]。
由于TCP和IP通信环境的多样性，很难根据其基本IP环境自动纠正数据传输错误。
由于串行通信的传输方式容易受到普通模式的干扰，因此抗干扰能力差，传输容易出错。
在实际应用中，如果不超过最大传输长度，串行端口的最大传输速度为115200比特/秒[2]。
本文设计的以太网系统允许设备使用串口进行数据传输访问网络，包括串口通信、内置微控制器驱动程序、协议移植和服务器构建。
1系统硬件设计本系统设计采用STM32F103C8T6微控制器和W5500芯片搭建的网络系统，串口转网络硬件系统主要包括微处理器模块、以太网控模块、电源模块、电平转换、网口设计等。
其中，以太网芯片W5500与微控制器芯片STM32F103C8T6之间采用SPI接口，电源电路包含了微控制器芯片STM32F103C8T6所引出的两个串口。
2系统软件设计系统软件设计包含串口相关配置、TCP通信的实现、UDP通信的实现等。
由于W5500强化了协议，所以需要设计与套接字的接口。
这不仅简化了设计过程，还降低了微控制器的处理能力和系统资源的使用。
W5300使用总结
W5300使用总结W5300是一款由 WIZnet 公司开发的以太网控制器芯片，具有高性能和低功耗的特点。
它可以广泛应用于各种嵌入式网络应用领域，例如工业控制、自动化设备、智能家居等。
下面是对W5300使用总结的一些要点。
首先，W5300具有较高的数据传输速率。
该芯片支持最高 80Mhz的SPI时钟，可以实现高达10Mbps的以太网速率。
除此之外，W5300还内置了16KB的TX缓冲区和16KB的RX缓冲区，可以有效地管理数据的传输和处理，提高了系统的处理效率。
其次，W5300具备良好的网络协议支持能力。
它支持TCP/IP和UDP/IP协议栈，可以通过简单的命令和API函数实现网络连接和数据传输。
此外，W5300还支持PING、ARP、ICMP等网络协议，可以方便地进行网络测试和故障排除。
第三，W5300具有灵活的硬件接口。
它提供了多种外设接口选项，例如SPI、串口、并行接口等，可根据实际需求选择合适的接口类型。
此外，W5300还支持自动MDI/MDIX功能，可以自动适应直通线缆或交叉线缆，方便用户进行网络连接。
第四，W5300具有可靠的网络连接保持能力。
它支持硬件 TCP/IP 协议栈，具有断线重新连接、自动重传等功能，能够在网络连接不稳定的情况下保持稳定的数据传输。
同时，W5300还支持多连接（Multi Socket）功能，可以同时和多个远程主机进行通信，提高系统的灵活性和并发性。
最后，W5300具有低功耗和低成本的特点。
它采用了先进的低功耗设计，支持多种省电模式，可以有效地降低系统能耗。
此外，W5300的价格相对较低，性价比较高，适合中小规模的嵌入式网络应用。
综上所述，W5300是一款性能优异、功能丰富、灵活可靠的以太网控制器芯片。
通过使用W5300，用户可以轻松实现各种嵌入式网络应用，如传感器网络、智能家居、工业监控等。
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高速SPI以太网控制芯片-W5200
引言：您是否尝试过用硬件来实现TCP/IP协议栈功能？现在WIZnet公司的全硬件TCP/IP 协议栈芯片就可以轻松地实现这一功能并为您的系统带来更大的稳定性和高速的表现。
W5200的SPI总线是特制的高速总线，而且支持休眠模式，有32K的发送和接收缓存，有多达8个套接字供用户使用，尤其是它48个引脚的小巧封装赢得了客户的青睐。
接下来就
随我一起来走近它。
（W5200芯片封装图）
W5200是支持硬件TCP/IP协议的以太网控制芯片，支持SPI总线接口的网络连接。
通过使用SPI接口，对于引脚间距离量的降低可以使小型的嵌入式系统得到轻松地实现。
对于支持硬件TCP/IP协议的W5200芯片通过多年在相关适当领域的应用，其可用性已经被证明，同时提供了很多相关的网络协议，例如TCP，UDP，IPV4，ICMP，ARP，IGMP，PPPoE等等。
W5200芯片不但内嵌有以太网物理层，还有MAC子层，为顺畅的网络连接提供各种必需的解决方案。
同时，在能源相关领域，W5200提供有休眠模式，最大程度的降低能源消耗。
特性：
支持硬件TCP/IP协议：TCP,UDP,ICMP,IGMP,IPv4,ARP,PPPoE,以太网等。
支持高速SPI总线（SPI Mode 0,3）
支持八个独立的套接字同时连接
支持休眠模式
支持网络唤醒
内嵌10、1000Mbps以太网物理层
支持自动应答（全双工/半双工模式）
支持自动极型变换
支持ADSL连接（支持PPPoE协议，带PAR/CHAP验证）内部32K字节存储器做TX/RX缓存
3.3伏工作电压，I/O口可承受5V电压
无铅封装
多种指示灯信号输出（全双工/半双工模式连接）。