以太網(wǎng)控制器W5200

1、第六章 以太網(wǎng)控制芯片W5200 6.1 以太網(wǎng)簡(jiǎn)介 6.2 以太網(wǎng)控制芯片W5200的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu) 6.3 數(shù)據(jù)通信6.1以太網(wǎng)簡(jiǎn)介n以太網(wǎng)（Ethernet）是一種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。它不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)，是一種技術(shù)規(guī)范。該規(guī)范定義了在局域網(wǎng)（LAN）中采用的電纜類型和信號(hào)處理方法。IEEE制定的IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)給出了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它規(guī)定了包括物理層的連線、電信號(hào)和介質(zhì)訪問(wèn)層協(xié)議的內(nèi)容。 常用以太網(wǎng)接口 以太網(wǎng)的發(fā)展n標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)n10Mbps的吞吐量n使用的是帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)（CSMA/CD）的訪問(wèn)控制方法n距離通常在100米以內(nèi)n快速以太網(wǎng)n100Mpbs n支

2、持3、4、5類雙絞線以及光纖的連接，能有效的利用現(xiàn)有的設(shè)施 以太網(wǎng)的發(fā)展n千兆以太網(wǎng)n采用了與10M以太網(wǎng)相同的幀格式、幀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、全/半雙工工作方式、流控模式以及布線系統(tǒng)，因此可與10M或100M的以太網(wǎng)很好地配合工作n萬(wàn)兆以太網(wǎng)n1999年，以太網(wǎng)速度提升到1G，開始進(jìn)入城域網(wǎng) n現(xiàn)在以太網(wǎng)提升到了10G，即萬(wàn)兆，可直接應(yīng)用于廣域網(wǎng) 6.2 以太網(wǎng)控制芯片W5200的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)n傳統(tǒng)的以太網(wǎng)控制器僅將PHY和MAC整合到同一個(gè)芯片中，然后通過(guò)軟件方式實(shí)現(xiàn)IP層及以上協(xié)議。 n在W5200中，它是整合了前四層的協(xié)議，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層，通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議棧

3、。開發(fā)者無(wú)需專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，如同控制外部存儲(chǔ)器一樣簡(jiǎn)單，為用戶提供了最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)介入方法。全硬件TCP/IP協(xié)議棧完全獨(dú)立于主控芯片，可以降低主芯片負(fù)載且無(wú)需移植繁瑣的TCP/IP協(xié)議棧，便于產(chǎn)品更新。 W5200的特點(diǎn)的特點(diǎn) nW5200支持硬件TCP/IP協(xié)議，包括TCP、UDP、ICMP、IPv4、ARP、IGMP、PPPoE和以太網(wǎng)的PHY和MAC層，TCP/IP協(xié)議的硬件實(shí)現(xiàn)，使得應(yīng)用協(xié)議的實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單容易； n支持8個(gè)獨(dú)立的端口（SOCKET）同時(shí)工作，可同時(shí)工作在不同的工作模式； n支持低功耗模式，并支持網(wǎng)絡(luò)喚醒，最大程度地減少功率消耗和發(fā)熱； n支持高速SPI接口（SPI MOD

4、E 0, 3），SPI的時(shí)鐘最高可達(dá)到80MHz，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸速率； n支持高速SPI接口（SPI MODE 0, 3），SPI的時(shí)鐘最高可達(dá)到80MHz，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸速率； n內(nèi)嵌10BaseT/100BaseTX以太網(wǎng)物理層（PHY）； n支持自動(dòng)握手（全雙工/半雙工，10/100M）；支持MDI/MDIX自動(dòng)翻轉(zhuǎn)功能。 nW5200還支持ADSL連接（帶PAP/CHAP認(rèn)證模式的PPPoE協(xié)議）； n但不支持IP 分片； n具有多功能LED 指示輸出（全雙工/ 半雙工，連接，速度等）； nW5200工作電壓為3.3V，但端口可承受5V電壓，采用8腳QF

5、N無(wú)鉛環(huán)保封裝。 W5200的結(jié)構(gòu)n由左圖可以看出，W5200集成了網(wǎng)絡(luò)通信的所有協(xié)議部件，通過(guò)SPI接口與微控制器（MCU）進(jìn)行連接就可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信的應(yīng)用，不需要處理復(fù)雜的以太網(wǎng)控制。 W5200的引腳 各個(gè)引腳的功能分類n（1）與MCU接口的信號(hào)n（2）物理層PHY信號(hào)n（3）其它信號(hào)n（4）電源引腳n（5）時(shí)鐘信號(hào)n（6）LED信號(hào)W5200的存儲(chǔ)器 n W5200的存儲(chǔ)器組成：n通用寄存器、n端口（SOCKET）寄存器nTX存儲(chǔ)器和nRX存儲(chǔ)器組成 通通用用寄寄存存器器 通用寄存器n模式寄存器MR R/W 0 x0000 0 x00 ：n用于實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)位，并可設(shè)置Ping允許控制和

6、PPPoE允許控制 n網(wǎng)關(guān)IP地址寄存器GAR R/W 0 x0001 0 x0004 0 x00：n這些寄存器設(shè)置默認(rèn)的網(wǎng)關(guān)IP地址 n子網(wǎng)掩碼寄存器SUBR R/W 0 x0005 0 x0008 0 x00：n這些寄存器設(shè)置子網(wǎng)掩碼 n本機(jī)物理地址寄存器SHAR R/W 0 x0009 0 x000E 0 x00：n這些寄存器設(shè)置本機(jī)物理地址 n本機(jī)IP地址寄存器SIPR R/W 0 x000F 0 x0012 0 x00：n這些寄存器用于設(shè)置本機(jī)IP地址 通用寄存器n重試時(shí)間值寄存器RTR R/W 0 x0017 0 x0018 0 x07D0 ：n當(dāng)執(zhí)行CONNECT、DISCON、

7、CLOSE、SEND、SEND_MAC和SEND_KEEP 命令時(shí)，如果對(duì)端沒(méi)有響應(yīng)，或響應(yīng)延遲，則會(huì)產(chǎn)生重新傳送的過(guò)程。重試時(shí)間值寄存器RTR用于配置重新傳送的超時(shí)時(shí)間周期（單位是100us）n重試計(jì)數(shù)寄存器RCR R/W 0 x0019 0 x08 ：n該寄存器用于設(shè)置重新傳送的次數(shù)。當(dāng)重新傳送發(fā)生的次數(shù)超過(guò)“RCR+1”時(shí)，Socket n中斷寄存器Sn_IR的TIMEOUT 位將被設(shè)置為1，對(duì)于TCP通信，Socket n的狀態(tài)寄存器Sn_SR的值將同時(shí)改變?yōu)椤癝OCK_CLOSED”。 SOCKET寄存器6.3 數(shù)據(jù)通信n通信接口及時(shí)序通信接口及時(shí)序 n初始化初始化 nTCP協(xié)議協(xié)議

8、 n UDP協(xié)議協(xié)議 通信接口及時(shí)序通信接口及時(shí)序 nW5200提供SPI接口與MCU通信。SPI接口的引腳為nSCS（片選信號(hào)）、SCLK（時(shí)鐘信號(hào)）、MOSI（主出從入）和MISO（主入從出）。在SPI通信中，MCU作為主機(jī)，W5200作為從機(jī) 。通用的SPI主機(jī)SPI通信處理過(guò)程如下：n（1）在SPI主機(jī)上定義輸入/輸出的方向；n（2）在非激活狀態(tài)nSCS設(shè)置為高電平；n（3）寫入要發(fā)送的目的地址到SPDR寄存器；n（4）寫入要發(fā)送的操作代碼和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度到SPDR寄存器；n（5）寫入要發(fā)送的數(shù)據(jù)到SPDR寄存器；n（6）設(shè)置nSCS為低電平（啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸）；n（7）等待接收完成；n（8）所

9、有數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束，設(shè)置nSCS為高電平。初始化n首先正確選擇和設(shè)置以下寄存器：n模式寄存器（MR） n中斷屏蔽寄存器（IMR） n重發(fā)時(shí)間寄存器（RTR） n重發(fā)次數(shù)寄存器（RCR） n其次，為了建立通信，需要設(shè)置基本網(wǎng)絡(luò)信息。包括以下信息：n本機(jī)硬件地址寄存器 nGAR（網(wǎng)關(guān)地址寄存器） nSUBR（子網(wǎng)掩碼寄存器） nSIPR（本機(jī)IP地址寄存器） n最后，調(diào)用wizMemInit()函數(shù)設(shè)置SOCKET存儲(chǔ)器信息。每個(gè)端口的基地址和地址掩碼都在這一步確定并保存。 TCP協(xié)議nTCP是一種面向連接的通信協(xié)議。TCP使用本機(jī)IP地址、端口號(hào)和目的IP地址、目的端口號(hào)等建立端口連接，使用該端口發(fā)

10、送和接收數(shù)據(jù)。n建立端口連接的方法有“TCP服務(wù)器”和“TCP客戶端” 。TCP服務(wù)器模式n設(shè)置W5200為TCP服務(wù)器模式時(shí)，其循環(huán)程序中包含的操作有：nSocket初始化n偵聽n發(fā)送n接收n斷開連接n關(guān)閉端口 TCP服務(wù)器模式nSocket初始化n選擇W5200的8個(gè)Socket中的一個(gè) n設(shè)置該Socket的協(xié)議模式：Sn_MR_TCP n設(shè)置本機(jī)端口號(hào)以及相應(yīng)的標(biāo)識(shí)位flagn初始化完成后，Socket n的狀態(tài)已經(jīng)更改為SOCK_INIT（0 x13） n偵聽（TCP服務(wù)器模式特有操作） n調(diào)用listen()函數(shù)， Socket n的狀態(tài)更改為SOCK_LISTEN(0 x14)n

11、Socket會(huì)一直處于等待狀態(tài)，直到有來(lái)自客戶端的連接請(qǐng)求。一旦與客戶端相連，Socket狀態(tài)將會(huì)改變?yōu)镾OCK_ESTABLISHED(0 x17)。 TCP服務(wù)器模式n發(fā)送n發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需設(shè)置SOCKET、被發(fā)送數(shù)據(jù)的目的地址、數(shù)據(jù)大小以及當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于Socket的接收內(nèi)存空間剩余大小時(shí)的重發(fā)命令。n發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度不能大于指定的SOCKET n的發(fā)送存儲(chǔ)器大小 n為了檢查SEND命令是否執(zhí)行完成，需要檢查發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度與實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是否相等 n接收n將數(shù)據(jù)從接收存儲(chǔ)器（RX buffer）轉(zhuǎn)移到用戶的數(shù)據(jù)區(qū)域 n必須檢查寄存器Sn_RX_RSR的值是否大于零。如果大于零，則說(shuō)明

12、接收到的數(shù)據(jù)在接收存儲(chǔ)器中ngetSn_RX_RSR()函數(shù)用來(lái)獲取接收緩沖區(qū)中接收到的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度 TCP服務(wù)器模式n斷開連接n發(fā)送一個(gè)斷開連接請(qǐng)求（FIN數(shù)據(jù)包）到其對(duì)等進(jìn)程n等待，直到得到響應(yīng)（FIN/ACK數(shù)據(jù)包）nSocket狀態(tài)改變?yōu)镾OCK_CLOSED（0 x00），并且Socket關(guān)閉n關(guān)閉端口n直接將Socket的狀態(tài)置為SOCK_CLOSED（0 x00） n不必理會(huì)其對(duì)等進(jìn)程的狀態(tài) TCP客戶端模式n設(shè)置W5200為TCP客戶端模式，其循環(huán)程序中包含的操作有：nSocket初始化n連接n發(fā)送n接收n斷開連接n關(guān)閉端口。TCP客戶端模式nTCP客戶端模式與服務(wù)器模式非常類似。唯一不同的是，當(dāng)端口完成初始化處于SOCK_INIT狀態(tài)時(shí)，客戶端模式是調(diào)用connect()函數(shù)請(qǐng)求與服務(wù)器的連接，而服務(wù)器模式則是調(diào)用listen()函數(shù)以等待連接n連接n發(fā)送連接請(qǐng)求（SYN數(shù)據(jù)包）到“TCP服務(wù)器” n需設(shè)置SOCKET號(hào)、目的IP地址和目的端口號(hào)n調(diào)用connect ()函數(shù)，一旦連接成功，端口狀態(tài)將會(huì)改變?yōu)镾OCK_ESTABLISHED(0 x17) UDP協(xié)議