以太網(wǎng)接口芯片W5500與ENC28J60對(duì)比

以太網(wǎng)接口芯片W5500與ENC28J60對(duì)比以太網(wǎng)接口芯片W5500與ENC28J60對(duì)比目前較為成熟的單片機(jī)接入以太網(wǎng)方案：W5100和ENC28J60，都是被常常使用到的芯片，這兩種方案也可以說是硬件協(xié)議棧和軟件協(xié)議棧的典型代表，都經(jīng)得住市場(chǎng)考驗(yàn)。除了在傳統(tǒng)單片機(jī)的以太網(wǎng)接入中被廣泛使用，也能看到他們?cè)陂_源硬件的以太網(wǎng)擴(kuò)展以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等方面發(fā)揮的重要作用。W5500是WIZnet最新的以太網(wǎng)芯片，這里就拿W5500來做比較。表1為W5500與ENC28J60基本參數(shù)對(duì)比表。表1W5500于ENC28J60基本參數(shù)對(duì)比1、硬件參數(shù)對(duì)比（1）ENC28J60芯片結(jié)構(gòu)方面，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，通過內(nèi)置MAC+PHY芯片來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的以太網(wǎng)物理層連接，用戶需要自己創(chuàng)建或市場(chǎng)上的第三方庫方能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的設(shè)計(jì)；PHY芯片方面，內(nèi)置了一塊10MBASE-T芯片，基本可以滿足目前通信需要；接口方面，采用最高10MHz的SPI接口；緩存方面，ENC28J60僅提供8KB內(nèi)部收發(fā)緩存，在目前處理大量數(shù)據(jù)要求的背景下顯得捉襟見肘。（2）W5500芯片結(jié)構(gòu)方面，內(nèi)部由TCP/IP協(xié)議棧+MAC+PHY構(gòu)成，擁有非常完善的官方應(yīng)用庫，極大縮短開發(fā)周期，可以完美實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接入要求；PHY芯片方面，10M/100MBASE-T自適應(yīng)芯片讓W(xué)5500表現(xiàn)更為出色；接口方面，W5500采用新的高效SPI協(xié)議支持80MHz速率；緩存方面，W5500內(nèi)置32KB收發(fā)緩存，用戶可以同時(shí)使用8個(gè)硬件Socket獨(dú)立通信，且各個(gè)Socket之間互不影響。2、TCP/IP協(xié)議棧ENC28J60采用的是傳統(tǒng)的軟協(xié)議操作，需要主控MCU不斷的響應(yīng)中斷，這在很大程度上占用了MCU的資源來跑軟協(xié)議棧。經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨著需要響應(yīng)的事件增多，MCU的處理效率直線下降，會(huì)嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。W5500采用的是最新的TOE（TCP卸載引擎）技術(shù)，不同于傳統(tǒng)的軟協(xié)議棧，通過內(nèi)置TCP/IP硬件協(xié)議棧也就是硬件邏輯電路，在W5500芯片內(nèi)完成TCP/IP握手請(qǐng)求，基本上不占用MCU內(nèi)部資源，能夠極大地提高M(jìn)CU工作效率。測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)同時(shí)開啟多個(gè)Socket進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，MCU處理能力基本不受影響，這對(duì)通信質(zhì)量以及MCU的壽命都是關(guān)鍵性因素。3、實(shí)際通信速率對(duì)比下面是我采用野火STM32開發(fā)板分別對(duì)W5500和ENC28J60在ping命令和數(shù)據(jù)回環(huán)測(cè)試方面得出的有效對(duì)比結(jié)果。3.1測(cè)試環(huán)境測(cè)試平臺(tái)：野火IO-32minSTM32開發(fā)板主芯片：STM32F103VET6SPI時(shí)鐘速率：8M3.2對(duì)比項(xiàng)目一：ping返回速率連接方式：直連。圖1aENC28J60ping返回速率測(cè)試圖1bW5500ping返回速率測(cè)試如圖1a和1b顯示的測(cè)試結(jié)果，ENC28J60平均延時(shí)為2ms，而W5500平均延時(shí)為0ms，基本可以忽略。3.3對(duì)比項(xiàng)目二：數(shù)據(jù)回環(huán)測(cè)試測(cè)試方法：上位機(jī)調(diào)試軟件發(fā)數(shù)據(jù)給下位機(jī)（ENC28J60和W5500），下位機(jī)收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)回復(fù)給上位機(jī)，上位機(jī)接收到回復(fù)的數(shù)據(jù)就發(fā)新的數(shù)據(jù)。測(cè)試軟件：AX1、Wireshark、Windows任務(wù)管理器。圖2aENC28J60數(shù)據(jù)回環(huán)測(cè)試（AX1）圖2bENC28J60數(shù)據(jù)回環(huán)測(cè)試（Wireshark）圖2cENC28J60數(shù)據(jù)回環(huán)測(cè)試（Windows任務(wù)管理器），顯示本地連接為10M圖3aW5500數(shù)據(jù)回環(huán)測(cè)試（AX1）圖3bW5500數(shù)據(jù)回環(huán)測(cè)試（Wireshark）圖3cW5500數(shù)據(jù)回環(huán)測(cè)試（Windows），顯示本地連接為100M如圖2a、2b、2c所示，ENC28J60的單向回環(huán)速率約為0.18Mbps，最高總速率約為0.36Mbps，本地連接為10Mbps。如圖3a、3b、3c所示，W5500單向回環(huán)速率約為1.28Mbps，最高總速率約為3.3Mbps，本地連接為100Mbps。4、代碼量對(duì)比代碼量也是工程技術(shù)中需要考慮的一個(gè)重要因素，代碼量的大小對(duì)單片機(jī)的FLASH大小及工作效率直接提出要求。這里以測(cè)試用的STM32f103VET6型號(hào)單片機(jī)為參考，其FLASH為512KB，代碼庫采用3.5版本。實(shí)測(cè)ENC28J60和W5500作為TCPServer同樣使用Keil4編譯環(huán)境下生成的HEX文件進(jìn)行比對(duì)，前者的代碼量將近190KB，而后者的代碼量不到60KB，這點(diǎn)也體現(xiàn)出硬件協(xié)議棧采用硬件邏輯門電路實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議的優(yōu)勢(shì)。5、功耗對(duì)比表2和表3分別是W5500和ENC28J60兩款芯片在25℃下的功耗測(cè)試結(jié)果。表2W5500功耗表狀態(tài)工作電流/mA工作電壓/V功率/mW100MBASE-T1323.3435.610MBASE-T793.3260.7掉電模式下133.342.9表3ENC28J60功耗表狀態(tài)工作電流/mA工作電壓/V功率/mW10MBASE-T2503.45862.5從功耗表可以看出，在相同室溫環(huán)境下，10MBASE-T模式下兩者的功耗形成了顯著的對(duì)比，ENC28J60功耗比W5500高出3倍多，即便是W5500工作在100MBASE-T狀態(tài)下也只有ENC28J60功耗的一半左右。功耗大小同時(shí)也反應(yīng)了芯片工作溫度問題，溫度過高將會(huì)導(dǎo)致芯片工作效率下降，影響芯片穩(wěn)定性及使用壽命，這點(diǎn)也是我們?cè)谶x用芯片時(shí)實(shí)際需要注意的地方。6、開發(fā)周期對(duì)比考慮到現(xiàn)代電子產(chǎn)品的開發(fā)周期在不斷縮短，以保持產(chǎn)品在市場(chǎng)上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，下面從開發(fā)周期方面對(duì)這兩款芯片加以對(duì)比。首先，從理論層面上，TCP/IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)通信的核心內(nèi)容，向下關(guān)聯(lián)底層物理鏈路層，向上連接應(yīng)用層，中間涉及握手協(xié)議建立和斷開連接以及丟包率、重傳機(jī)制等一系列復(fù)雜的理論基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的軟件協(xié)議棧需要工程師在單片機(jī)內(nèi)嵌入TCP/IP協(xié)議，而且要掌握TCP/IP的實(shí)現(xiàn)過程，這樣編寫底層代碼時(shí)才能更加合理穩(wěn)定；硬件協(xié)議棧的優(yōu)勢(shì)在于這一復(fù)雜的過程都將通過W5500的內(nèi)置硬件邏輯門電路實(shí)現(xiàn)，極大減輕了工程師的工作量，這就大幅減少了產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，后期維護(hù)花費(fèi)也將降至最低。其次，從測(cè)試方面來看，W5500硬件實(shí)現(xiàn)的TCP/IP在Ping返回速率、MCU資源占用率、數(shù)據(jù)回環(huán)速率以及穩(wěn)定性方面明顯高于ENC28J60，節(jié)省了測(cè)試時(shí)間，提高了測(cè)試的效率，取得了更好的測(cè)試效果。另外，較ENC28J60的第三方代碼庫而言，W5