以太网控制器W5200

第六章以太网控制芯片W5200●6.1以太网简介●6.2以太网控制芯片W5200的特点及结构●6.3数据通信6.1以太网简介以太网（Ethernet）是一种计算机局域网组网技术。它不是一种具体的网络，是一种技术规范。该规范定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。IEEE制定的IEEE802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。常用以太网接口以太网的发展标准以太网10Mbps的吞吐量使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）的访问控制方法距离通常在100米以内快速以太网100Mpbs支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，能有效的利用现有的设施以太网的发展千兆以太网采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作万兆以太网1999年，以太网速度提升到1G，开始进入城域网现在以太网提升到了10G，即万兆，可直接应用于广域网6.2以太网控制芯片W5200的特点及结构传统的以太网控制器仅将PHY和MAC整合到同一个芯片中，然后通过软件方式实现IP层及以上协议。在W5200中，它是整合了前四层的协议，即物理层、数据链路层、网络层和传输层，通过硬件实现了TCP/IP协议栈。开发者无需专业的网络知识，如同控制外部存储器一样简单，为用户提供了最简单的网络介入方法。全硬件TCP/IP协议栈完全独立于主控芯片，可以降低主芯片负载且无需移植繁琐的TCP/IP协议栈，便于产品更新。

W5200的特点

W5200支持硬件TCP/IP协议，包括TCP、UDP、ICMP、IPv4、ARP、IGMP、PPPoE和以太网的PHY和MAC层，TCP/IP协议的硬件实现，使得应用协议的实现更简单容易；支持8个独立的端口（SOCKET）同时工作，可同时工作在不同的工作模式；支持低功耗模式，并支持网络唤醒，最大程度地减少功率消耗和发热；支持高速SPI接口（SPIMODE0,3），SPI的时钟最高可达到80MHz，极大地提高了网络通信的数据传输速率；支持高速SPI接口（SPIMODE0,3），SPI的时钟最高可达到80MHz，极大地提高了网络通信的数据传输速率；内嵌10BaseT/100BaseTX以太网物理层（PHY）；支持自动握手（全双工/半双工，10/100M）；支持MDI/MDIX自动翻转功能。W5200还支持ADSL连接（带PAP/CHAP认证模式的PPPoE协议）；但不支持IP分片；具有多功能LED指示输出（全双工/半双工，连接，速度等）；W5200工作电压为3.3V，但端口可承受5V电压，采用8脚QFN无铅环保封装。W5200的结构由左图可以看出，W5200集成了网络通信的所有协议部件，通过SPI接口与微控制器（MCU）进行连接就可以实现以太网通信的应用，不需要处理复杂的以太网控制。W5200的引脚各个引脚的功能分类（1）与MCU接口的信号（2）物理层PHY信号（3）其它信号（4）电源引脚（5）时钟信号（6）LED信号W5200的存储器W5200的存储器组成：通用寄存器、端口（SOCKET）寄存器TX存储器和RX存储器组成通用寄存器

通用寄存器模式寄存器MR[R/W][0x0000][0x00]：用于实现软件复位，并可设置Ping允许控制和PPPoE允许控制网关IP地址寄存器GAR[R/W][0x0001~0x0004][0x00]：这些寄存器设置默认的网关IP地址子网掩码寄存器SUBR[R/W][0x0005~0x0008][0x00]：这些寄存器设置子网掩码本机物理地址寄存器SHAR[R/W][0x0009~0x000E][0x00]：这些寄存器设置本机物理地址本机IP地址寄存器SIPR[R/W][0x000F~0x0012][0x00]：这些寄存器用于设置本机IP地址通用寄存器重试时间值寄存器RTR[R/W][0x0017~0x0018][0x07D0]：当执行CONNECT、DISCON、CLOSE、SEND、SEND_MAC和SEND_KEEP命令时，如果对端没有响应，或响应延迟，则会产生重新传送的过程。重试时间值寄存器RTR用于配置重新传送的超时时间周期（单位是100us）重试计数寄存器RCR[R/W][0x0019][0x08]：该寄存器用于设置重新传送的次数。当重新传送发生的次数超过“RCR+1”时，Socketn中断寄存器Sn_IR的TIMEOUT位将被设置为‘1’，对于TCP通信，Socketn的状态寄存器Sn_SR的值将同时改变为“SOCK_CLOSED”。SOCKET寄存器6.3数据通信通信接口及时序

初始化

TCP协议

UDP协议

通信接口及时序

W5200提供SPI接口与MCU通信。SPI接口的引脚为nSCS（片选信号）、SCLK（时钟信号）、MOSI（主出从入）和MISO（主入从出）。在SPI通信中，MCU作为主机，W5200作为从机。通用的SPI主机SPI通信处理过程如下：（1）在SPI主机上定义输入/输出的方向；（2）在非激活状态nSCS设置为高电平；（3）写入要发送的目的地址到SPDR寄存器；（4）写入要发送的操作代码和数据长度到SPDR寄存器；（5）写入要发送的数据到SPDR寄存器；（6）设置nSCS为低电平（启动数据传输）；（7）等待接收完成；（8）所有数据发送结束，设置nSCS为高电平。初始化首先正确选择和设置以下寄存器：模式寄存器（MR）中断屏蔽寄存器（IMR）重发时间寄存器（RTR）重发次数寄存器（RCR）其次，为了建立通信，需要设置基本网络信息。包括以下信息：本机硬件地址寄存器GAR（网关地址寄存器）SUBR（子网掩码寄存器）SIPR（本机IP地址寄存器）最后，调用wizMemInit()函数设置SOCKET存储器信息。每个端口的基地址和地址掩码都在这一步确定并保存。TCP协议TCP是一种面向连接的通信协议。TCP使用本机IP地址、端口号和目的IP地址、目的端口号等建立端口连接，使用该端口发送和接收数据。建立端口连接的方法有“TCP服务器”和“TCP客户端”。TCP服务器模式设置W5200为TCP服务器模式时，其循环程序中包含的操作有：Socket初始化侦听发送接收断开连接关闭端口

TCP服务器模式Socket初始化选择W5200的8个Socket中的一个设置该Socket的协议模式：Sn_MR_TCP设置本机端口号以及相应的标识位flag初始化完成后，Socketn的状态已经更改为SOCK_INIT（0x13）

侦听（TCP服务器模式特有操作）调用listen()函数，Socketn的状态更改为SOCK_LISTEN(0x14)Socket会一直处于等待状态，直到有来自客户端的连接请求。一旦与客户端相连，Socket状态将会改变为SOCK_ESTABLISHED(0x17)。TCP服务器模式发送发送数据时，需设置SOCKET、被发送数据的目的地址、数据大小以及当发送数据长度大于Socket的接收内存空间剩余大小时的重发命令。发送数据的长度不能大于指定的SOCKETn的发送存储器大小为了检查SEND命令是否执行完成，需要检查发送数据的长度与实际发送的数据长度是否相等接收将数据从接收存储器（RXbuffer）转移到用户的数据区域必须检查寄存器Sn_RX_RSR的值是否大于零。如果大于零，则说明接收到的数据在接收存储器中getSn_RX_RSR()函数用来获取接收缓冲区中接收到的数据的长度TCP服务器模式断开连接发送一个断开连接请求（FIN数据包）到其对等进程等待，直到得到响应（FIN/ACK数据包）Socket状态改变为SOCK_CLOSED（0x00），并且Socket关闭关闭端口直接将Socket的状态置为SOCK_CLOSED（0x00）不必理会其对等进程的状态TCP客户端模式设置W5200为TCP客户端模式，其循环程序中包含的操作有：Socket初始化连接发送接收断开连接关闭端口。TCP客户端模式TCP客户端模式与服务器模式非常类似。唯一不同的是，当端口完成初始化处于SOCK_INIT状态时，客户端模式是调用connect()函数请求与服务器的连接，而服务器模式则是调用listen()函数以等待连接连接发送连接请求（SYN数据包）到“TCP服务器”需设置SOCKET号、目的IP地址和目的端口号调用connect()函数，一旦连接成功，端口状态将会改变为SOCK_ESTABLISHED(0x17)UDP