基于W5100芯片的以太网工作设备的实现。方案、说明

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基于W5100芯片的以太网工作设备的实现。无线电电子电气工程百科全书

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目前，远程信息访问、数据采集、工业远程控制和监控、安全系统、IP电话和视频通信服务在日常生活和商业生活中得到了广泛的发展。这一切都成为现代生活不可分割的一部分。

这种系统的一个必要组成部分是通信通道，而有线线路仍然是构建计算机网络和电信的基础。局域网中使用的主要技术是以太网。

以太网中最常见的协议栈是 TCP/IP。事实证明，它们的结构对于传输异构信息是成功的；它最适合具有多媒体流量的高速局域网。正是这些协议构成了 Internet 的基础。它们可以通过多种方式实现。

第一种方式是软件。但一路走来，困难重重。创建软件协议栈甚至移植现有的、自由分布在源代码栈（如 IwlP、ulP）中的协议是一项相当复杂且耗时的任务。该堆栈需要一个操作系统，它也可能需要很长时间才能适应特定的微控制器。此外，几乎所有操作系统（除了少数 Linux 的克隆）都不是免费分发的。协议的软件实现会大量使用操作系统、处理器和内存的资源，这会对整个系统的性能产生负面影响。

为了避免微控制器通过通信通道执行数据传输过程并显着减少开发时间，第二种方法允许 - 使用专用 LSI 硬件实现部分协议。本文将描述一个设计用于使用标准协议在以太网网络中工作的系统的实际实现，该系统建立在微控制器和来自 WIZnet 的专用 LSI 上，该 LSI 在硬件中实现 TCP/IP 协议栈。

使用了带有 ARM91 处理器内核的 AT9261SAM9 微控制器。他的选择受到许多必要的外围功能的影响。然而，几乎可以使用任何其他微控制器，包括生产力低得多的微控制器，尽管这可能必须通过降低汇率来支付。

TCP/IP协议的硬件实现，采用W5100芯片，具备以下能力:

- 协议 TCP、UDR ICMR IPv4 ARR IGMR PPPoE、以太网的硬件实现；
- 内置10BaseT/100BaseTX以太网物理层转换器；
- 自动检测工作模式全双工、半双工、10 或 100 Mbps；
- 三种连接微控制器的方法。直接、间接、SPI；
- 支持PPPoE协议下的ADSL连接；
- 能够同时使用四个连接工作，每个连接都配置为在客户端或服务器模式下工作；
- 16 KB 内部存储器分配给接收和发送缓冲区。

现有的 AT91SAM9261-EK 开发板作为系统布局的基础。板上安装了 WIZ810MJ 模块，其中包含带有必要“管道”的 W5100 芯片和 RJ113BZ 组件（带有内置电流隔离变压器和匹配元件的 RJ-45 连接器）。为了与控制设备（微控制器）连接，该模块配备了两个引脚连接器 PBD2-28。

使用 W5100 芯片和 WIZ810MJ 模块所需的所有文档均可在 WIZnet 官方网站上找到：wiznet.co.kr。还有驱动程序的 C 源文本，它实现了使用 W5100 套接字的高级功能，以及移植驱动程序的指南。我想指出的是，所有文档都是以非常易于理解的形式编写的，因此弄清楚如何连接 W5100 并对其进行编程并不困难。 AT91SAM9261 微控制器的文档可在 at91.com 上找到

WIZ810MJ 模块与 AT91SAM9261 微控制器在 Direct 模式下工作的连接图如图所示。微控制器的引脚数在括号中表示。

基于W5100芯片的以太网工作设备的实现

DO-D7 线构成数据总线，AO-A14 线构成地址总线。 NRD 信号 - 从内存读取，NWE 信号 - 写入内存。复位 W5100 芯片的 RESET 信号可以从微控制器端口的任何空闲线路发送。使用了 RVO 线。

AT91SAM9261 微控制器能够连接多达 6 个设备，与外部存储器进行数据交换。对于它们中的每一个，都会在微控制器的存储空间中分配一个区域，并生成其自己的设备选择信号 (CS)。在这种情况下，涉及到 CSXNUMX 信号（PCO 线的替代功能）。

为了快速响应 W5100 微电路的状态变化，需要将 INT 信号施加到微控制器并配置施加该信号的端口线，以在下降电平差时产生中断请求。软件中断处理程序必须解析 W5100 芯片上 Sn_IR 寄存器的内容。在这种情况下，从 W5100 输入的中断请求是 PC2 线。

下面介绍配置微控制器和 W5100 芯片以在以太网上工作所需的步骤。程序片段是用 C 语言编写的，无需更改任何 Atmel ARM 微控制器即可实际使用。
要从 WIZnet 网站“下载”的驱动程序包含文件 w5100.c、socket.c、types.h、w5100.h、socket.h。这些文件必须包含在项目中。该驱动程序的原始版本设计用于 ATmega128 微控制器，但它很容易适应几乎任何其他微控制器，只需替换几行程序即可。

首先，我们需要对 types.h 文件进行一些更改。

字符串替换

#定义_DEF_IINCHIP_MAP_BASE_0x8000
上
#定义_DEF_IINCHIP_MAP_BASE_ 0x70000000
设置访问W5100芯片的寄存器和缓冲区的地址（从单片机内存空间中的地址0x70000000开始，CS6信号对应的区域开始）。之后，您需要注释掉该行
＃包括
并保存修改后的 types.h 文件。
打开 W5100.C 文件。在这里你应该注释掉这一行
＃包括
并在其后添加一行
＃包括

接下来，您需要将指向接收和发送缓冲区的 16 位指针转换为 32 位指针。

为此，在行中

静态 uintl6
SBUFBASEDDRESS[MAX_SOCK_NUM]; /**< 发送
每个通道的缓冲区基地址 */
и
静态 uintl6
SBUFBASEDDRESS[MAX_SOCK_NUM]; /**< 每个通道的 Tx 缓冲区基地址 */
（条件转移）我们将用 uint16 替换变量 uint32 的类型描述符。

在程序文本中，我们将所有作为函数参数传递的 16 位地址替换为 32 位地址。完成这些替换后，您可以保存文件并在主程序中使用驱动程序的高级功能。

剩下的只是初始化单片机的SMC（Static Memory Controller）以产生CS6信号（表1），并将所需的值输入到W5100芯片的寄存器中（表2）。

现在所有必要的设置都已完成，系统已准备好在 W5100 芯片支持的任何协议上工作。

例如，在表中。图3显示了在“服务器”模式下接收消息的可能过程，并在表格中显示。 4 - “客户端”模式下的传输过程。

W5100 芯片最显着的缺点是缺乏对数据包进行分段的内置功能。因此，在发送大量信息时，将它们分解成包将不得不由微控制器程序处理。这也可以防止芯片被用作路由器。尽管如此，W5100 芯片由于其低成本和驱动源代码的可用性，可以推荐用于使用标准 TCP/IP 协议将微控制器系统连接到以太网网络。

作者：K. Snegov、R. Shishko、沃罗涅日；出版物：radioradar.net

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