1.W5500简介

  W5500 是一款全硬件 TCP/IP 嵌入式以太网控制器,为嵌入式系统提供了更加简易的互联网连接方案。 W5500 集成了 TCP/IP 协议栈, 10/100M 以太网数据链路层(MAC)及物理层(PHY) ,使得用户使用单芯片就能够在他们的应用中拓展网络连接。
  久经市场考验的 WIZnet 全硬件 TCP/IP 协议栈支TCP,UDP,IPv4,ICMP,ARP,IGMP 以及 PPPoE 协议。 W5500 内嵌 32K 字节片上缓存以供以太网包处理。如果你使用 W5500,你只需要一些简单的 Socket 编程就能实现以太网应用。这将会比其他嵌入式以太网方案更加快捷、简便。用户可以同时使用 8 个硬件 Socket 独立通讯。
  W5500 提供了 SPI(外设串行接口)从而能够更加容易与外设 MCU 整合。而且,W5500 的使用了新的高效 SPI 协议支持 80MHz 速率,从而能够更好的实现高速网络通讯。为了减少系统能耗, W5500 提供了网络唤醒模式(WOL)及掉电模式供客户选择使用。

2.W5500特性

  • 支持硬件 TCP/IP 协议: TCP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMP, PPPoE
  • 支持 8 个独立端口(Socket)同时通讯
  • 支持掉电模式
  • 支持网络唤醒
  • 支持高速串行外设接口(SPI 模式 0,3)
  • 内部 32K 字节收发缓存
  • 内嵌 10BaseT/100BaseTX 以太网物理层( PHY)
  • 支持自动协商(10/100-Based 全双工/半双工)
  • 不支持 IP 分片
  • 3.3V 工作电压, I/O 信号口 5V 耐压;
  • LED 状态显示(全双工/半双工,网络连接,网络速度,活动状态)
  • 48 引脚 LQFP 无铅封装(7x7mm, 0.5mm 间距)

3.应用场合

  • 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、网络打印机
  • 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
     购买连接: W5500

4.硬件接口

  W5500提供了SPI(串行外部接口)作为外设主机接口,共有 SCSn, SCLK, MOSI,MISO 4 路信号,且作为 SPI 从机工作。根据SCSn引脚的选择,WW5500的数据数据长度可以设置为可变长度和固定长度。如下图接线方式为可变数据长度。

  在VDM模式下, SPI数据帧的长度被外设主机控制的SCSn所定义。这就意味着数据段长度根据 SCSn 的控制,可以是一个随机值(从 1 字节到 N 字节任何长度均可)。在VDM模式下, M[1:0]位必须为‘00’。

  • 固定数据段长度接线如下:

      在外设主机不能控制 SCSn 时,可以使用固定数据长度模式。
      此时, SCSn 必须连接到低电平(保持接地)。与此同时, SPI 接口不能与其他 SPI 设备共享。在可变数据长度模式(VDM)中,数据段长度由 SCSn 控制。

4.1 SPI数据帧

  W5500 的 SPI 数据帧包括了 16 位地址段的偏移地址, 8 位控制段和 N 字节数据段。
  8 位控制段可以通过修改区域选择位 (BSB[4:0]),读/写访问模式位(RWB)以及 SPI工作模式位(OM[1:0])来重新定义。区域选择位选择了归属于偏移地址的区域。

  W5500支持数据的连续读/写。其流程为数据从(2/4/N字节连续数据的) 偏移地址的基址开始传输,偏移地址会(自增寻址) 加 1 传输接下来的数据。

  • 地址段
      地址段为 W5500 的寄存器或 TX/RX 缓存区指定了 16 位的偏移地址。这 16 位偏移地址的值来自于从最高标志位到最低标志位的顺序传输。SPI 数据帧的数据段(2/4/N 字节)通过偏移地址自增(每传输 1 字节偏移地址加 1 )支持连续数据读/写。
  • 控制段
         控制段指定了地址段设定的偏移区域的归属,读/写访问模式以及 SPI 工作模式。


  • 数据段
      在 SPI 工作模式位 OM[1:0]设定了控制端之后,数据段被设定为 2 种长度类型: 1 种为可变的 N 字节长度(可变数据长度模式) ,另以一种为确定的 1/2/4 字节长度(固定数据长度模式)。高位先发。

4.2 寄存器

  • GAR (网关 IP 地址寄存器) [R/W] [0x0001 – 0x0004] [0x00]
      该寄存器用来设置默认网关地址。例如:192.168.0.1
  • SUBR (子网掩码寄存器) [R/W] [0x0005 – 0x0008] [0x00]
      该寄存器用来设置子网掩码地址。例如:255.255.255.0
  • SHAR (源 MAC 地址寄存器) [R/W] [0x0009 – 0x000E] [0x00]
      该寄存器用来设置源 MAC 地址。例如:00.08.DC.01.02.03
  • SIPR (源 IP 地址寄存器) [R/W] [0x000F – 0x0012] [0x00]
      该寄存器用来设置源 IP 地址。例如:192.168.0.2

5.W5500驱动编写

硬件开发平台:STM32F103C8T6
驱动协议:SPI
开发环境:KEIL5

5.1 接线方式

W5500模块 STM32核心板
片选CS PB12
时钟SCLK PB13
主机输入MISO PB14
主机输出MOSI PB15
INT PB0
RST PB1

5.2 SPI底层驱动编写

w5500_config.c文件

CONFIG_MSG  ConfigMsg;																	/配置结构体/
/定义MAC地址,如果多块W5500网络适配板在同一现场工作,请使用不同的MAC地址/
uint8 mac[6]={0x00,0x08,0xdc,0x11,0x11,0x11};

/定义默认IP信息/ uint8 local_ip[4] ={192,168,1,88}; /定义W5500默认IP地址/ uint8 subnet[4] ={255,255,255,0}; /定义W5500默认子网掩码/ uint8 gateway[4] ={192,168,1,1}; /定义W5500默认网关/ uint8 dns_server[4]={114,114,114,114}; /定义W5500默认DNS/

uint16 local_port=5000; /定义本地端口/

/定义远端IP信息/ uint8 remote_ip[4]={192,168,1,102}; /远端IP地址/ uint16 remote_port=5000; /远端端口号/

/IP配置方法选择,请自行选择/ uint8 ip_from=IP_FROM_DHCP;

uint8 dhcp_ok = 0; /dhcp成功获取IP/ uint32 ms = 0; /毫秒计数/ uint32 dhcp_time = 0; /DHCP运行计数/ vu8 ntptimer = 0; /NPT秒计数/ /硬件配置/ void W5500_GPIO_Init(void) { RCC->APB2ENR|=1<<3; GPIOB->CRH&=0x0000FFFF; GPIOB->CRH|=0x38330000; GPIOB->CRL&=0xFFFFFF00; GPIOB->CRL|=0x00000038; W5500_CS=1; W5500_RST=1; } /模块复位/ void W5500_reset(void) { W5500_RST=0; Delay_Us(2); W5500_RST=1; Delay_Ms(1000); Delay_Ms(600); } /SPI读写一个字节/ u8 SPI_WR_Byte(u8 byte) { u8 data_rx=0; u8 i=0; for(i=0;i<8;i++) {

W5500_SCLK=0;
if(byte&0x80)W5500_MOSI=1;
else W5500_MOSI=0;
W5500_SCLK=1;
byte<<=1;

data_rx<<=1;
if(W5500_MISO)data_rx|=0x01;

} W5500_SCLK=0; return data_rx; } /W5500底层收发一个字节/ static u8 IINCHIP_SpiSendData(u8 dat) { return(SPI_WR_Byte(dat)); } /向指定地址写入一字节数据/ void IINCHIP_WRITE( u32 addrbsb, u8 data) { W5500_CS=0; IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x00FF0000)>>16); IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x0000FF00)>> 8); IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x000000F8) + 4);
IINCHIP_SpiSendData(data); W5500_CS=1; } /从地址读取读取一字节数据/ u8 IINCHIP_READ(u32 addrbsb) { u8 data = 0; W5500_CS=0; IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x00FF0000)>>16); IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x0000FF00)>> 8); IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x000000F8)) ; data = IINCHIP_SpiSendData(0x00); W5500_CS=1; return data; } /* 向W5500指定地址写入指定长度数据 形参:addrbsb – 写入的地址

 buf  -- 要写入的数据
 len  -- 写入的长度

返回值:写入的数据长度 / u16 wiz_write_buf(u32 addrbsb,u8 buf,u16 len) { u16 idx = 0; if(len == 0) printf(“Êý¾Ý³¤¶ÈΪ0\r\n”); W5500_CS=0; IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x00FF0000)>>16); IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x0000FF00)>> 8); IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x000000F8) + 4); for(idx = 0; idx < len; idx++) {

 IINCHIP_SpiSendData(buf[idx]);

} W5500_CS=1;
return len;
} /* 从指定地址读取指定长度数据 形参:addrbsb – 读取的地址

 buf  -- 读取的数据保存地址
 len  -- 读取的长度

返回值:读取的数据长度 / u16 wiz_read_buf(u32 addrbsb, u8 buf,u16 len) { u16 idx = 0; W5500_CS=0; IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x00FF0000)>>16); IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x0000FF00)>> 8); IINCHIP_SpiSendData( (addrbsb & 0x000000F8)); for(idx = 0; idx < len; idx++)
{

buf[idx] = IINCHIP_SpiSendData(0x00);

}
W5500_CS=1; return len; } /DHCP用到定时器初始化/ void dhcp_timer_init(void) { TIMx_Init(TIM3,72,1000); TIM3->CR1|=1<<0; } /ntp用到定时器出事化/ void ntp_timer_init(void) { TIMx_Init(TIM3,72,1000); } /中断处理函数/ void timer3_isr(void) { ms++; if(ms>=1000) {

ms=0;
dhcp_time++;	/*DHCP定时+1S*/
#ifndef	__NTP_H__
  ntptimer++;	/*NTP重试时间+1s*/
#endif

}
} /配置W5500网卡信息/ void set_w5500_ip(void) { /复制定义的配置信息到配置结构体/

memcpy(ConfigMsg.mac, mac, 6);//MAC地址

memcpy(ConfigMsg.lip,local_ip,4);//IP memcpy(ConfigMsg.sub,subnet,4);//子网掩码 memcpy(ConfigMsg.gw,gateway,4);//网关 memcpy(ConfigMsg.dns,dns_server,4);//DNS

if(ip_from == IP_FROM_DHCP)/动态获取IP/ {

if(dhcp_ok==1)/*动态获取IP成功*/
{
  printf(" IP from DHCP\r\n");		 
		memcpy(ConfigMsg.lip,DHCP_GET.lip, 4);
		memcpy(ConfigMsg.sub,DHCP_GET.sub, 4);
		memcpy(ConfigMsg.gw,DHCP_GET.gw, 4);
		memcpy(ConfigMsg.dns,DHCP_GET.dns,4);
}

}

/将IP配置信息写入W5500相应寄存器/

setSUBR(ConfigMsg.sub);
setGAR(ConfigMsg.gw);
setSIPR(ConfigMsg.lip);

/判断数据是否写入成功/

getSIPR (local_ip);			
printf(" W5500 IP地址   : %d.%d.%d.%d\r\n", local_ip[0],local_ip[1],local_ip[2],local_ip[3]);
getSUBR(subnet);
printf(" W5500 子网掩码 : %d.%d.%d.%d\r\n", subnet[0],subnet[1],subnet[2],subnet[3]);
getGAR(gateway);
printf(" W5500 网关     : %d.%d.%d.%d\r\n", gateway[0],gateway[1],gateway[2],gateway[3]);  

} //配置W5500的MAC地址 void set_w5500_mac(void) {

memcpy(ConfigMsg.mac, mac, 6);
setSHAR(ConfigMsg.mac);	
memcpy(DHCP_GET.mac, mac, 6);

}

  W5500底层寄存器配置文件w5500.c;socket编程相关函数文件socket.c、w5500延时函数、数据格式转换文件utility.c;动态分配IP函数接口文件dhcp.c这些文件移植可参考示例代码或参考官方示例工程。