一、芯片简介
引用百度百科对芯片的一个简介,我就不再赘述。
W5300的目标是在高性能的嵌入式领域,如多媒体数据流服务。与WIZnet现有的芯片方案相比较,W5300在内存空间和数据处理能力等方面都有很大的提高。
W5300特别适用于IPTV,IP机顶盒和数字电视等大流量多媒体数据的传输。通过一个集成有TCP/IP协议和10/100M的以太网MAC和PHY的单芯片可以非常简单和快捷地实现Internet连接。
W5300与主机(MCU)采用总线接口。通过直接访问方式或间接访问方式,W5300可以很容易与主机接口,就像访问SRAM存储器。W5300的通信数据可以通过每个端口的TX/RX FIFO寄存器访问。由于这些特性,即使一个初学者也很容易使用W5300实现Internet连接。
应用领域
W5300在很多嵌入式系统中都非常适用,包括:
家庭网络设备:机顶盒,PVR和数字多媒体设备。串口转以太网:访问控制,LED显示等并行接口转以太网: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:家庭网络传感器安防设备:DVR,网络摄像头工厂和建筑自动化医疗监控设备嵌入式服务器
W5300的使用,和我们常用的协议或者控制芯片一样,都是采用总线方式对其寄存器进行配置,从而实现相应的功能。W5300的配置,大致分为三个过程:上电初始化、通用寄存器配置和socket寄存器配置三个过程。
二、上电初始化
上电后,利用\RESET管脚对W5300进行初始化。RESET信号低电平至少持续2us,为了使锁相环逻辑稳定,复位信号恢复高电平后至少等待10ms。
复位完成后,对W5300进行通用寄存器配置。
三、通用寄存器配置
W5300每个通用寄存器的详细说明及每一位代表什么含义,请参见官方手册。采用间接地址配置模式,W5300的基地址是0x08000。在FPGA对其配置时,是从上到下的顺序。
在通用寄存器配置完成之后,实际上嵌入式系统就可以进行物理连接了,当接入PC时,就可以ping通系统,从而验证通用寄存器配置是否成功。
四、Socket寄存器配置
完成W5300初始化以后,W5300可以以TCP、UDP、IPRAW或MACRAW的方式打开Socket发送或接收数据。
在本设计中,W5300工作在TCP服务器模式下。为了实现TCP通信,需要对Socket0(W5300可以支持8个独立socket)进行初始化设置,然后进行侦听设置,完成TCP服务器建立,最后等待建立连接。
通过Socket0模式寄存器S0_MR(P3:P0)和Socket0端口寄存器S0_PORTR分别设置通信协议和本机端口号(在TCP服务器模式,称之为侦听端口号),然后向Socket0控制寄存器S0_CR中写入0x0001执行OPEN命令,执行完OPEN命令后,如果Socket0状态寄存器S0_SSR改变为SOCK_INIT(0x13),则Socket0的初始化设置完成;再向S0_CR中写入0x0002执行侦听命令,若S0_SSR改变为SOCK_LISTEN(0x14),则侦听完成,W5300设置为TCP服务器;最后等待S0_SSR改变为SOCK_ESTABLISHED(0x17),若S0_SSR变为预期值,则建立了Socket0连接,可以进行数据通信。
五、接收数据
当W5300控制器收到接收数据控制命令时,进入接收数据状态。W5300接收数据的程序流程如下图所示。
首先要判断Socket0的RX存储器中是否有接收到的数据,即读取Socket0接收数据报长度寄存器S0_RX_RSR的值,并判断该值是否等于零。如果S0_RX_RSR的值等于零,表示没有数据接收,则继续判断,否则说明Socket0的RX存储器接收到数据,则进入下一步接收数据操作。
当存储器中接收到数据时,要进一步判断Socket0模式寄存器S0_MR的对齐控制位(ALIGN),若S0_MR[8] = 0(0表示没有对齐),则从Socket0的RX_FIFO寄存器S0_RX_FIFOR中读取需要接收的数据字节长度(这样做是由TCP/IP协议数据格式来确定的),否则从S0_RX_RSR中读取数据字节长度。实际上,在对齐的判断过程中,潜在的判断了数据字节是不是偶数,对齐则为偶数(S0_MR[8] = 1)。
得到数据字节长度信息后要将其转换为数据字长度,在TCP通信过程中,当每次收到的数据包的字节数为偶数时,S0_MR[8](ALIGN)为‘1’,删去附在接收数据包中的PACKET-INFO(数据的字节数),可以使读取数据的操作大大增强。如果收到的数据长度字节数为奇数,那么将添加一个哑字节,主机必须首先读取这个哑字节并丢弃它。从PACKET-INFO的字节长度信息可以判断数据包的最后一个字节是否为哑字节。字数作为读取S0_RX_FIFOR中接收内容的循环控制量。注意,字数的大小与数据总线宽度有关,本系统采用16位总线,所以包含2个字节。
最后,要在向S0_CR写入0x0040,执行REVC命令,告知主机W5300已经完成数据的读取。
六、数据发送
当W5300控制器收到发送数据控制命令时,进入发送数据状态。W5300发送数据程序流程如图所示。
首先读取Socket0剩余存储空间寄存器S0_TX_FSR,并判断S0_SSR当前的状态,若既不处于连接状态(SOCK_ESTABLISHED),也没有接收到连接断开请求(SOCK_CLOSE_WAIT),则直接关闭端口。
判断要发送数据的字节长度是否小于发送寄存器剩余空间的大小,如果小于等于剩余空间,则将需要发送数据字通过S0_TX _FIFOR复制到Socket0的TX存储器中,然后再将发送数据字节长度值写入Socket0的写长度寄存器S0_TX_WRSR,告知W5300需要向上位机发送数据的字节数。最后向S0_CR写入0x0020执行SEND命令,W5300收到此命令后对接收到的数据进行协议处理,并发送到网络中。数据发送完成后,Socket0的中断寄存器S0_IR会产生发送完成(SEND_OK)中断(用于检测上一次是否发送完成),中断值为0x0010,软件清除该中断后表示完成一次发送。如果是第一次发送,则不需要检测SEND_OK。
七、其他说明
1、作为客户端
当嵌入式系统作为客户端时,在配置W5300过程中,唯一与服务器模式不同的是,不用配置socket寄存器S0_CR的监听模式,改为配置服务器IP和端口号,然后采用写入连接connect。
2、时钟信号的选择
W5300一般选择内部PHY模式,时钟信号可以由内部振荡器(外接晶振)或外部振荡器产生。我的设计中外部振荡器由FPGA的PLL产生25MHz的时钟。