STM32 以太网W5500

Posted 为了维护世界和平_

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了STM32 以太网W5500相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

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。

特点:

  • 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
  • 支持高速串行外设接口SPI( 80MHz 速率)
  • 内部32K字节收发缓存
  • LED状态显示
  • 支持掉电模式、网络唤醒

以太网接入方案

1、MAC+PHY方案
MCU内部自带MAC,由于软件协议栈操作需要主控不断响应中断,极大程度上占用了MCU的资源。

优缺点:
软件协议栈需要主控不断地响应中断,占用资源大,会影响通信质量
代码量占用大,内存资源占用多;安全角度,容易收到攻击

2、硬件协议方案
用硬件化的逻辑门电路实现所有的处理TCP/IP协议的工作。MCU只需要处理面向用户的应用层数据即可,传输、网络、链路层以及物理层全部由外围硬件芯片完成。

优缺点:
硬件协议栈,减少了单片机中断次数,通信速度快;
代码量少,比软件协议栈安全;
相比软件协议栈灵活性差,目前只支持8个socket

引脚连接

模块引脚说明单片机引脚
CS片选引脚PB12
CLKSPI时钟PB13
MISO主输入从输出PB14
MOSI主输出从输入PB15
INT中断引脚PC6
RST复位脚PC7
GNDGND
3V3电源3.3V供电3V3

SPI读写访问

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。

写访问

  • 在 VDM (可变数据长度模式)模式下, SPI 数据帧的控制段:读写控制位(RWB)为‘1’,如果是读则为‘0’,工作模式位为’00’。
  • 此时外设主机在传输 SPI 数据帧之前,须拉低 SCSn 信号引脚。
  • 然后主机通过 MOSI 将 SPI 数据帧的所有位传输给 W5500 ,并在 SCLK 的下降沿同步。
  • 在完成 SPI 数据帧的传输后,主机拉高 SCSn 信号(低电平到高电平)。
  • 当 SCSn 保持低电平且数据段持续传输,即可实现连续数据写入。

1 字节数据写访问示例

Offset Address = 0x0018
BSB[4:0] = ‘00000’
RWB = ‘1’
OM[1:0] = ‘00’
1st Data = 0xAA

在传输 SPI 数据帧之前, 外设主机须拉低 SCSn,然后主机在时钟(SCLK)跳变时同步
传输 1 位数据。在 SPI 数据帧传输完毕后,外设主机拉高 SCSn

寄存器以及地址

W5500 有 1 个通用寄存器,8 个 Socket 寄存器区,以及对应每个 Socket 的收/发缓存区。每个区域均通过 SPI 数据帧的区域选择位(BSB[4:0])来选取。
每个 Socket 分配多大的收/发缓存,必须在 16 位的偏移地址范围内(从0x0000 到 0xFFFF)

以下对地址的一些理解
在寄存器偏移计算的宏定义,采用宏定义方便计算socket n所使用的地址

#define WIZCHIP_CREG_BLOCK          0x00 	//< Common register block
#define WIZCHIP_SREG_BLOCK(N)       (1+4*N) //< Socket N register block
#define WIZCHIP_TXBUF_BLOCK(N)      (2+4*N) //< Socket N Tx buffer address block
#define WIZCHIP_RXBUF_BLOCK(N)      (3+4*N) //< Socket N Rx buffer address block

手册中的地址与源码中地址理解
手册中IP地址的定义

.h文件中的宏定义为

#define SIPR0                       (0x000F00)
#define SIPR1                       (0x001000)
#define SIPR2                       (0x001100)
#define SIPR3                       (0x001200)

SPI读写操作中,地址操作,高位要偏移16,低要偏移8 ,这与地址的宏定义向左偏移8相符合。
读写函数地址偏移如下:

   SPI_SendByte( (addrbsb & 0x00FF0000)>>16);//偏移16	
   SPI_SendByte( (addrbsb & 0x0000FF00)>> 8);//偏移8

源码以及配置

驱动源码

文件说明
W5500_conf.c主要配置W5500的MAC,IP地址,W5500基本的数据读写过程,服务设置函数等
Socket.c设置socket的打开、关闭、以及接收数据、发送数据等
w5500.c主要完成W5500的寄存器读写过程

W5500的socket初始化过程
1、基本配置

  • 模式寄存器(MR)
  • 中断屏蔽寄存器(IMR)
  • 重发时间寄存器(RTR)
  • 重发计数寄存器(RCR)

2、网络设置

  • 网关地址寄存器(GAR)
  • 本机物理地址寄存器(SHAR)
  • 子网掩码寄存器(SUBR)
  • 本机IP地址寄存器

3、端口设置,数据收发缓冲区
W5500 有 1 个通用寄存器,8 个 Socket 寄存器区,以及对应每个 Socket 的收/发缓存区。每一个 Socket 的发送缓存区都在一个 16KB 的物理发送内存中,初始化分配为 2KB。每一个 Socket 的接收缓存区都在一个 16KB 的物理接收内存中,初始化分配为 2KB。

4、应用层协议开发

支撑协议:域名服务系统(DNS),简单网络管理协议(SNMP)
应用协议:超文本传输协议(HTTP),简单邮件传输协议(SMTP),文件传输协议(FTP),简单文件传输协议(TFTP)和远程登录(Telnet)

实现 TCP Server

它使用 IP 作为网络层,提供全双工的和可靠交付的服务。TCP 建立通信的两端一端称为服务器端,另一端为客户端。

一个通过互联网进行交互的 C/S 模型,C/S 模型是一个最典型和最常用的通讯结构。此时服务器处于守候状态,并侦听客户端的请求。客户端发出请求,并请求经互联网送给服务器。一旦服务器接收到这个请求,就可以执行请求所制定的任务,并将执行的结果经互联网回送给客户。

三次握手过程

TCP 协议通过三个报文段完成连接的建立,这个过程称为三次握手

1,第一次握手:建立连接时,客户端发送 SYN 包(seq=j)到服务器,并进入SYN_SEND 状态,等待服务器确认。
2,第二次握手:服务器收到 SYN 包,必须确认客户的 SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个 SYN 包(seq=k),即 SYN+ACK 包,此时服务器进入 SYN_RECV状态。
3,第三次握手:客户端收到服务器的 SYN+ACK 包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入 ESTABLISHED 状态,完成三次握手

SPI 配置

数据传输SPI总线,CS片选引脚拉低,发送数据,拉高结束发送数据

#define WIZ_SPIx_GPIO_PORT      GPIOB				      /* GPIO端口   */
#define WIZ_SPIx_GPIO_CLK       RCC_APB2Periph_GPIOB	   /* GPIO时钟*/
#define WIZ_SPIx                SPI2                   	   /*W5500所使用的SPI     */
#define WIZ_SPIx_CLK_CMD        RCC_APB1PeriphClockCmd
#define WIZ_SPIx_CLK            RCC_APB1Periph_SPI2    	   /* W5500所使用的SPI 时钟 */
#define WIZ_SPIx_SCLK           GPIO_Pin_13			       /* W5500所使用的CLK      */
#define WIZ_SPIx_MISO           GPIO_Pin_14				   /* W5500所使用的 MISO       */
#define WIZ_SPIx_MOSI           GPIO_Pin_15			       /* W5500所使用的 MOSI     */

void gpio_for_w5500_config(void)

  SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  //开 RESET与片选引脚的时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd(WIZ_SPIx_RESET_CLK|WIZ_SPIx_INT_CLK, ENABLE);
  //开 CLK与片选引脚的时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd(WIZ_SPIx_GPIO_CLK|WIZ_SPIx_SCS_CLK, ENABLE);

  /*SPI Periph clock enable */
  WIZ_SPIx_CLK_CMD(WIZ_SPIx_CLK, ENABLE);

  /* Configure SCK */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = WIZ_SPIx_SCLK;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_Init(WIZ_SPIx_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

  /*Configure MISO */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = WIZ_SPIx_MISO;
  GPIO_Init(WIZ_SPIx_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

  /*Configure MOSI */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = WIZ_SPIx_MOSI;
  GPIO_Init(WIZ_SPIx_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

  /*Configure CS pin */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = WIZ_SPIx_SCS;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
  GPIO_Init(WIZ_SPIx_SCS_PORT, &GPIO_InitStructure);

  /* SPI1 configuration */
  SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
  SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
  SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
  SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
  SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
  SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
  SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;
  SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
  SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
  SPI_Init(WIZ_SPIx, &SPI_InitStructure);
  SPI_Cmd(WIZ_SPIx, ENABLE);
	
  /*复位引脚*/
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = WIZ_RESET;					        
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		     
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;		     
  GPIO_Init(WIZ_SPIx_RESET_PORT, &GPIO_InitStructure);		 
  GPIO_SetBits(WIZ_SPIx_RESET_PORT, WIZ_RESET);		
  
  /*INT引脚*/	
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = WIZ_INT;						       
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		     
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;				     
  GPIO_Init(WIZ_SPIx_INT_PORT, &GPIO_InitStructure);			 

SPI写函数

uint8_t SPI_SendByte(uint8_t byte)

  /* 检测数据寄存器状态*/
  while (SPI_I2S_GetFlagStatus(WIZ_SPIx, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
  /* 发送数据 */
  SPI_I2S_SendData(WIZ_SPIx, byte);
  /* 等待接收一个字节 */
  while (SPI_I2S_GetFlagStatus(WIZ_SPIx, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);
  /*返回从SPI上接收到的一个字节 */
  return SPI_I2S_ReceiveData(WIZ_SPIx);

SPI 片选

void wiz_cs(uint8_t val)

	if (val == LOW) 
	
	  GPIO_ResetBits(WIZ_SPIx_SCS_PORT, WIZ_SPIx_SCS); 
	
	else if (val == HIGH)
	
	  GPIO_SetBits(WIZ_SPIx_SCS_PORT, WIZ_SPIx_SCS); 
	

void iinchip_csoff(void)

	wiz_cs(LOW);

void iinchip_cson(void)
	
   wiz_cs(HIGH);

/*写*/
void IINCHIP_WRITE( uint32 addrbsb,  uint8 data)

   iinchip_csoff();                              	
   SPI_SendByte( (addrbsb & 0x00FF0000)>>16);//偏移16	
   SPI_SendByte( (addrbsb & 0x0000FF00)>> 8);//偏移8
   SPI_SendByte( (addrbsb & 0x000000F8) + 4);  
   SPI_SendByte(data);                   
   iinchip_cson();                            

/*读*/
uint8 IINCHIP_READ(uint32 addrbsb)

   uint8 data = 0;
   iinchip_csoff();                            
   SPI_SendByte( (addrbsb & 0x00FF0000)>>16);
   SPI_SendByte( (addrbsb & 0x0000FF00)>> 8);
   SPI_SendByte( (addrbsb & 0x000000F8))    ;
   data = SPI_SendByte(0x00);            
   iinchip_cson();                               
   return data;    

读写数据

uint16 wiz_write_buf(uint32 addrbsb,uint8* buf,uint16 len)

   uint16 idx = 0;
   if(len == 0) 
   		printf("Unexpected2 length 0\\r\\n");
   iinchip_csoff();                               
   SPI_SendByte( (addrbsb & 0x00FF0000)>>16);
   SPI_SendByte( (addrbsb & 0x0000FF00)>> 8);
   SPI_SendByte( (addrbsb & 0x000000F8) + 4); 
   for(idx = 0; idx < len; idx++)
   
     SPI_SendByte(buf[idx]);
   
   iinchip_cson();                           
   return len;  


uint16 wiz_read_buf(uint32 addrbsb, uint8* buf,uint16 len)

  uint16 idx = 0;
  if(len == 0)
    printf("Unexpected2 length 0\\r\\n");
    
  iinchip_csoff();                                
  SPI_SendByte( (addrbsb & 0x00FF0000)>>16);
  SPI_SendByte( (addrbsb & 0x0000FF00)>> 8);
  SPI_SendByte( (addrbsb & 0x000000F8));    
  for(idx = 0; idx < len; idx++)                   
  
    buf[idx] = SPI_SendByte(0x00);
  
  iinchip_cson();                                  
  return len;

网络相关函数

配置MAC地址

#define SHAR0                       (0x000900)//寄存器地址查看手册

void setSHAR(uint8 * addr)

  wiz_write_buf(SHAR0, addr, 6);  


void set_w5500_mac(void)

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

/**brief Subnet mask Register address*/
#define SUBR0                       (0x000500)
#define SUBR1                       (0x000600)
#define SUBR2                       (0x000700)
#define SUBR3                       (0x000800)
/**brief Source MAC Register address*/
#define SHAR0                       (0x000900)
#define SHAR1                       (0x000A00)
#define SHAR2                       (0x000B00)
#define SHAR3                       (0x000C00)
#define SHAR4                       (0x000D00)
#define SHAR5                       (0x000E00)
/**@brief Source IP Register address*/
#define SIPR0                       (0x000F00)
#define SIPR1                       (0x001000)
#define SIPR2                       (0x001100)
#define SIPR3                       (0x001200)
//设置IP地址
void set_w5500_ip(void)
	
···
	setSUBR(ConfigMsg.sub);//配置子网掩码
	setGAR(ConfigMsg.gw);//配置网关
	setSIPR(ConfigMsg.lip);//配置IP
	···

主循环

void do_tcp_server(void)
	
	uint16 len=0;  
	switch(getSn_SR(SOCK_TCPS))	/*获取socket状态*/
	
		case SOCK_CLOSED:/*关闭状态*/
			socket(SOCK_TCPS ,Sn_MR_TCP,local_port,Sn_MR_ND);	   /*创建SOCKET*/
		  break;     
		case SOCK_INIT:/*socket已初始化状态*/
			listen(SOCK_TCPS);	/*建立监听*/
		  break;
		case SOCK_ESTABLISHED:	/*建立连接状态*/
			if(getSn_IR(SOCK_TCPS) & Sn_IR_CON)
			
				setSn_IR(SOCK_TCPS, Sn_IR_CON);		 /*清除接收中断*/
			
			len=getSn_RX_RSR(SOCK_TCPS);/*接收数据长度*/
			if(len>0)
			
				recv(SOCK_TCPS,buff,len);	/*接收来自client数据*/
				buff[len]=0x00;
				printf("%s\\r\\n",buff);
				send(SOCK_TCPS,buff,len)/*向client发送数据*/
		  
		  break;
		case SOCK_CLOSE_WAIT:/*关闭状态*/
			close(SOCK_TCPS);
		  break;
	

主函数下,子函数的实现

uint8 socket(SOCKET s, uint8 protocol, uint16 port, uint8 flag)

   uint8 ret;
   if (
        ((protocol&0x0F) == Sn_MR_TCP)    || ((protocol&0x0F) == Sn_MR_UDP)    ||
        ((protocol&0x0F) == Sn_MR_IPRAW)  || ((protocol&0x0F) == Sn_MR_MACRAW) ||
        ((protocol&0x0F) == Sn_MR_PPPOE)
      )
   
      close(s);
      //Socket n模式寄存器  0 0 0 1 写值  设置为TCP模式
      IINCHIP_WRITE(Sn_MR(s) ,protocol | flag);
      if (port != 0) 
      	 //写端口号
         IINCHIP_WRITE( Sn_PORT0(s) ,(uint8)((port & 0xff00) >> 8));
         IINCHIP_WRITE( Sn_PORT1(s) ,(uint8)(port & 0x00ff));
       else 
         local_port++; // if don't set the source port, set local_port number.
         IINCHIP_WRITE(Sn_PORT0(s) ,(uint8)((local_port & 0xff00) >> 8));
         IINCHIP_WRITE(Sn_PORT1(s) ,(uint8)(local_port & 0x00ff));
      
      //Socket n 配置寄存器  0x01 OPEN 打开
      IINCHIP_WRITE( Sn_CR(s) ,Sn_CR_OPEN); 
      /* 等待命令处理*/
      while( IINCHIP_READ(Sn_CR(s)) );
      ret = 1;
   
   else
   
      ret = 0;
   
   return ret;

uint8 listen(SOCKET s)

   uint8 ret;
   //Socket n 状态寄存器   0x13 SOCK_INIT
   if (IINCHIP_READ( Sn_SR(s) ) == SOCK_INIT)
   
      //Socket n 配置寄存器  0x02 LISTEN
      IINCHIP_WRITE( Sn_CR(s) ,Sn_CR_LISTEN);
      /* 等待命令处理 */
      while( IINCHIP_READ(Sn_CR(s) ) );
      ret = 1;
   
   else
   
      ret = 0;
   
   return ret;

uint8 connect(SOCKET s, uint8 * addr, uint16 port)

    uint8 ret;
    if
        (
            ((addr[0] == 0xFF) && (addr[1] == 0xFF) && (addr[2] == 0xFF) && (addr[3] == 0xFF)) ||
            ((addr[0] == 0x00) && (addr[1] == 0x00) && (addr[2] == 0x00) && (addr[3] == 0x00)) ||
            (port == 0x00以上是关于STM32 以太网W5500的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

cubemxw5500中断

W5500+STM32F103C8T6进行TCP通信(modbus)

W5500开发笔记 | 01- W5500 Socket API的说明

STM32CubeIDE 连接W5500模块作为TCPClient

W5500 学习开发: 硬件使用说明

W5500 学习开发: 硬件使用说明