以太网接口芯片W5300使用说明

Posted 2022-02-08 rouwawa

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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。