W5500

W5500 是一款全硬件 TCP/IP 嵌入式以太網(wǎng)控制器，為嵌入式系統(tǒng)提供了更加簡(jiǎn)易的互聯(lián)網(wǎng)連接方案。W5500 集成了 TCP/IP 協(xié)議棧，10/100M 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層（MAC） 及物理層（PHY），使得用戶使用單芯片就能夠在他們的應(yīng)用中拓展網(wǎng)絡(luò)連接。

久經(jīng)市場(chǎng)考驗(yàn)的 WIZnet 全硬件 TCP/IP 協(xié)議棧支持 TCP,UDP,IPv4,ICMP,ARP,IGMP 以及 PPPoE 協(xié)議。W5500 內(nèi)嵌 32K 字節(jié)片上緩存以供以太網(wǎng)包處理。如果你使用 W5500， 你只需要一些簡(jiǎn)單的 Socket 編程就能實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)應(yīng)用。這將會(huì)比其他嵌入式以太網(wǎng)方案 更加快捷、簡(jiǎn)便。用戶可以同時(shí)使用 8 個(gè)硬件 Socket 獨(dú)立通訊。

W5500 提供了 SPI（外設(shè)串行接口）從而能夠更加容易與外設(shè) MCU 整合。而且， W5500 的使用了新的高效 SPI 協(xié)議支持 80MHz 速率，從而能夠更好的實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)通訊。 為了減少系統(tǒng)能耗，W5500 提供了網(wǎng)絡(luò)喚醒模式（WOL）及掉電模式供客戶選擇使用。

特點(diǎn)

支持硬件 TCP/IP 協(xié)議：TCP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMP, PPPoE
支持 8 個(gè)獨(dú)立端口（Socket）同時(shí)通訊
支持掉電模式
支持網(wǎng)絡(luò)喚醒
支持高速串行外設(shè)接口（SPI 模式 0，3）
內(nèi)部 32K 字節(jié)收發(fā)緩存
內(nèi)嵌 10BaseT/100BaseTX 以太網(wǎng)物理層（PHY）
支持自動(dòng)協(xié)商（10/100-Based 全雙工/半雙工）
不支持 IP 分片
3.3V 工作電壓，I/O 信號(hào)口 5V 耐壓；
LED 狀態(tài)顯示（全雙工/半雙工，網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)速度，活動(dòng)狀態(tài)）
48 引腳 LQFP 無(wú)鉛封裝（7x7mm, 0.5mm 間距）

目標(biāo)應(yīng)用

W5500 適合于以下嵌入式應(yīng)用：

家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備: 機(jī)頂盒、個(gè)人錄像機(jī)、數(shù)碼媒體適配器
串行轉(zhuǎn)以太網(wǎng): 門禁控制、LED 顯示屏、無(wú)線 AP 繼電器等
并行轉(zhuǎn)以太網(wǎng): POS/微型打印機(jī)、復(fù)印機(jī)
USB 轉(zhuǎn)以太網(wǎng): 存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)
GPIO 轉(zhuǎn)以太網(wǎng): 家庭網(wǎng)絡(luò)傳感器
安全系統(tǒng): 數(shù)字錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、信息亭
工廠和樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)
醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備
嵌入式服務(wù)器

1 引腳分配

圖 1 W5500 引腳分布

1.1 引腳描述

表格 1 引腳類型標(biāo)記

表格 2 W5500 引腳描述

在 EXRES1 引腳和模擬地之間需要接一個(gè) 12. 4KΩ，精度 1 %的電阻。如下圖所示:

圖 2 外部參考電阻

晶振參考周邊電路如下圖所示：

圖 3 晶振參考電路

2 主機(jī)接口

W5500 提供了 SPI（串行外部接口）作為外設(shè)主機(jī)接口，共有 SCSn, SCLK, MOSI, MISO 4 路信號(hào)，且作為 SPI 從機(jī)工作。

W5500 與 MCU 的連接方式如圖 4 和圖 5 所示。根據(jù)其工作模式（可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度模 式/固定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度模式）將分別在第 2.3 章節(jié)和 2.4 章節(jié)做解釋說(shuō)明。

如圖 4 所示，可以與其他 SPI 設(shè)備共用 SPI 接口

在可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度模式中（如圖 4 所示），W5500 可以與其他 SPI 設(shè)備共用 SPI 接口。 但是一旦將 SPI 接口指定給 W5500 之后，則不能再與其他 SPI 設(shè)備共用，如圖 5 所示。

在可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度模式（如圖 4 所示），W5500 可以與其他 SPI 設(shè)備共用 SPI 接口。 然而，在固定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度模式（如圖 5 所示），SPI 將指定給 W5500，不能與其他 SPI 設(shè) 備共享。

圖 4 可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度模式（SCSn 受主機(jī)控制）

圖 5 固定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度模式（SCSn 保持接地）

SPI 協(xié)議定義了四種工作模式（模式 0，1，2，3）。每種模式的區(qū)別是根據(jù) SCLK 的極性及相位不同定義的。SPI 的模式 0 和模式 3 唯一不同的就是在非活動(dòng)狀態(tài)下， SCLK 信號(hào)的極性。SPI 的模式 0 和 3，數(shù)據(jù)都是在 SCLK 的上升沿鎖存，在下降沿輸出。

W5500 支持 SPI 模式 0 及模式 3.MOSI 和 MISO 信號(hào)無(wú)論是接收或發(fā)送，均遵從從最 高標(biāo)志位（MSB）到最低標(biāo)志位（LSB）的傳輸序列。

圖 6 SPI 模式 0&3

2.1 SPI 工作模式

W5500 與外設(shè)主機(jī)的通訊受 SPI 數(shù)據(jù)幀控制（參考第 2.2 章節(jié) SPI 數(shù)據(jù)幀） 。

W5500 的幀分為 3 段：地址段，控制段，數(shù)據(jù)段。

地址段為 W5500 寄存器或 TX/RX 內(nèi)存指定了 16 位的偏移地址。 控制段指定了地址段設(shè)定的偏移區(qū)域的歸屬，讀/寫訪問模式以及 SPI 工作模式（可變長(zhǎng)度模式/固定長(zhǎng)度模式）。

數(shù)據(jù)段可以設(shè)定為任意長(zhǎng)度（N-字節(jié)，1≤N）或者是固定的長(zhǎng)度：1 字節(jié)，2 字節(jié) 或 4 字節(jié)；如果 SPI 工作模式設(shè)置為可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度模式（VDM），SPI 的 SCSn 信號(hào)需要由外部 主機(jī)通過 SPI 幀控制。

在可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度模式下，SCSn 控制 SPI 幀的開始和停止：

SCSn 信號(hào)拉低（高電平到低電平），即代表 W5500 的 SPI 幀開始（地址段）；

SCSn 信號(hào)拉高（低電平到高電平），即代表 W5500 的 SPI 幀結(jié)束（數(shù)據(jù)段的隨機(jī) N字節(jié)數(shù)據(jù)結(jié)尾）；

2.2 SPI 數(shù)據(jù)幀

W5500 的 SPI 數(shù)據(jù)幀包括了 16 位地址段的偏移地址，8 位控制段和 N 字節(jié)數(shù)據(jù)段。 如圖 7 所示。

8 位控制段可以通過修改區(qū)域選擇位 (BSB[4:0])，讀/寫訪問模式位(RWB)以及 SPI工作模式位(OM[1:0])來(lái)重新定義。 區(qū)域選擇位選擇了歸屬于偏移地址的區(qū)域。

圖 7 SPI 數(shù)據(jù)幀格式

W5500 支持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)讀/寫。其流程為數(shù)據(jù)從（2/4/N 字節(jié)連續(xù)數(shù)據(jù)的）偏移地址的基址開始傳輸，偏移地址會(huì)（自增尋址）加 1 傳輸接下來(lái) 的數(shù)據(jù)。

2.2.1 地址段

地址段為 W5500 的寄存器或 TX/RX 緩存區(qū)指定了 16 位的偏移地址。 這 16 位偏移地址的值來(lái)自于從最高標(biāo)志位到最低標(biāo)志位的順序傳輸。

SPI 數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)段（2/4/N 字節(jié)）通過偏移地址自增（每傳輸 1 字節(jié)偏移地址加 1） 支持連續(xù)數(shù)據(jù)讀/寫。

2.2.2 控制段

控制段指定了地址段設(shè)定的偏移區(qū)域的歸屬，讀/寫訪問模式以及 SPI 工作模式。

表格 3 SPI 數(shù)據(jù)幀控制段對(duì)應(yīng)位的說(shuō)明

2.2.3 數(shù)據(jù)段

在 SPI 工作模式位 OM[1:0]設(shè)定了控制端之后，數(shù)據(jù)段被設(shè)定為 2 種長(zhǎng)度類型：1 種為可變的 N 字節(jié)長(zhǎng)度（可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度模式），另以一種為確定的 1/2/4 字節(jié)長(zhǎng)度（固定數(shù) 據(jù)長(zhǎng)度模式）。

此時(shí)，1 字節(jié)數(shù)據(jù)從最大標(biāo)志位到最小標(biāo)志位，通過 MOSI 或者 MISO 信號(hào)傳輸。

2.3 可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度模式

在 VDM 模式下，SPI 數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度被外設(shè)主機(jī)控制的 SCSn 所定義。這就意味著數(shù)據(jù) 段長(zhǎng)度根據(jù) SCSn 的控制，可以是一個(gè)隨機(jī)值（從 1 字節(jié)到 N 字節(jié)任何長(zhǎng)度均可）。

在 VDM 模式下，M[1:0]位必須為‘00’。

2.3.1 寫訪問——VDM 模式

圖 8 在 VDM 模式下讀 SPI 數(shù)據(jù)幀

圖 8 顯示的是在外部主機(jī)控制 W5500 讀操作時(shí)的 SPI 數(shù)據(jù)幀。

在 VDM 模式下，SPI 數(shù)據(jù)幀的控制段：讀寫控制位（RWB）為‘1’，工作模式位為’00’。

此時(shí)外設(shè)主機(jī)在傳輸 SPI 數(shù)據(jù)幀之前，須拉低 SCSn 信號(hào)引腳。

然后主機(jī)通過 MOSI 將 SPI 數(shù)據(jù)幀的所有位傳輸給 W5500 ，并在 SCLK 的下降沿同 步。

在完成 SPI 數(shù)據(jù)幀的傳輸后，主機(jī)拉高 SCSn 信號(hào)（低電平到高電平）。 當(dāng) SCSn 保持低電平且數(shù)據(jù)段持續(xù)傳輸，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)寫入。

1字節(jié)數(shù)據(jù)寫訪問示例

當(dāng)主機(jī)在 VDM 模式下，向通用寄存器區(qū)域中的 Socket 中斷屏蔽寄存器寫入數(shù)據(jù)‘0xA

A’時(shí)，SPI 數(shù)據(jù)幀的寫操作如下所示：

Offset Address = 0×0018

BSB[4:0] = ‘00000’ RWB = ‘1’ OM[1:0] = ‘00’

1st Data = 0xAA

在傳輸 SPI 數(shù)據(jù)幀之前，外設(shè)主機(jī)須拉低 SCSn，然后主機(jī)在時(shí)鐘（SCLK）跳變時(shí)同步 傳輸 1 位數(shù)據(jù)。在 SPI 數(shù)據(jù)幀傳輸完畢后，外設(shè)主機(jī)拉高 SCSn。（參考圖 9）

圖 9 VDM 模式下，SIMR 寄存器寫操作

N字節(jié)寫訪問示例

當(dāng)主機(jī)在 VDM 模式下，向通用寄存器區(qū)域中的 Socket 中斷屏蔽寄存器寫入 5 字節(jié)數(shù) 據(jù)時(shí)（0×11, 0×22, 0×33, 0×44, 0×55），SPI 數(shù)據(jù)幀的寫操作如下所示：

N 字節(jié)的寫訪問如圖 10 所示。

5 字節(jié)的數(shù)據(jù)被連續(xù)地寫入 Socket 1 的寫緩存地址：0×0040 – 0×0044。 在 SPI 數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)，外設(shè)主機(jī)拉低 SCSn（高電平到低電平）。

在 SPI 數(shù)據(jù)幀傳輸完畢時(shí)，外設(shè)主機(jī)拉高 SCSn（低電平到高電平）。

圖 10 在 VDM 模式下，向 Socket1 的發(fā)送緩存區(qū) 0×0040 中寫入 5 字節(jié)數(shù)據(jù)

2.3.2 讀訪問——VDM 模式

圖 11 在 VDM 模式下讀 SPI 數(shù)據(jù)幀

圖 11 顯示的是當(dāng)外設(shè)主機(jī)訪問 W5500 做讀訪問時(shí)，SPI 的數(shù)據(jù)幀格式。

在 VDM 模式下，讀/寫訪問位（RWB）為‘0’（讀模式），SPI 數(shù)據(jù)幀控制段的工作 模式位（OM[1:0]）為‘00’。

與此同時(shí)，在 SPI 數(shù)據(jù)幀傳輸之前，外設(shè)主機(jī)拉低 SCSn（高電平到低電平）。 然后主機(jī)通過 MOSI 將地址及控制段的所有位傳輸給 W5500.所有為將在 SCLK 的下降 沿同步。

之后在同步采樣時(shí)鐘（SCLK）的上升沿，主機(jī)通過 MISO 接收到所有數(shù)據(jù)位。 在接收完所有數(shù)據(jù)后，主機(jī)拉高 SCSn（低電平到高電平）。

當(dāng) SCSn 保持低電平且數(shù)據(jù)段持續(xù)傳輸，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)讀取。

1字節(jié)數(shù)據(jù)讀訪問示例

在 VDM 模式下，當(dāng)主機(jī)讀取 Socket 7 寄存器區(qū)的 Socket 狀態(tài)寄存器(S7_SR),SPI 數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)讀取如下所示。我們讓 S7_SR 設(shè)置為 Socket 建立模式下（0×17）。

在 SPI 數(shù)據(jù)幀傳輸之前，外設(shè)主機(jī)拉低 SCSn（高電平到低電平）。然后外設(shè)主機(jī)通過 M OSI 傳輸?shù)刂范魏涂刂贫谓o W5500.

然后主機(jī)通過 MISO 接收到接收完的數(shù)據(jù)。

在完成數(shù)據(jù)段的接收后，主機(jī)拉高 SCSn（低電平到高電平）。（參考圖 12）

圖 12 在 VDM 模式下讀 S7_SR

N字節(jié)讀訪問示例

在 VDM 模式下，當(dāng)從Socket3 的地址為 0×0100 的讀取緩存中讀取 5 字節(jié)的數(shù)據(jù)（0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD,0xEE）。這 5 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的讀訪問 SPI 數(shù)據(jù)幀如下所示。

N 字節(jié)讀訪問如圖 13 所示。

從 Socket 3 的接收緩存（地址 0×0100 – 0×0104），連續(xù)地讀取這 5 字節(jié)的數(shù)據(jù)（0xAA,

0xBB, 0xCC, 0xDD, 0xEE）。

在 SPI 傳輸數(shù)據(jù)幀之前，外設(shè)主機(jī)將 SCSn 拉低。（高電平到低電平） 在 SPI 數(shù)據(jù)段結(jié)束時(shí)，外設(shè)主機(jī)將 SCSn 拉高。（低電平到高電平）

圖 13 在 VDM 模式下，讀取 Socket 3 接收緩存 0×0100 中的 5 字節(jié)數(shù)據(jù)

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的高性能以太网芯片W5500 数据手册 V1.0（一）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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