#创作者激励#STM32驱动网卡W5500 原创

IT_阿水

发布于 2023-3-23 10:47

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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。
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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。
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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。
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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¤¶ÈÎª0\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);
}
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