Реализация на базе микросхемы W5100 устройства для работы в сетях Ethernet. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Компьютеры

 Комментарии к статье

В настоящее время широкое развитие в быту и деловой жизни получают удаленный доступ к информации, сбор данных, удаленное управление и мониторинг в промышленности, охранные системы, услуги IP-телефонии и видеосвязи. Все это становится неотъемлемой частью современной жизни.

Обязательная составная часть таких систем - каналы связи, причем проводные линии остаются основой построения вычислительных сетей и телекоммуникаций. Основная технология, используемая в локальных сетях, - Ethernet.

Наиболее распространен в сетях Ethernet стек протоколов TCP/IP. Их структура оказалась удачной для передачи разнородной информации, она оптимальна для высокоскоростных локальных сетей с мультимедийным трафиком. Именно эти протоколы послужили основой сети Интернет. Их можно реализовать несколькими способами.

Первый способ - программный. Но на этом пути имеется много трудностей. Создание программного стека протоколов или даже портирование существующих, свободно распространяемых в исходном коде стеков (таких как IwlP, ulP), - довольно сложная и затратная по времени задача. Для работы стека необходима операционная система, адаптация которой к конкретному микроконтроллеру также может занять много времени. Кроме того, практически все операционные системы (за исключением нескольких клонов Linux) бесплатно не распространяются. Программная реализация протоколов интенсивно использует ресурсы операционной системы, процессора и памяти, что негативно сказывается на производительности системы в целом.

Избавить микроконтроллер от выполнения процедур передачи данных по каналу связи и значительно сократить время разработки позволяет второй способ - аппаратная реализация части протоколов с помощью специализированных БИС. В этой статье будет рассказано о практической реализации системы, предназначенной для работы в сетях Ethernet по стандартным протоколам, построенной на микроконтроллере и специализированной БИС фирмы WIZnet, аппаратно реализующей стек протоколов TCP/IP.

Использован микроконтроллер AT91SAM9261 с процессорным ядром ARM9. На его выбор повлияло наличие ряда необходимых периферийных функций. Однако возможно использование практически любого другого микроконтроллера, в том числе и гораздо менее производительного, хотя за это придется, возможно, расплачиваться снижением скорости обмена.

Для аппаратной реализации протоколов TCP/IP применена микросхема W5100, обладающая следующими возможностями:

- аппаратная реализация протоколов TCP, UDR ICMR IPv4 ARR IGMR РРРоЕ, Ethernet;
- встроенный 10BaseT/100BaseTX преобразователь физического уровня Ethernet;
- автоматическое определение режимов работы полный дуплекс, полудуплекс, 10 или 100 Мбит/с;
- три способа подключения к микроконтроллеру. Direct, Indirect, SPI;
- поддержка ADSL соединений по протоколу РРРоЕ;
- возможность работы одновременно с четырьмя соединениями, каждое из которых настраивается для работы в режиме клиента или сервера;
- 16 Кбайт внутренней памяти, отведенной под буферы приема и передачи.

Основой макета системы послужила имевшаяся в наличии отладочная плата AT91SAM9261-EK. На плате был установлен модуль WIZ810MJ, содержащий микросхему W5100 с необходимой "обвязкой" и сборку RJ113BZ - разъем RJ-45 с встроенными трансформаторами гальванической развязки и элементами согласования. Для соединения с управляющим устройством (микроконтроллером) модуль снабжен двумя штыревыми разъемами PBD2-28.

Вся документация, необходимая для работы с микросхемой W5100 и с модулем WIZ810MJ, имеется на официальном сайте компании WIZnet: wiznet.co.kr. Там же находится исходный текст на языке С драйвера, в котором реализованы высокоуровневые функции для работы с сокетами W5100, а также руководство по портированию драйвера. Хочу отметить, что вся документация написана в очень доступной для понимания форме, поэтому разобраться с подключением и программированием W5100 не составит труда. Документацию на микроконтроллер AT91SAM9261 можно найти на сайте at91.com

Схема подключения модуля WIZ810MJ к микроконтроллеру AT91SAM9261 для работы в режиме прямого доступа (Direct mode) изображена на рисунке. В скобках указаны номера выводов микроконтроллера.

Линии DO-D7 образуют шину данных, линии АО-А14 - шину адреса. Сигнал NRD - чтение из памяти, сигнал NWE - запись в память. Сигнал RESET, устанавливающий микросхему W5100 в исходное состояние, можно подать с любой свободной линии порта микроконтроллера. Использована линия РВО.

В микроконтроллере AT91SAM9261 предусмотрена возможность подключать до восьми устройств, обмен данными с которыми ведется, как с внешней памятью. Для каждого из них выделяется область в пространстве памяти микроконтроллера и формируется собственный сигнал выбора устройства (CS). В данном случае задействован сигнал CS6 (альтернативная функция линии РСО).

Чтобы оперативно реагировать на изменение состояния микросхемы W5100, требуется подать на микроконтроллер сигнал INT и настроить линию порта, на которую он подан, на генерацию запросов прерываний по спадающему перепаду уровня. Программный обработчик прерывания должен анализировать содержимое регистра Sn_IR микросхемы W5100. В данном случае вход запросов прерывания от W5100 - линия РС2.

Далее описаны действия, которые необходимы для настройки микроконтроллера и микросхемы W5100 на работу в Ethernet. Фрагменты программ написаны на языке С и могут быть практически без изменений использованы для любых ARM-микроконтроллеров фирмы Atmel.
Драйвер, который следует "скачать" с сайта фирмы WIZnet, состоит из файлов w5100.c, socket.c, types.h, w5100.h, socket.h. Эти файлы необходимо включить в проект. В исходном варианте драйвер рассчитан на работу в микроконтроллере ATmega128, но его очень просто адаптировать практически к любому другому микроконтроллеру, заменив всего несколько программных строк.

Прежде всего нужно внести некоторые изменения в файл types.h.

Заменой строки

#define _DEF_IINCHIP_MAP_BASE_ 0x8000
на
#def i ne _DEF_IINCHIP_MAP_BASE_ 0x70000000
установим адрес, с которого будет происходить обращение к регистрам и буферам микросхемы W5100 (с адреса 0x70000000 в пространстве памяти микроконтроллера начинается область, соответствующая сигналу CS6). После этого нужно закомментировать строку
#include <avr/pgmspace.h>
и сохранить модифицированный файл types.h.
Открываем файл W5100.C. Здесь следует закомментировать строку
#include <avr/interrupt.h>
и добавить после нее строку
#include <inarm.h>

Далее необходимо превратить 16-разрядные указатели на буферы приема и передачи в 32-разрядные.

Для этого в строках

static uintl6
SBUFBASEADDRESS[MAX_SOCK_NUM]; /**< Тх
buffer base address by each channel */
и
static uintl6
SBUFBASEADDRESS[MAX_SOCK_NUM]; /**< Tx buffer base address by each channel */
(переносы условные) заменим описатели типа переменной uint16 на uint32.

Далее по тексту программы заменяем все 16-разрядные адреса, передаваемые в качестве параметров функций, 32-разрядными. После того, как эти замены произведены, можно сохранить файл и использовать высокоуровневые функции драйвера в основной программе.

Осталось лишь инициализировать SMC (Static Memory Controller) микроконтроллера для формирования сигнала CS6 (табл. 1) и занести нужные значения в регистры микросхемы W5100 (табл. 2).

Теперь, когда все необходимые настройки сделаны, система готова к работе по любому из поддерживаемых микросхемой W5100 протоколов.

Например, в табл. 3 приведена возможная процедура приема сообщений в режиме "сервер", а в табл. 4 - процедура передачи в режиме "клиент".

Наиболее существенный недостаток микросхемы W5100 - отсутствие встроенной возможности фрагментировать посылки. Поэтому при пересылке больших объемов информации их разбивкой на пакеты придется заниматься программе микроконтроллера. Это же препятствует использованию микросхемы в качестве маршрутизатора. Тем не менее микросхему W5100, ввиду ее небольшой стоимости и наличия исходных текстов драйверов, можно рекомендовать для подключения микроконтроллерных систем к сети Ethernet при использовании стандартных протоколов TCP/IP.

Автор: К. Снегов, Р. Шишко, г. Воронеж; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Компьютеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Видеокарта Radeon RX 7900M 25.10.2023 Компания AMD представила свою новую видеокарту Radeon RX 7900M, которая стала частью игрового ноутбука Alienware m18 R1. Графический процессор Navi 31 оборудован 4608 потоковыми процессорами и взаимодействует с 16 ГБ видеопамяти GDDR6. Потребление энергии AMD Radeon RX 7900M достигает 180 Вт, превосходя максимальную мощность RTX 4000, которая составляет 150 Вт (175 Вт с технологией Dynamic Boost). Согласно данным от Dell, TGP графического процессора составляет 160 Вт, но с использованием SmartShift Max его можно увеличить до 200 Вт. Технические характеристики видеокарты включают: Количество вычислительных юнитов - 72 (RDNA 3) Ускорители трассировки лучей - 72 (второе поколение) Ускорители искусственного интеллекта - 144 Частота GPU - 1825 МГц Буст - до 2090 МГц Объем памяти - 16 ГБ GDDR6 Ширина шины памяти - 256 бит Скорость памяти - 18 Гбит/с AMD Infinity Cache - 64 МБ (второе поколение) Полная поддержка AV1 Энергопотребление - до 180 Вт Согласно заявлению, RX 7900M в среднем на 7% превосходит RTX 4080 для ноутбуков при разрешении 1440p. Первым ноутбуком, оснащенным RX 7900M, стал Dell Alienware m18 R1, который ранее предлагался с Radeon RX 7600M XT. Помимо мощной видеокарты AMD, ноутбук оснащен процессором Ryzen 9 7945HX3D, флагманским 16-ядерным мобильным процессором Zen4 с ядрами Raphael и технологией 3D V-Cache. Это сочетание обеспечивает выдающуюся игровую производительность. Цена такого ноутбука начинается от $2800.

Другие интересные новости:

▪ Гормон любви вызывает агрессию

▪ Продукты, которые можно есть перед сном

▪ Эффективный искусственный фотосинтез

▪ Монитор Samsung C27RG5

▪ Компактный городской электромобиль Microlino Lite

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аудио и видеонаблюдение. Подборка статей

▪ статья Рыльце в пуху (в пушку). Крылатое выражение

▪ статья Как древние астрономы представляли себе Вселенную? Подробный ответ

▪ статья Слива сибирская. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья MIDI-клавиатура на PIC16F84. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Источник питания для маломощных люминесцентных ламп. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026