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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива IRAUDAMP1 - новое мощное устройство 22.04.2004 Компанией INTERNATIONAL RECTIFIER объявлено о новом мощном устройстве IRAUDAMP1, которое представляет собой опорный источник для наладки микросхемы мощного высокочастотного драйвера IR2011S. Устройство содержит автогенератор с ШИМ, работает в широком диапазоне напряжений питания +25...60 В, развивает мощность 100 Вт на нагрузке 4 Ом при коэффициенте нелинейных искажений 0,008%. Цепи защиты срабатывают при перегрузке по напряжению и по току. Собственно драйвер IR2011S представляет собой аудиоусилитель класса D с выходной мощностью 100...1000 Вт и выпускается в корпусе DIP-8 или SO-8.

Другие интересные новости:

▪ Косметике 2000 лет

▪ Электромобиль Letin Mengo

▪ Вещи дарят радость

▪ Принтер Epson AcuLaser 2600

▪ Скоростная зарядка для литий-ионных батарей электромобилей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заземление и зануление. Подборка статей

▪ статья Мольер. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какой вратарь мог стать великим хоккеистом, но предпочел футбол? Подробный ответ

▪ статья Распорядитель танцевального вечера, ведущий дискотеки. Должностная инструкция

▪ статья Использование солнечных элементов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Катушки контурные импортных радиоприемников. Цветовая маркировка. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026