W5100 在嵌入式系统中实现TCP/IP 网络通信的应用

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摘要:W5100是WIZnet公司最新推出的固件以太网芯片,它是在W3150A+的基础上,集成了以太网物理层RTL8201CP核,因此W5100集TCP/IP协议栈、以太网MAC和PHY为一体。W5100支持TCP,UDP,ICMP,IGMP,IPv4,ARP,PPPoE,Ethernet等网络协议;支持4个独立的Socket通信,内部16K字节的发送/接收缓冲区可快速进行数据交换,最大通信速率达到25Mbps;提供多种总线(两种并行总线和SPI总线)接口方式,可以很方便地与各种单片机连接。

关键词: W5100,TCP/IP 协议,以太网,单片机

 

引言

我们原来介绍过 W3150A 以太网芯片,由于 W3150A 使用时还必需要在外面接一个以太网物理层接口器件(RTL8201CP),增加了使用时的硬件难度,因此 Wiznet 公司最新推出了W5100,将 TCP/IP 协议栈、以太网的 MAC和 PHY 三种功能集为一体。W5100 不仅保留了原来与 MCU接口的并行总线接口,还增加了 SPI 串行总线接口。 W5100 器件的推出,大大简化了硬件电路设计,使单片机系统在没有操作系统的支持下,真正实现了单芯片接入 Internet 的理想。

 

芯片介绍

W5100有如下特性:

与MCU多种接口选择,直接总线接口、间接总线接口和SPI总线;

支持硬件TCP/IP协议:  TCP, UDP, ICMP, IGMP, IPv4, ARP, PPPoE, Ethernet;

支持ADSL连接 (支持PPPOE协议,带PAP/CHAP验证);

支持4个独立的端口(Sockets)连接;

内部16K字节存储器作TX/RX缓存;

内嵌10BaseT/100BaseTX以太网物理层,支持自动应答(全双工/半双工模式);

支持自动极性变换(MDI/MDIX);

多种指示灯输出(Tx,Rx,Full/Duplex,Collision,Link,Speed);

0.18µm CMOS工艺;

3.3V工作电压,I/O口可承受5V电压;

LQFP80无铅封装,符合环保要求。

 

W5100 的结构如图 1所示。

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典型应用

1.网络考勤机/门禁系统

W5100 在网络考勤机/门禁系统中的应用如图 2所示, 使用 MCS-51单片机以直接总线方式与 W5100 接口,组成了一个具有网络功能的考勤机/门禁设备,这种考勤机/门禁系统广泛应用在公司写字楼、商场/超市、住宅小区等场所的管理。 考虑到考勤机/门禁系统的数据量不大,数据传输速率相对于其它实时系统来说不是很高,因此单片机可以采用 SPI 接口与 W5100 连接。而读卡器芯片 TRH031M 也可用使用PI 接口,因此它们可以共用总线,使硬件系统更加简单。

 

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2.网络电力仪表

W5100 应用在电力仪表中, 可以及时采集电力系统数据, 实现在本地/远程的数据采集、

故障分析判断。网络仪表主要应用在发电厂、变电站、配电站、工厂电力系统等领域,也可

以用于居民电量管理。

用 W5100 实现网络电力仪表结构如图 3所示。

 

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3.数字电视前端设备

数字电视前端设备种类很多,有诸如卫星接收机、数字编码器、数字复用器、数字加扰机及 QAM 调制器等等。 W5100 可以用在数字电视前端设备中,以建立起设备与控制台之间、设备与设备之间的网络通道。由于 W5100 内部具有 4个完全独立的端口,高速的数据处理能力和数据吞吐能力,不仅可以传输一般的控制信息,还可以传输音视频信号。

 

结束语

W5100“3 合 1”的功能可以满足各种单片机在没有操作系统的支持下接入 Internet 网络,简单、可靠,价格低廉,已广泛应用于各种安全监测、电力系统的测量监控、音视频传输、远程信息传输等领域。随着嵌入式系统网络化的广泛应用,相信 W5100 一定会被更多的工程师所喜欢。

 

文/

成都浩然电子有限公司  黎明