以太网控制芯片W5200特点讲解及应用

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前言

通常采用的计算机网络体系结构是一个5层结构的模型,分别是物理层(PHY)、数据链路层(MAC)、网络层(IP)、传输层(Transport)以及应用层(Application)。传统的以太网控制器将PHY和MAC整合到同一个芯片中,然后通过软件方式实现IP层及以上协议。例如,ENC28J60就是一款内置物理层(PHY)及数据链路层(MAC)的以太网控制芯片,要实现单片机与网络的互联必须使用软件实现TCP/IP协议栈。对于芯片厂商来说,必须提供基本的通信协议,如TCP、UDP等的软件代码;对于用户来说,则必须掌握一定的以太网技术及各种协议的知识,需要花费较多的学习时间才能掌握。一个完整系统的实现一般需要耗费很多时间。尤其对于低端的8位单片机来说,TCP/IP协议栈的软件实现方法会给MCU带来过重的负载,有可能无法完成数据通信功能。

韩国WIZnet公司生产的以太网控制芯片W5200整合了5层结构中的前4层,即物理层、数据链路层、网络层和传输层,并在内部利用硬件实现了TCP/IP协议栈。开发者无需专业的网络知识,使用W5200如同控制外部存储器一样简单,为用户提供了最简单的网络接入方法。全硬件TCP/IP协议栈完全独立于主控芯片,可以降低主芯片负载且无需移植繁琐的TCP/IP协议栈,便于产品实现网络化更新。

W5200

W5200特点

以太网控制芯片W5200具有以下特点:

⑴W5200支持硬件TCP/IP协议,包括TCP、UDP、ICMP、IPv4、ARP、IGMP、PPPoE和以太网的PHY和MAC层,TCP/IP协议的硬件实现,使得应用协议的实现更简单容易。

⑵支持8个独立的SOCKET同时工作,可同时工作在不同的工作模式。

⑶支持低功耗模式,并支持网络唤醒,最大程度地减少功率消耗和发热。

⑷支持高速SPI接口(SPI MODE 0,3),SPI的时钟最高可达到80MHz,极大地提高了网络通信的护具传输速率。

⑸内部集成32KB存储器用于发送/接受缓存。

⑹内嵌10 BaseT/100 BaseTX以太网物理层(PHY)

⑺支持自动握手(全双工/半双工,10/100M)。

⑻支持MDI/MDIX自动翻转功能。

MDI是快速以太网 100BASE-T定义的与介质有关接口(Media Dependent Interface)。MDI是指通过收发器发送的 100BASE-T信号,即 100BASE-TX、FX、T4和T2信号。将集线器连接网络接口卡时,其发送和接收对是反接的。MDI是正常的非屏蔽双绞线(UTP,Unshielded Twisted Paired)或屏蔽双绞线(STP,Shield Twisted-Pair)连接,而MDI-X(Medium Dependent Interface cross -over)连接器的发送和接收对是在内部反接的,这就使得不同的设备(如集线器-集线器或集线器-交换机),可以利用常规的UTP或STP电缆实现背靠背的级联。

常见的网线主要分两种,一种是争先,另一种是反线。一般来说正线用于交换机连接路由器,交换机连接PC机;而反线则用于交换机连接交换机,路由器连接路由器,PC机连接PC机以及路由器连接PC机。不过近几年生产网络设备的厂商研发了一种叫线序自适应的功能,通过这个功能可以自动检测连接到自己接口上的网线类型,能够自动进行调节。MDI/MDIX自动翻转功能就是带有自动翻转功能的网络设备,在进行网络连接时,使用交叉网线或者直通网线都可以做到联通。

⑼支持ADSL连接(带PAP/CHAP认证模式的PPPoE协议)。

⑽不支持IP分片

⑾具有多功能LED指示输出(全双工/半双工、连接和速度等)。

⑿工作电压为3.3V,但端口可承受5V电压

⒀采用8脚QFN无铅环保封装

W5200适用于以下的嵌入式网络系统应用:

  • 家用网络设备:机顶盒、数字录放设备、网络摄像机;
  • 串口转以太网:存储控制器、LED显示器、无线应用中继等;
  • 并口转以太网:POS机、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:家用网络传感器;
  • 工厂和建筑自动化;
  • 医疗监控设备;
  • 嵌入式服务器等。

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