单片机以太网控制芯片W7100A用户手册(四)

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昨天讲解了如何通过异步收发以及看门狗定时器&TCP/IP内核,今天继续给大家介绍TCP/IP内核的内容,以及功能描述。

8.3.2   SOCKET寄存器

Sn_MR(SOCKET n模式寄存器)[R/W][0xFE4000 + 0x100n][0x0000]

该寄存器配置SOCKET n的协议或其他选项.

Sn_CR (SOCKET n 命令寄存器)[R/W][0xFE4001 + 0x100n][0x00]

该寄存器用于设置SOCKET n的命令,诸如:打开、连接、监听、发送、接收等操作。当W7100A 确认该命令之后, Sn_CR寄存器自动清零。即使Sn_CR清零,指令仍然在处理中。为了验证命令是否执行完成,可以检查Sn_IR寄存器或Sn_SR寄存器。

下面的命令只用于SOCKET 0且S0_MR(P3:P0) = S0_MR_PPPoE。

详细信息请参考W5100应用笔记”How to use ADSL”。

Sn_IR (SOCKET n 中断寄存器)[R/W][0xFE4002 + 0x100n][0x00]

Sn_IR寄存器提供SOCKET n的中断类型信息(比如建立连接、中断连接、收到数据、超时等)。当产生一个中断且中断屏蔽器Sn_IMR对应位为’1’,那么Sn_IR的中断位将置’1’。为了清除Sn_IR位,主机需要向该位写入’1’。当Sn_IR所有位都清除,IR(n)将自动清除。这时它将向MCU发出INT5信号(nINT5:TCPIP内核中断)。

Sn_IMR (SOCKET n中断屏蔽寄存器)[R/W][0xFE402C + 0x100n][0xFF]

它配置SOCKET n的中断类型,以指示给主机。端口的中断屏蔽寄存器Sn_IMR与Sn_IR相对应。如果SOCKET产生中断,Sn_IR相对应的位置’1’,如果Sn_IMR与Sn_IR相对应的位都置’1’,IR(n)置’1’。这时如果IMR(n)也置’1’,将产生中断(‘/INT’引脚电平变低)

Sn_SR (SOCKET n状态寄存器)[R][0xFE4003 + 0x100n][0x00]

该寄存器提供SOCKET n的状态。在对Sn_CR寄存器进行操作或数据包的收发过程中,SOCKET n 的状态将发生改变。

下表描述了SOCKET n的不同状态

下面是Sn_SR在改变过程中的临时状态。

Sn_PORT(SOCKET n源端口号)[R/W][(0xFE4004+0x100n)~(0xFE4005+0x100n)] [0x0000]

设置源端口号。

端口号只有SOCKET n工作在TCP、UDP模式下有效,在其它模式下无效。

端口号必须在OPEN命令之前设置。

例:设置SOCKET 0的端口号为5000(0x1388),配置如下:

0xFE4004 0xFE4005
0x13 0x88

Sn_DHAR (SOCKET n目的物理地址寄存器)[R/W][(0xFE4006 + 0x100n) – (0xFE400B + 0x100n)][FF.FF.FF.FF.FF.FF]

它设置、或被设置为SOCKET n的目的端物理地址。如果SOCKET 0用于PPPoE模式,S0_DHAR则设置为PPPoE服务器的物理地址,这个物理地址是已经知道的。

在UDP或IPRAW模式使用SEND_MAC命令时,需要将它设置为SOCKET n的目的物理地址。在TCP、UDP、IPRAW模式,使用CONNECT命令或SEND命令时,Sn_DHAR是通过ARP过程获得目的物理地址。在成功运行CONNECT或SEND命令后,主机可以通过Sn_DHAR获得目的物理地址。

当使用W7100A的PPPoE时,不需要设置PPPoE服务器的物理地址。

然而,即使不用W7100A的PPPoE处理,而是使用MACRAW模式,为了传输和接收PPPoE数据包,PPPoE服务器的物理地址(通过PPPoE过程获得)、PPPoE服务器的IP地址、PPP会话的ID值都需要设置,MR(PPPoE)也需要设置为’1’。

S0_DHAR在OPEN命令之前就设置为PPPoE服务器的物理地址。由S0_DAHAR设置的PPPoE服务器的物理地址在OPEN命令之后应用于PDHAR。PPPoE的配置信息属于内部信息,即使在CLOSE命令之后仍然有效。

例:SOCKET 0的目的端的物理地址为:00.08.DC.01.02.10,配置如下:

0xFE4006 0xFE4007 0xFE4008 0xFE4009 0xFE400A 0xFE400B
0x00 0x08 0xDC 0x01 0x02 0x10

Sn_DIPR (SOCKET n 目的IP地址寄存器)[R/W][(0xFE400C + 0x100n) – (0xFE400F + 0x100n)][00.00.00.00]

它设置、或被设置为SOCKET n的目的IP地址。如果SOCKET 0用于PPPoE模式,S0_DIPR0将设置为已知的PPPoE服务器的IP地址。

只有在TCP、UDP、IPRAW或PPPoE模式下有效,在MACRAW模式下无效。

当SOCKET工作在TCP客户端时,在运行CONNECT命令之前,它必须设置为TCP服务器的IP地址。而当工作在TCP服务器模式时,当成功建立连接以后,它内部自动设置为TCP客户端的IP地址。

在UDP或IPRAW模式,为了传输UDP或IPRAW数据包,在使用SEND或SEND_MAC命令之前,必须将目的端的IP地址设置到Sn_DIPR中。

在PPPoE模式,S0_DIPR设置为已知的PPPoE服务器的IP地址。

例:SOCKET 0的目的端的IP地址为:192.168.0.11,设置如下:

0xFE400C 0xFE400D 0xFE400E 0xFE400F
192 (0xC0) 168 (0xA8) 0 (0x00) 11 (0x0B)

Sn_DPORT (SOCKET n 目的端口号寄存器)[R/W][(0xFE4010 + 0x100n) – (0xFE4011 + 0x100n)][0x0000]

SOCKET n的目的端口号由Sn_DPORT设置。如果SOCKET 0工作在PPPoE模式,Sn_DPORT0设置为已知的会话ID。

只有在TCP、UDP和PPPoE模式下有效,其它模式下无效。

在TCP客户端模式时,在运行CONNECT命令之前,必须先将Sn_DPORT设置为TCP服务器的侦听端口。

在UDP模式下,在SEND命令或SEND_MAC命令之前,需要先设置好UDP数据包的目的端口号Sn_DPORT。

在PPPoE模式下,S0_DPORT设置为已知的PPP会话ID。PPP会话ID在OPEN命令之后应用于PSIDR。

例:设置SOCKET 0的目的端口号为5000(0x1388),配置如下:

0xFE4010 0xFE4011
0x13 0x88

Sn_MSSR(SOCKET n 最大分段长度寄存器)[R/W][(0xFE4012 + 0x100n) – (0xFE4013 + 0x100n)][0x0000]

它设置SOCKET n的最大传输单元(MTU),或指示MTU已经设置。它支持TCP或UDP模式。当使用PPPoE(MR(PPPoE)=1),TCP或UDP的最大传输单元(MTU)是由PPPoE的MTU范围确定的。

在IPRAW和MACRAW模式下,MTU不是由内部处理的,但是使用默认的MTU。因此当传输的数据比默认的MTU大,主机需要手动进行分段使其在默认的MTU范围内。

在SOCKET初始化过程中,复位值是0,但是MSSR会变成用户设置值和默认值之间较小的那个。如果没有用户设置值,MSSR则变成默认值。

在TCP和UDP模式下,如果传输的数据字节数比MTU大,W7100会自动将数据分段在MTU范围内。

在TCP模式,MTU就是我们所知道的MSS。通过选择主机写入的值和对端的MSS,在TCP连接过程中MSS自动选择较小的值。

在UDP模式下,没有TCP的连接过程,只使用主机写入的值。当与不同MTU的对端通信时,W7100可以接收到ICMP(分段的MTU)数据包。当IR(FMTU)=1时,无法实现与对端的UDP通信。因此用户必须关闭SOCKET,将Sn_MSSR设置为FMTU,然后再试着用OPEN命令打开端口进行通信。

 

 

Sn_PROTO (SOCKET n 协议号寄存器)[R/W][0xFE4014 + 0x100n][0x00]

 

这是一个1字节的寄存器,用于设置IP层数据包中IP包头的协议号字段。

 

只有在IPRAW模式下有效,而在其它模式下都无效。Sn_PROTO必须在OPEN命令之前设置。当SOCKET n以IPRAW模式打开时,它发送和接收的是由Sn_PROTO设置的协议号的数据。Sn_PROTO的赋值范围在0x00 ~ 0xFF之间。但W7100不支持TCP(0x06)和UDP(0x11)的协议号。协议号由IANA(互联网编号分配机构)定义。详细内容请参考在线信息:

 

http://www.iana.org/assignments/protocol-numbers

 

例:网络控制信息协议(ICMP)的协议号为0x01,网络分组管理协议的协议号为0x02。

 

Sn_TOS(SOCKET n服务类型(TOS)寄存器)[R/W][0xFE4015 + 0x100n][0x00]

 

它设置服务类型(TOS),这是IP层数据包中IP包头中的一个字段。必须在OPEN命令之前

 

进行设置。

 

请参考:http://www.iana.org/assignments/ip-parameters.

 

Sn_TTL(SOCKET n生存时间(TTL)寄存器)[R/W][0xFE4016 + 0x100n][0x80]

 

它设置IP层数据包中IP包头中的生存时间(TTL)字段。必须在OPEN命令之前进行设置。

 

请参考:http://www.iana.org/assignments/ip-parameters

 

Sn_RXMEM_SIZE(SOCKET n接收存储器大小寄存器) [R/W][0xFE401E + 0x100n][0x02]

 

它用于配置每一个SOCKET的RX存储器的大小。每个SOCKET的RX存储器大小可配置为1、2、4、8、16K字节。复位后默认为2K字节。8个SOCKET的Sn_RXMEM_SIZE的总和为16K字节。

 

例1:SOCKET 0 : 8KB, SOCKET 1 : 2KB

 

0xFE401E 0xFE411E
0x08 0x02

 

例2:SOCKET 2 : 1KB, SOCKET 3 : 1KB

 

0xFE421E 0xFE431E
0x01 0x01

 

例3: SOCKET 4 : 1KB, SOCKET 5 : 1KB

 

0xFE441E 0xFE451E
0x01 0x01

 

例4: SOCKET 6 : 1KB, SOCKET 7 : 1KB

 

0xFE461E 0xFE471E
0x01 0x01

 

从上面的例1~例4可以看出,8个SOCKET的RX存储器之和为16K字节。

 

Sn_TXMEM_SIZE (SOCKET n 发送存储器大小寄存器)[R/W][0xFE401F + 0x100n][0x02]

 

它配置SOCKET的内部TX存储器。每个SOCKET的TX存储器可配置的大小为1、2、4、8、16K字节。复位后默认为2K字节。8个SOCKET的TX存储器之和为16K字节。

 

例5:SOCKET 0 : 4KB, SOCKET 1 : 1KB

 

0xFE401F 0xFE411F
0x04 0x01

 

例6: SOCKET 2 : 2KB, SOCKET 3 : 1KB

 

0xFE421F 0xFE431F
0x02 0x01

 

例7:SOCKET 4 : 2KB, SOCKET 5 : 2KB

 

0xFE441F 0xFE451F
0x02 0x02

 

例8:SOCKET 6 : 2KB, SOCKET 7 : 2KB

 

0xFE461F 0xFE471F
0x02 0x02

 

从上面例5~例8所示,8个SOCKET的TX存储器之和为16K字节。

 

Sn_TX_FSR (SOCKET n发送存储器剩余空间大小寄存器)[R][(0xFE4020 + 0x100n) – (0xFE4021 + 100n)][0x0000]

 

它指示SOCKET n的内部TX存储器可使用的空间大小(可写入的传输数据的字节数)。主机不能写入比Sn_TX_FSR更多的数据到TX存储器。因此 , 在向TX存储器写入发送数据前检查Sn_TX_FSR,如果要写入的数据字节数小于或等于Sn_TX_FSR,才可以写入数据到TX存储器然后用SEND或SEND_MAC命令发送。

 

在TCP模式,如果对端接收到所发送的数据包(如果收到从对端来的DATA/ACK数据包),Sn_TX_FSR将自动增加,增加量就是已发送的字节数。在其它模式,只要Sn_IR(SENDOK)=1,Sn_TX_FSR就自动增加,增加量就是传输的数据长度。

 

例:S0_TX_FSR0的值为2048(0x0800),

 

0xFE4020 0xFE4021
0x08 0x00

 

Sn_TX_RD (SOCKET n发送存储器读指针寄存器)[R][(0xFE4022 + 0x100n) – (0xFE4023 + 0x100n)][0x0000]

 

该寄存器显示TX存储器最后结束传输的地址值。对SOCKET n的命令控制寄存器写入SEND命令,它将从当前的Sn_TX_RD地址开始传输数据,直到Sn_WR_WR地址为止。在传输结束后该寄存器的值自动改变。因此在传输结束后,Sn_TX_RD和Sn_TX_WR的值是相等的。读该寄存器时,先读取它的高字节(0xFE4022,0xFE4122,0xFE4222,0xFE4322,0xFE4422, 0xFE4522,0xFE4622,0xFE4722),然后再读它的低字节(0xFE4023,0xFE4123,0xFE4223, 0xFE4323,0xFE4423,0xFE4523,0xFE4623,0xFE4723),这样读取的数据才正确。

 

Sn_TX_WR (SOCKET n发送存储器写指针寄存器)[R/W][(0xFE4024 + 0x100n) – (0xFE4025 + 0x100n)][0x0000]

 

该寄存器提供定位信息,指示数据应该写入到什么位置。读取该寄存器时,先读取高字节(0xFE4024,0xFE4124,0xFE4224,0xFE4324,0xFE4424,0xFE4524,0xFE4624,0xFE4724),然后再读取低字节(0xFE4025,0xFE4125,0xFE4225,0xFE4325,0xFE4425,0xFE4525,0xFE4625, 0xFE4725),这样读取的数据才正确。

 

例:S0_TX_WR的值为2048(0x0800)。

 

0xFE4024 0xFE4025
0x08 0x00

 

但这个值本身不是可以直接访问的物理地址。实际访问的物理地址计算如下:(请参考W7100A驱动程序)

 

1.从Sn_TXMEM_SIZE(n)计算出端口n TX存储器的基地址(SBIUFBASEADDRES(n))和掩码地址(SMASK(n)),详细内容参看所提供的源代码。

 

2.将Sn_TX_WR0和SMASK(n)进行’位与’运算,其结果就是在端口n的TX存储器范围内的偏移地址(dst_mask)。

 

3.将dst_mask和SUBFBASEADDRESS(n)相加得到实际访问的物理地址(dst_ptr)。现在可以将需要传输的数据写到dst_ptr。(*有一种情况需要注意,写入数据时可能会超过端口n的TX存储器的上界。这时将数据写入上边界地址后,再从SBUFBASEADDRESS(n)开始写入剩余的数据,如此循环写入操作。)

 

操作完成后,Sn_TX_WR的值必须加上当前写入数据的字节数。最后向Sn_CR(端口n的命令寄存器)发出SEND命令。详细信息参考TCP服务器模式下发送数据的源代码。

图8.3 计算物理地址

Sn_RX_RSR (SOCKET n RX接收数据长度寄存器)[R][(0xFE4026 + 0x100n) – (0xFE4027 + 0x100n)][0x0000]

它指示SOCKET n内部RX存储器中接收数据的字节数。由于该值是由Sn_Rx_RD和Sn_Rx_WR的在内部计算得出的,对SOCKET n的命令寄存器(Sn_CR)写入RECV命令且接收到远程的数据时,它将自动改变。当读取该寄存器时,用户应该首先读取高字节(0xFE4026,0xFE4126,0xFE4226,0xFE4326,0xFE4426,0xFE4526,0xFE4626,0xFE4726),然后再读低字节(0xFE4027,0xFE4127,0xFE4227,0xFE4327,0xFE4427,0xFE4527,0xFE4627, 0xFE4727),这样才能够得到正确的值。

例:S0_RX_RSR0的值为2048(0x0800)

0xFE4026 0xFE4027
0x08 0x00

这个值的总长度是由RX存储器大小寄存器决定的。

Sn_RX_RD (SOCKET n RX接收存储器读指针寄存器)[R/W][(0xFE4028 + 0x100n) – (0xFE4029 + 0x100n)][0x0000]

该寄存器确定接收数据的读取地址信息。当读取该寄存器时先读高字节 (0xFE4028,0xFE4128,0xFE4228,0xFE4328,0xFE4428,0xFE4528,0xFE4628,0xFE4728),然后再读低字节(0xFE4029,0xFE4129,0xFE4229,0xFE4329,0xFE4429,0xFE4529,0xFE4629, 0xFE4729),这样读取的信息才正确。

例:S0_RX_RD02048的值为(0x0800)

0x0428 0x0429
0x08 0x00

但这个值不是实际要读取的物理地址。实际的物理地址需要由下面的关系计算获得:

1.由Sn_RXMEM_SIZE(n)获得SOCKET n的RX存储器的基地址(RBUFBASEADDRESS(n))和SOCKET n的RX掩码地址(RMASK(n))。

2.将Sn_RX_RD0和RMASK(n)进行’位与’运算,得到SOCKET的RX存储器地址范围内的偏移地址(src_mask)。

3.将src_mask和RBUFBASEADDRESS(n)相加得到实际要访问的物理地址。

现在可以从src_ptr地址读取接收的数据(有一种特殊情况要注意,读取的地址超过了SOCKET的RX存储器的上边界,这时读完上边界地址的数据后,返回到RBUFBASEADDRESS(n)地址读取剩余的数据,如此循环访问)。

完成操作后,Sn_RX_RD的值必须加上当前读取的字节数(一定不能超过你读取的字节数)。最后对Sn_CR命令寄存器写入RECV命令,即完成操作。

更多详细信息请参考TCP服务器模式下接收数据的源代码。

Sn_RX_WR (SOCKET n RX接收存储器写指针寄存器)[R/W][(0xFE402A + 0x100n) – (0xFE402B + 0x100n)][0x0000]

它指示端口n内部RX存储器中接收数据的字节数。由于该值是由Sn_Rx_RD和Sn_Rx_WR在内部计算得出的,对SOCKET n的命令寄存器(Sn_CR)写入RECV命令且接收到远程的数据时,它将自动改变。当读取该寄存器时,用户应该首先读取高字节(0xFE4026,0xFE4126,0xFE4226,0xFE4326,0xFE4426,0xFE4526,0xFE4626,0xFE4726),然后再读低字节(0xFE4027,0xFE4127,0xFE4227,0xFE4327,0xFE4427,0xFE4527,0xFE4627, 0xFE4727),这样才能够得到正确的值。

例:S0_RX_WR0的值为2048(0x0800)

0xFE402A 0xFE402B
0x08 0x00

Sn_FRAG(SOCKET n分段寄存器)[R/W][(0xFE402D + 0x100n) – (0xFE402E + 0x100n)][0x4000]

该它设置IP层的IP包头中的分段字段。W7100不支持IP层的分段。即使配置了Sn_FRAG,IP数据包也不能够分段。它需要在OPEN命令之前设置该寄存器。

例:Sn_FRAG0 = 0x4000(不分段)

0xFE402D 0xFE402E
0x40 0x00

9.   功能描述

因为W7100A内部嵌入一个8051兼容的CPU内核和硬件的TCP/IP内核,它可以不需要其它

器件而独立工作。在这一节,将通过一些软件源代码,讲解7100A的初始化和每一种协议(TCP、UDP、IP raw、MACRAW)的通信方法。

9.1         初始化

W7100A的初始化分三个步骤:设置8051单片机,网络信息和内部TX/RX存储器。

l  步骤1:初始化MCU

1.中断设置

允许或禁止8051的中断。详细信息参考第3节”中断”。

2.存储器访问时序设置

通过CKCON(0x8E)和WTST(0x92)寄存器来设置存储器的访问时序。CKCON(0x8E)控制数据存储器的访问时序,而WTSR(0x92)控制程序存储器的访问时序,设置值为0~7之间。但W7100A的CKCON可以设置的值为1~7,而WTST(0x92)的值只能是4~7,其它值都无效。如果用户设置的值是一个无效值,W7100将不能够正常工作。详细信息请参考2.4节“SFR的定义”。

例:禁止中断,访问数据存储器2个时钟周期,访问程序存储器7个时钟周期,设置如下:

3.串口通信波特率,寄存器和中断的设置

1)设置W7100A串口通信的相关寄存器。

与串口相关的寄存器有:TMOD、PCON和SCON。

①    TMOD(89H):确定串口通信的定时器/计数器模式。

SM2:       在模式2和模式3时使用。假设这位为’1’,如果接收到的第9位为’1’,则接收该数据,如果第9位为’0’,则忽略该数据。

REN:接收允许(‘1’允许接收)。

TB8: 在模式2和模式3,发送的第8位数据位。

RB8: 在模式2和模式3,接收的第8位数据位。

TI:   发送完成中断。

RI:   接收完成中断

2)初始化串口通信时必须设置中断状态。

因为串口通信使用中断,因此在初始化串口通信时用户必须禁止其它相关的中断。

3)设置用户使用的波特率。请参考6.6节’波特率设置的实例’了解W7100用于产生波特率的定时器。定时器的波特率计算如下:

①    timer1计算公式

TH1 = 256 – ((K * 88.4736MHz) / (384 * 波特率))

K = ‘1’ at SMOD = ‘0’, K = ‘2’ at SMOD = ‘1’

②    timer2计算公式

(RCAP2H, RCAP2L) = 65536 – (88.4736MHz / (32 * 波特率))

例:使用Timer1的模式2,SMOD = 1,时钟频率 = 88.4736MHz,波特率 = 115200

  • 步骤2:设置网络信息

1.网络通信的基本信息

必须设置的网络基本信息有:

(1)SHAR(源硬件地址寄存器)

源硬件地址由SHAR设置,必须说明的是在以太网MAC层的物理地址(MAC地址)一定是唯一的。IEEE管理MAC地址的分配。网络设备的制造商给产品分配MAC地址。物理地址分配到详细信息请参考下面网址:

https://regauth.standards.ieee.org/standards-ra-web/pub/view.html#registries

(2)GAR(网关地址寄存器)

(3)SUBR(子网掩码寄存器)

(4)SIPR(源IP地址寄存器)

2.数据包发送失败时,设置重发时间和次数

为了设置重发时间,寄存器需要设置如下:

(1)RTR(重发时间寄存器),RTR的’1’代表’100us’。

(2)RCR(重发次数寄存器)

  • 步骤3:分配SOCKET n的内部TX/RX存储器

每一个可配置的TX/RX存储器的最大长度为16K字节。在16K字节的范围内,用户可以将存储器给8个SOCKET任意分配为1K、2K、4K、8K、16K字节。但是TX和RX存储器的设置的总和不能超过16K字节。(TXMAX=16KB,RXMAX=16KB)

图9.1 SOCKET n内部TX/RX存储器的分配

完成W7100A的这三步初始化,W7100A就可以通过以太网进行数据传输。此时,W7100A可以响应来自于网络的Ping请求。

 

 

9.2         数据通信

初始化过程完成以后,W7100A就可以以TCP、UDP、IPRAW或MACRAW的模式打开SOCKET,并发送和接收数据。W7100A支持8个端口以不同的方式同时进行工作。在这一节将介绍每一种方式的通信方法。

9.2.1   TCP

TCP是一种面向连接的协议。TCP使用本机IP地址/端口号和目的IP地址/端口号产生连接。发送和接收数据都是通过这个连接的端SOCKET。

建立到SOCKET连接的方法是TCP服务器和TCP客户端。它们的区别是谁主动发出连接请求(SYN数据包)。

TCP服务器监听来自TCP客户端的连接请求,接收发送的连接请求(被动打开),并产生连接。

TCP客户端发出连接请求到TCP服务器(主动打开),并产生连接。

图9.2 TCP服务器和TCP客户端

9.2.1.1       服务器

 

图9.3 “TCP服务器”操作流程

  • SOCKET初始化

TCP数据通信需要对SOCKET进行初始化设置。初始化过程首先选择W7100A的一个SOCKET(从W7100A的8个SOCKET中),设置协议模式(Sn_MR(P3:P0))和设置源端口号Sn_PORT0(TCP服务器的监听端口号)。然后运行OPEN指令。执行OPEN命令后如果端口的状态Sn_SR改变为SOCK_INIT,那么端口的初始化就完成了。

TCP服务器和TCP客户端的端口初始化是完全相同的端口初始化为TCP模式的操作如下:

  • 建立连接

当SOCKET的状态Sn_SR为SOCK_LISTEN时,如果它收到SYN数据包,Sn_SR的状态将改变为SOCK_SYNRECV,并发送一个SYN/ACK数据包,然后SOCKET n建立连接。SOCKET n建立连接以后才允许进行数据通信。有两种方法可以验证SOCKET n是否建立连接。

第一种方法:当收到数据包时,Sn_IR(RECV)置为1,如果主机在接收下一个数据包之前没有置上一个Sn_IR(RECV)为’1’,那么W7100将不能够识别下一个数据包的Sn_I(RECV),这是由于上一个Sn_IR(RECV)和后面的Sn_IR(RECV)重叠所致。因此,如果主机不能完全处理每一个Sn_IR(RECV)的数据包,则不推荐使用这种方法。

  • 建立连接 : 接收过程

在这个过程中,它处理内部RX存储器接收的数据。在TCP模式下,如果接收的数据的字节长度超过端口当前RX存储器的剩余空间,W7100A不能接收数据。如果发生这种情况,W7100A将保持连接(暂停),并等待RX的剩余空间大于需要接收的数据字节长度。

在W7100A驱动程序中wiznetmemcpy.c文件中定义的wizmemecpy函数,使用Receive/Send过程来进行存储器数据的快速复制。更多详细信息请参考第13章,参考’W7100A性能提升’以了解其性能表现,参考’W7100A驱动指南’以了解其使用方法。如果用户不想使用wizmemcpy函数,那么使用普通的存储器复制函数即可。

由于W7100A内部同时具有数据存储器和TCPIP内核内部存储器,用户应该根据地址进行分类。所以用户必须在TCPIP内核内部存储器的最高级地址前加上’0xFE’,或者在从TCPIP内核存储器到数据存储器进行复制操作时,将DPX0寄存器设置为’0xFE’。关于wizmemcpy的更多详细信息请参考’W7100A驱动指南’。

  • 建立连接 : 检查发送数据/发送过程

发送数据的字节长度不能超过SOCKET n TX存储器的大小。如果要传输的数据长度大于设置的MSS,它将按照MSS分段传输。

为了下一次数据的传输,用户必须检查上一次的SEND命令是否执行完成。如果上一次的SEND命令还没有执行完成又开始下一次的SEND命令,将会产生错误。数据越多,执行SEND命令所花费的时间越长。因此用户可以适当地将数据分段发送。

在发送过程中,用户必须将’0xFE’加到地址的最高地址,以指向TCPIP内核的存储器。

  • 建立连接 : 超时

超时可能会发生在连接请求(SYN数据包)或其响应(SYN/ACK数据包)、数据通信或其响应(DATA/ACK数据包)、断开连接请求(FIN数据包)或其响应(FIN/ACK数据包),以及所有其它TCP数据包的传输。如果不能在RTR定义的时间和RCR定义的重发次数范围内完成上述数据包的传输,都将产生TCP的超时,Sn_SR的状态变为SOCK_CLOSED。确定TCP超时的方法如下:

9.2.1.2       客户端

除了”CONNECT”状态外,与TCP服务器完全一样。用户可参考9.2.1.1”TCP服务器”。

图9.4 “TCP客户端”操作流程

  • 连接

发送连接请求(SYN数据包)到”TCP服务器”。当制造 “连接端口”到服务器时,可能会发生像ARPTO、TCPTO这样的超时现象。

9.2.2   UDP

UDP是无连接的协议,它的通信是不需要SOCKET建立连接。TCP是一种面向连接的、可以保证可靠性的通信协议,但UDP采用数据报文的通信方式,数据传输的可靠性没有保障。但是,因为UDP不使用连接的SOCKET,因此它可以与多个已知IP地址的多个端口进行数据交换。这是它的优势。使用一个端口与其它端口通信也会带来很多问题,比如丢失传输的数据、或接收到其它端口来的不需要的数据等。在UDP模式下,为了避免出现这些问题,保证数据通信的可靠性,主机需要重发被损坏的数据或丢掉那些不需要的数据。UDP协议支持单播、广播和多播等通信方式。它遵循以下通信流程。

二进制

11011110.01100010.10101101.01111011

00000000.00000000.00000000.11111111

11011110.01100010.10101101.11111111

图9.5 UDP操作流程

9.2.2.1       单播和广播方式

单播是UDP的一种通信方式。它一次只能将数据传输给一个目的站点。而广播通信则使用广播地址(255.255.255.255),将数据发送给所有的可接收的目的站点。例如,假设用户将数据传输给目的站点A、B和C。单播是每一次将数据单独传输给A、B或C。在这种情况下,在获得目的站点A、B或C的物理地址时可能产生ARP超时。在产生ARP超时的时候是不能够将数据传输到目的地的。

广播则使用广播地址(255.255.255.255),可以一次同时将数据发送到目的站点A、B和C。这时不需要得到目的站点A、B或C的物理地址,因此不会产生ARP超时。

  • 怎样建立广播IP?

广播IP地址可以通过子网掩码按位补码和主机IP地址的按位的逻辑或运算得到。

例:本机IP:222.98.173.123,子网掩码:255.255.255.0,则广播IP地址则为:222.98.173.255

  • SOCKET初始化

对要实现UDP通信,SOCKET必须进行初始化设置。打开SOCKET的操作过程如下:首先在W7100A的8个SOCKET中选择一个SOCKET为UDP的工作,并设置为UDP模式(Sn_MR(P3:P0)),然后设置本机端口号(Sn_PORT0),最后运行OPEN命令。执行OPEN命令后,如果Sn_SR状态改变为SOCK_UDP,则完成了端口的初始化设置。

图9.6 接收UDP数据的格式

接收的UDP数据包含8个字节的数据包信息和有效数据。数据包信息包括两个部分:发送者的信息(IP地址和端口号)和数据包的长度。UDP可以接收其它的很多UDP数据,用户可以通过发送者的信息区分UDP数据来源。它也接收以”255.255.255.255”的广播地址发送的信息。因此主机可以通过分析发送者的信息,丢掉那些不需要的数据。

如果要接收的数据长度大于SOCKET的RX存储器的剩余空间,用户将无法接收到数据,也不能够接收分段的数据。

  • 检查发送数据/发送过程

用户想发送的数据的大小不能超过内部TX缓冲器能容纳的范围。如果比MTU大的话,会自动以MTU为单位进行划分然后发送。当用户想用广播方式时,Sn_DIPR0应被设置成”255.255.255.255”

  • 检查发送完毕/超时

在继续发送数据之前,用户必须检查先前的SEND命令是不是已经完成了。发送的数据越多,发送需要的时间就越长。因此用户必须合理地将其要发送的数据进行划分。当用户发送UDP数据时可能发生ARP超时。如果ARP超时发生了,传输UDP数据失败。

9.2.2.2       多播

广播是与所有的、不确定的目的站点进行通信。但多播是与多个、但在多播组注册的目的站点进行通信。假如A、B和C是在一个特定的多播组里注册的站点。如果用户将数据传送到多播组(包含站点A),站点B和C也能够从站点A得到数据。为了使用多播通信,使用IGMP协议将目的站点列表注册到多播组。多播组包括:分组硬件地址、分组IP地址和分组端口号。用户不能够更改”分组硬件地址”和”分组IP地址”。但用户可以更改”分组端口号”。

分组硬件地址的选择范围在”01:00:5e:00:00:00”到”01:00:5e:7f:ff:ff”之间,而分组IP地址则使用D类地址, 范围从“224.0.0.0”到“239.255.255.255”。详细内容请参考官方网站:

http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses.

在选择时,6个字节的”分组硬件地址”的高23位硬件地址和4个字节的”分组IP地址”必须相同。例如,如果用户选择的分组IP地址为”244.1.1.11”,那么分组硬件地址为”01:00:5e:01:01:0b”。详细信息请参考RFC1112:http://www.ietf.org/rfc.html

在W7100A内部,IGMP处理多播注册是由内部(自动)完成的。当用户以多播的模式打开端口时,”Join”信息将在内部自动传送。如果用户关闭端口,”Leave”信息将在内部自动传送。端口打开以后,”Report”信息将在数据传输过程中每隔一定的时间传送。

W7100A支持IGMP v1和v2版本。如果用户想使用一个升级的版本,主机可以使用IPRAW模式直接处理IGMP。

  • SOCKET初始化

从W7100A的8个端口中选择一个以进行多播。将”多播分组MAC地址”设为Sn_DHAR0,将”多播分组IP地址”设为Sn_DIPR0。然后将”多播分组端口号”设为Sn_PORT0和Sn_DPORT0。设置Sn_MR(P3:P0)成为UDP模式,将Sn_MR(MULT1)设置为1。最后执行OPEN(打开)命令。如果Sn_SR的状态在OPEN命令之后被改为SOCK_UDP,端口初始化就完成了。

  • 检查接收到的数据

请参考9.2.2.1”单播方式和广播方式”

  • 接收过程

请参考9.2.2.1”单播方式和广播方式”

  • 检查发送数据/发送过程

因为用户在端口初始化中设置了多播分组的信息,因此用户不必再设置目的设备的IP地址和端口号。因此,复制要传送的数据到内部TX缓冲区,执行SEND命令就可以了。

l  检查完成/SOCKET关闭

参考9.2.2.1”单播&广播”

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