基于W5100的嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

摘要：文中介紹了一種基于新型獨立以太網(wǎng)接口芯片W5100的軟硬件設(shè)計方法。詳細介紹了新型獨立以太網(wǎng)控制器W5100的結(jié)構(gòu)、功能、外圍電路，并對W5100與DSP通訊和兩者TCP／IP協(xié)議棧的實現(xiàn)進行了軟硬件設(shè)計。
關(guān)鍵詞：W5100芯片；DSP；以太網(wǎng)；TCP／IP協(xié)議棧

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和以太網(wǎng)的迅速發(fā)展，基于以太網(wǎng)的控制設(shè)備越來越多，發(fā)展也越來越快。目前，以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種計算機網(wǎng)絡(luò)，通過以太網(wǎng)可以使不同的網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備實現(xiàn)互連、交換數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在以太網(wǎng)由于其高度可靠性和方便靈活的接口，在嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用越來越普及。
用以太網(wǎng)實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接有多種方案，傳統(tǒng)的多器件以太網(wǎng)連接方案是通MCU擴展以太網(wǎng)控制器來實現(xiàn)的，必要時還需要擴展外部RAM和ROM以及物理層(PHY)協(xié)議芯片和網(wǎng)絡(luò)變壓器，現(xiàn)在大多數(shù)設(shè)計都采用這種方案，但所用外部元件數(shù)量較多，系統(tǒng)需要存軟件上編寫TCP ／IP協(xié)議棧，導(dǎo)致系統(tǒng)開銷較大，開發(fā)難度高，穩(wěn)定件差，不適合低成本小型化場合。此外，采用現(xiàn)成的串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口模塊，開發(fā)非常容易，但是其傳輸速率比較低，數(shù)組之間可靠傳輸?shù)难訒r一般得幾十毫秒，難以滿足大多數(shù)場合的應(yīng)用。采用W5100以太網(wǎng)芯片，可以大大減少外圍器件，其硬件TCP／IP協(xié)議棧可以大大減少CPU開銷，提高系統(tǒng)可靠性。下面是幾種常用網(wǎng)絡(luò)連接方案的對比(見表1)。

1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
W5100是韓國WIZNET公司2006年推出的一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有10／100M以太網(wǎng)控制器，主要應(yīng)用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)中。使用W5100可以實現(xiàn)無操作系統(tǒng)的Internet連接。W5100內(nèi)部集成了全硬件的、且經(jīng)過多年市場驗證的TCP／IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層(MAC)和物理層(PHY)。硬件TCP／IP協(xié)議棧支持TCP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP和PPPoE，這些協(xié)議已經(jīng)在很多領(lǐng)域經(jīng)過了多年驗證。內(nèi)部還集成有16 kB存儲器用于數(shù)據(jù)傳輸。使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進行簡單的端口編程。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。