基于W5100的嵌入式網絡通信系統

摘要：文中介紹了一種基于新型獨立以太網接口芯片W5100的軟硬件設計方法。詳細介紹了新型獨立以太網控制器W5100的結構、功能、外圍電路，并對W5100與DSP通訊和兩者TCP／IP協議棧的實現進行了軟硬件設計。
關鍵詞：W5100芯片；DSP；以太網；TCP／IP協議棧

隨著互聯網的普及和以太網的迅速發(fā)展，基于以太網的控制設備越來越多，發(fā)展也越來越快。目前，以太網已經廣泛地應用于各種計算機網絡，通過以太網可以使不同的網絡控制設備實現互連、交換數據?，F在以太網由于其高度可靠性和方便靈活的接口，在嵌入式領域應用越來越普及。
用以太網實現嵌入式系統的網絡連接有多種方案，傳統的多器件以太網連接方案是通MCU擴展以太網控制器來實現的，必要時還需要擴展外部RAM和ROM以及物理層(PHY)協議芯片和網絡變壓器，現在大多數設計都采用這種方案，但所用外部元件數量較多，系統需要存軟件上編寫TCP ／IP協議棧，導致系統開銷較大，開發(fā)難度高，穩(wěn)定件差，不適合低成本小型化場合。此外，采用現成的串口轉網口模塊，開發(fā)非常容易，但是其傳輸速率比較低，數組之間可靠傳輸的延時一般得幾十毫秒，難以滿足大多數場合的應用。采用W5100以太網芯片，可以大大減少外圍器件，其硬件TCP／IP協議棧可以大大減少CPU開銷，提高系統可靠性。下面是幾種常用網絡連接方案的對比(見表1)。

1 系統的硬件結構
W5100是韓國WIZNET公司2006年推出的一款多功能的單片網絡接口芯片，內部集成有10／100M以太網控制器，主要應用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統中。使用W5100可以實現無操作系統的Internet連接。W5100內部集成了全硬件的、且經過多年市場驗證的TCP／IP協議棧、以太網介質傳輸層(MAC)和物理層(PHY)。硬件TCP／IP協議棧支持TCP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP和PPPoE，這些協議已經在很多領域經過了多年驗證。內部還集成有16 kB存儲器用于數據傳輸。使用W5100不需要考慮以太網的控制，只需要進行簡單的端口編程。其內部結構如圖1所示。