硬件協(xié)議棧芯片W3100A

關(guān)鍵詞：TCP/IP協(xié)議棧；W3100A；Socket API；以太網(wǎng)

１ W3100A簡(jiǎn)介

近年來，隨著技術(shù)的飛速進(jìn)步，電子產(chǎn)品正朝著小型化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在小型嵌入式設(shè)備中實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)互聯(lián)正在成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。在這種潮流的推動(dòng)下，研究人員提出了許多解決方案。傳統(tǒng)的做法是在嵌入式設(shè)備中植入ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧，或者移植一個(gè)具有ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧的嵌入式操作系統(tǒng)。雖然上述做法在很多應(yīng)用中取得了不錯(cuò)的效果，但都是以犧牲大量資源為代價(jià)的。而本文介紹的Ｗ３１００Ａ硬件協(xié)議棧則可以在占用極低系統(tǒng)資源的條件下快速完成網(wǎng)絡(luò)通訊。

Ｗ３１００Ａ的主要性能特點(diǎn)如下：

●硬件協(xié)議棧包括ＴＣＰ、 ＩＰ Ｖｅｒ．４、 ＵＤＰ、 ＩＣＭＰ、 ＡＲＰ；

●支持硬件以太網(wǎng)協(xié)議ＤＬＣ和ＭＡＣ；

●同時(shí)支持四路獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)連接；

●支持Ｐｉｎｇ命令；

●協(xié)議處理速度達(dá)到全雙工４～５Ｍｂｐｓ；

●支持Ｉｎｔｅｌ／Ｍｏｔｏｒｏｌａ ＭＣＵ總線接口；

●支持Ｉ２Ｃ接口；

●帶有標(biāo)準(zhǔn)的ＭＩＩ接口，可連接底層以太網(wǎng)接口芯片；

●可提供Ｓｏｃｋｅｔ ＡＰＩ加速應(yīng)用程序開發(fā)；

●支持全雙工模式；

●其內(nèi)建１６ＫＢ雙口ＲＡＭ可作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；

●采用０．３５μｍ ＣＭＯＳ制造工藝。

２ W3100A的引腳功能

Ｗ３１００Ａ采用６４腳ＬＱＦＰ封裝，其引腳分布如圖１所示。各引腳功能描述如下：

ＴＸＤ[０]～ＴＸＤ[３]：在ＴＸＤ＿ＣＬＫ上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)。串行模式時(shí)，ＴＸＤ[０]用作串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，ＴＸＤ[１]～ＴＸＤ[３]無效。

ＴＸＥ：發(fā)送使能端。

ＴＸＤ＿ＣＬＫ：數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)鐘，時(shí)鐘由以太網(wǎng)接口芯片提供。

ＲＸＤ[０]～ＲＸＤ[３]：在ＴＸＤ＿ＣＬＫ下降沿接收數(shù)據(jù)。串行模式時(shí)，ＲＸＤ[０]作為串行數(shù)據(jù)接收引腳，ＲＸＤ[１]～ＲＸＤ[３]無效。

ＲＸＤＶ／ＣＲＳ：載波監(jiān)測(cè)。高電平有效。

ＲＸＤ＿ＣＬＫ：數(shù)據(jù)接收時(shí)鐘，時(shí)鐘由以太網(wǎng)接口芯片提供。

ＣＯＬ：沖突探測(cè)引腳。在半雙工模式發(fā)生沖突時(shí)有效。

Ａ[１４～８]／ＤＡ[６～０]：在ＭＣＵ總線接口模式下作為１４～８位地址。在Ｉ２Ｃ模式下作為Ｉ２Ｃ接口６～０位設(shè)備地址。

Ａ[７～０]：７～０位地址線。

Ｄ[７～０]：８位數(shù)據(jù)線。

ＩＮＴ：接收發(fā)送中斷請(qǐng)求。低電平有效。

ＣＳ：片選信號(hào)。低電平有效。

ＷＲ：寫信號(hào)。低電平有效。

ＲＤ：讀信號(hào)。低電平有效。

ＲＥＳＥＴ：復(fù)位信號(hào)。

ＣＬＯＣＫ:工作時(shí)鐘。通常由以太網(wǎng)接口芯片提供，推薦頻率為２５ＭＨｚ。

ＥＸＴ＿ＣＬＫ：外部時(shí)鐘輸入信號(hào)。

ＬＩＮＫ：表示是否已連接到以太網(wǎng)。低電平表示連接有效，高電平表示ＴＣＰ超時(shí)或連接關(guān)閉。

ＳＥＲＩＡＬ：１０ＢＡＳＥ－Ｔ ＳＥＲＩＡＬ或ＮＩＢＢＬＥ選擇。

ＦＤＰＬＸ：全雙工／半雙工選擇。０為全雙工，１為半雙工。

ＭＯＤＥ[２～０]：用于選擇Ｗ３１００Ａ工作模式。０００為時(shí)鐘模式；００１為外部時(shí)鐘模式；０１０為無時(shí)鐘模式；０１１為Ｉ２Ｃ模式；１ｘｘ為測(cè)試模式。３ Ｗ３１００Ａ的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員利用Ｗ３１００Ａ可以方便快捷地為產(chǎn)品添加網(wǎng)絡(luò)功能。Ｗ３１００Ａ的硬件ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧包含了ＴＣＰ、ＵＤＰ、ＩＰ、ＡＲＰ和ＩＣＭＰ協(xié)議。并支持一套與Ｗｉｎｄｏｗｓ系統(tǒng)相同的ｓｏｃｋｅｔ ＡＰＩ。Ｗ３１００的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示。

Ｗ３１００Ａ共有３２ｋＢ的內(nèi)部存儲(chǔ)器空間。其中位于存儲(chǔ)器頂部地址為０ｘ００００～０ｘ０１ＦＦ的１ｋＢ空間分配給了控制寄存器組，０ｘ２０００～０ｘ３ＦＦＦ則作為保留空間供給其它設(shè)備使用，而０ｘ４０００～０ｘ５ＦＦＦ為發(fā)送緩沖區(qū)，０ｘ６０００～０ｘ７ＦＦＦ為數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)。由于Ｗ３１００Ａ可以為用戶提供４路獨(dú)立的連接通路，所以相對(duì)應(yīng)的８ｋＢ發(fā)送緩沖區(qū)和 ８ｋＢ接收緩沖區(qū)可以通過寄存器ＴＭＳＲ和ＲＭＳＲ進(jìn)行配置。配置方法如圖３所示。

４ 應(yīng)用設(shè)計(jì)

４．１ 硬件設(shè)計(jì)

Ｗ３１００Ａ有３種不同的工作模式，分別為Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｕｓ Ｉ／Ｆ模式、Ｉｎｄｉｒｅｃｔ Ｂｕｓ Ｉ／Ｆ模式和Ｉ２Ｃ Ｂｕｓ Ｉ／Ｆ模式。用戶可根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。下面就常用的Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｕｓ Ｉ／Ｆ模式和Ｉ２Ｃ Ｂｕｓ Ｉ／Ｆ模式作以簡(jiǎn)單介紹。

圖４是Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｕｓ Ｉ／Ｆ模式的硬件結(jié)構(gòu)框圖。

由圖可見，該模式下，Ｗ３１００Ａ共用了１５條地址線、８位數(shù)據(jù)線、片選ＣＳ，及讀寫控制信號(hào)ＷＲ和ＲＤ。不難看出，該模式下硬件電路設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，但要占用較多的ＭＣＵ資源。同時(shí)還應(yīng)該注意，在Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｕｓ Ｉ／Ｆ模式下，Ｗ３１００Ａ的工作時(shí)鐘也有３種不同的模式，在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)推薦使用Ｃｌｏｃｋｅｄ 模式，因?yàn)樵撃Ｊ较孪到y(tǒng)可以穩(wěn)定的工作。但是如果系統(tǒng)中ＭＣＵ的訪問速度小于１００ｎｓ，則應(yīng)為Ｗ３１００Ａ單獨(dú)外接時(shí)鐘并選擇Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｃｌｏｃｋ模式。而當(dāng)ＭＣＵ的ＣＳ、ＲＤ、ＷＤ信號(hào)時(shí)序滿足Ｗ３１００Ａ的要求時(shí)，也可以不要時(shí)鐘。

圖５是Ｉ２Ｃ Ｂｕｓ Ｉ／Ｆ模式下，ＭＣＵ與Ｗ３１００Ａ的連接示意圖。

Ｉ２Ｃ Ｂｕｓ Ｉ／Ｆ模式下，可使用ＳＣＬ和ＳＤＡ在ＭＣＵ和Ｗ３１００Ａ之間串行傳輸數(shù)據(jù)，時(shí)鐘信號(hào)線ＳＣＬ由ＭＣＵ提供，ＳＤＡ則用來在ＭＣＵ和Ｗ３１００Ａ之間傳送地址和數(shù)據(jù)。只要系統(tǒng)中的ＭＣＵ支持Ｉ２Ｃ總線即可使用該模式?？梢钥闯觯褂迷撃Ｊ娇梢源罅繙p少ＭＣＵ與Ｗ３１００Ａ的連接線，從而節(jié)省ＭＣＵ的資源。

４．２ 軟件設(shè)計(jì)

此外，通過ＷＩＺｎｅｔ公司為Ｗ３１００Ａ專門提供的Ｓｏｃｋｅｔ ＡＰＩ軟件，可使網(wǎng)絡(luò)通訊的軟件設(shè)計(jì)更加方便。利用該軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先初始化Ｗ３１００Ａ的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，即在相應(yīng)的寄存器中設(shè)置默認(rèn)網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼、本機(jī)物理地址和ＩＰ地址，然后建立Ｓｏｃｋｅｔ連接以實(shí)現(xiàn)通訊。整個(gè)過程與Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｏｃｋｅｔ編程十分類似，此處不再贅述。

５ 結(jié)論

Ｗ３１００Ａ具有傳輸速度快、工作穩(wěn)定可靠、系統(tǒng)開銷小等優(yōu)點(diǎn)，可以為小型嵌入式設(shè)備提供很好的網(wǎng)絡(luò)解決方案。