基于W5100的嵌入式網(wǎng)絡(luò )通信系統

摘要：文中介紹了一種基于新型獨立以太網(wǎng)接口芯片W5100的軟硬件設計方法。詳細介紹了新型獨立以太網(wǎng)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(xié)議棧的實(shí)現進(jìn)行了軟硬件設計。
關(guān)鍵詞：W5100芯片；DSP；以太網(wǎng)；TCP／IP協(xié)議棧

隨著(zhù)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)的控制設備越來(lái)越多，發(fā)展也越來(lái)越快。目前，以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛地應用于各種計算機網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)以太網(wǎng)可以使不同的網(wǎng)絡(luò )控制設備實(shí)現互連、交換數據?，F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)域應用越來(lái)越普及。
用以太網(wǎng)實(shí)現嵌入式系統的網(wǎng)絡(luò )連接有多種方案，傳統的多器件以太網(wǎng)連接方案是通MCU擴展以太網(wǎng)控制器來(lái)實(shí)現的，必要時(shí)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(xiě)TCP ／IP協(xié)議棧，導致系統開(kāi)銷(xiāo)較大，開(kāi)發(fā)難度高，穩定件差，不適合低成本小型化場(chǎng)合。此外，采用現成的串口轉網(wǎng)口模塊，開(kāi)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(shí)一般得幾十毫秒，難以滿(mǎn)足大多數場(chǎng)合的應用。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(kāi)銷(xiāo)，提高系統可靠性。下面是幾種常用網(wǎng)絡(luò )連接方案的對比(見(jiàn)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(wǎng)絡(luò )接口芯片，內部集成有10／100M以太網(wǎng)控制器，主要應用于高集成、高穩定、高性能和低成本的嵌入式系統中。使用W5100可以實(shí)現無(wú)操作系統的Internet連接。W5100內部集成了全硬件的、且經(jīng)過(guò)多年市場(chǎng)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(guò)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(wǎng)的控制，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的端口編程。其內部結構如圖1所示。