Реалізація на основі мікросхеми W5100 пристрою для роботи в мережах Ethernet. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Реалізація на основі мікросхеми W5100 пристрою для роботи в мережах Ethernet. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Комп'ютери

Коментарі до статті

В даний час широкий розвиток у побуті та діловому житті отримують віддалений доступ до інформації, збір даних, віддалене управління та моніторинг у промисловості, охоронні системи, послуги IP-телефонії та відеозв'язку. Все це стає невід'ємною частиною сучасного життя.

Обов'язкова складова таких систем - канали зв'язку, причому провідні лінії залишаються основою побудови обчислювальних мереж і телекомунікацій. Основна технологія, що використовується в локальних мережах, – Ethernet.

Найбільш поширений у мережах Ethernet стек протоколів TCP/IP. Їхня структура виявилася вдалою для передачі різнорідної інформації, вона оптимальна для високошвидкісних локальних мереж з мультимедійним трафіком. Саме ці протоколи стали основою мережі Інтернет. Їх можна реалізувати кількома способами.

Перший спосіб – програмний. Але на цьому шляху є багато проблем. Створення програмного стека протоколів або навіть портування існуючих, вільно поширюваних у вихідному коді стеків (таких як IwlP, ulP), - досить складне і затратне за часом завдання. Для стека необхідна операційна система, адаптація якої до конкретного мікроконтролера також може зайняти багато часу. Крім того, практично всі операційні системи (за винятком кількох клонів Linux) безкоштовно не поширюються. Програмна реалізація протоколів інтенсивно використовує ресурси операційної системи, процесора та пам'яті, що негативно позначається на продуктивності системи загалом.

Позбавити мікроконтролер виконання процедур передачі даних по каналу зв'язку і значно скоротити час розробки дозволяє другий спосіб - апаратна реалізація частини протоколів за допомогою спеціалізованих БІС. У цій статті буде розказано про практичну реалізацію системи, призначеної для роботи в мережах Ethernet за стандартними протоколами, побудованою на мікроконтролері та спеціалізованою БІС фірми WIZnet, яка апаратно реалізує стек протоколів TCP/IP.

Використано мікроконтролер AT91SAM9261 з процесорним ядром ARM9. На його вибір вплинула наявність низки необхідних периферійних функцій. Однак можливе використання практично будь-якого іншого мікроконтролера, в тому числі й набагато менш продуктивного, хоча за це доведеться розплачуватися зниженням швидкості обміну.

Для апаратної реалізації протоколів TCP/IP застосована мікросхема W5100, яка має такі можливості:

- апаратна реалізація протоколів TCP, UDR ICMR IPv4 ARR IGMR РРРоЕ, Ethernet;
- вбудований 10BaseT/100BaseTX перетворювач фізичного рівня Ethernet;
- Автоматичне визначення режимів роботи повний дуплекс, напівдуплекс, 10 або 100 Мбіт/с;
- Три способи підключення до мікроконтролера. Direct, Indirect, SPI;
- підтримка ADSL з'єднань за протоколом РРРоЕ;
- можливість роботи одночасно з чотирма з'єднаннями, кожне з яких налаштовується для роботи в режимі клієнта чи сервера;
- 16 Кбайт внутрішньої пам'яті, відведеної під буфери прийому та передачі.

Основою макета системи послужила налагоджувальна плата AT91SAM9261-EK, що була в наявності. На платі було встановлено модуль WIZ810MJ, що містить мікросхему W5100 з необхідною "обв'язкою" та складання RJ113BZ - роз'єм RJ-45 із вбудованими трансформаторами гальванічної розв'язки та елементами узгодження. Для з'єднання з пристроєм, що управляє (мікроконтролером) модуль забезпечений двома штиревими роз'ємами PBD2-28.

Вся документація, необхідна для роботи з мікросхемою W5100 та з модулем WIZ810MJ, є на офіційному сайті компанії WIZnet: wiznet.co.kr. Там же знаходиться вихідний текст на мові драйвера, в якому реалізовані високорівневі функції для роботи з сокетами W5100, а також посібник з портування драйвера. Хочу відзначити, що вся документація написана в дуже доступній для розуміння формі, тому розібратися з підключенням і програмуванням W5100 не складно. Документацію на мікроконтролер AT91SAM9261 можна знайти на сайті at91.com

Схему підключення модуля WIZ810MJ до мікроконтролера AT91SAM9261 для роботи в режимі прямого доступу (Direct mode) зображено на малюнку. У дужках наведені номери висновків мікроконтролера.

Реалізація на базі мікросхеми W5100 пристрою для роботи в мережах Ethernet

Лінії DO-D7 утворюють шину даних, лінії АТ-А14 – шину адреси. Сигнал NRD – читання з пам'яті, сигнал NWE – запис у пам'ять. Сигнал RESET, що встановлює мікросхему W5100 у вихідний стан, можна подати з будь-якої вільної лінії порту мікроконтролера. Використана лінія РВО.

У мікроконтролері AT91SAM9261 передбачена можливість підключати до восьми пристроїв, обмін даними з якими ведеться як із зовнішньою пам'яттю. Для кожного з них виділяється область простору пам'яті мікроконтролера і формується власний сигнал вибору пристрою (CS). У цьому випадку задіяно сигнал CS6 (альтернативна функція лінії РСО).

Щоб оперативно реагувати на зміну стану мікросхеми W5100, потрібно подати на мікроконтролер сигнал INT і налаштувати лінію порту, на яку він подано, на генерацію запитів переривань по спадаючому перепаду рівня. Програмний обробник переривання має аналізувати вміст регістру Sn_IR мікросхеми W5100. У разі вхід запитів переривання від W5100 - лінія РС2.

Далі описані дії, які необхідні для налаштування мікроконтролера та мікросхеми W5100 на роботу в Ethernet. Фрагменти програм написані мовою С та можуть бути практично без змін використані для будь-яких ARM-мікроконтролерів фірми Atmel.
Драйвер, який слід завантажити з сайту фірми WIZnet, складається з файлів w5100.c, socket.c, types.h, w5100.h, socket.h. Ці файли потрібно включити до проекту. У вихідному варіанті драйвер розрахований на роботу в мікроконтролері ATmega128, але його дуже просто адаптувати практично до будь-якого іншого мікроконтролера, замінивши лише кілька програмних рядків.

Перш за все, потрібно внести деякі зміни до файлу types.h.

Заміною рядка

#define _DEF_IINCHIP_MAP_BASE_ 0x8000
на
#def i ne _DEF_IINCHIP_MAP_BASE_ 0x70000000
встановимо адресу, з якої відбуватиметься звернення до регістрів і буферів мікросхеми W5100 (з адреси 0x70000000 у просторі пам'яті мікроконтролера починається область, що відповідає сигналу CS6). Після цього потрібно закоментувати рядок
#include
та зберегти модифікований файл types.h.
Відкриваємо файл W5100.C. Тут слід закоментувати рядок
#include
і додати після неї рядок
#include

Далі необхідно перетворити 16-розрядні покажчики на буфери прийому та передачі на 32-розрядні.

Для цього у рядках

static uintl6
SBUFBASEADDRESS[MAX_SOCK_NUM]; /**< Тх
buffer base address by each channel */
и
static uintl6
SBUFBASEADDRESS[MAX_SOCK_NUM]; /**< Tx buffer base address by each channel */
(переноси умовні) замінимо описувачі типу змінної uint16 на uint32.

Далі за текстом програми замінюємо всі 16-розрядні адреси, що передаються як параметри функцій, 32-розрядними. Після того, як ці заміни зроблено, можна зберегти файл та використовувати високорівневі функції драйвера в основній програмі.

Залишилося лише ініціалізувати SMC (Static Memory Controller) мікроконтролера на формування сигналу CS6 (табл. 1) і занести необхідні значення регістри мікросхеми W5100 (табл. 2).

Тепер, коли всі необхідні налаштування зроблені, система готова до роботи за будь-яким протоколом W5100, що підтримуються мікросхемою.

Наприклад, у табл. 3 наведено можливу процедуру прийому повідомлень у режимі "сервер", а в табл. 4 – процедура передачі в режимі "клієнт".

Найбільш істотний недолік мікросхеми W5100 – відсутність вбудованої можливості фрагментувати посилки. Тому при пересиланні великих обсягів інформації їх розбивкою на пакети доведеться займатися програмою мікроконтролера. Це ж перешкоджає використанню мікросхеми як маршрутизатор. Проте мікросхему W5100, зважаючи на її невелику вартість та наявність вихідних текстів драйверів, можна рекомендувати для підключення мікроконтролерних систем до мережі Ethernet при використанні стандартних протоколів TCP/IP.

Автор: К. Снігів, Р. Шишко, м. Воронеж; Публікація: radioradar.net

Дивіться інші статті розділу Комп'ютери.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Ігровий монітор MSI G322CQP із увігнутим екраном WQHD 29.08.2022

Компанія MSI поповнила сімейство ігрових моніторів моделлю G322CQP з функцією "нічного бачення" Night Vision, а також технологіями Anti-Flicker та Less Blue Light, покликаними знизити втому очей під час багатогодинних баталій.

Новинка виконана на увігнутій матриці VA з діагоналлю 31,5 дюйма та радіусом кривизни 1000R. Панель відповідає формату WQHD, тобто, має роздільну здатність 2560 х 1440 пікселів. Яскравість дорівнює 250 кд/м2, контрастність – 2500:1, динамічна контрастність – 100 000 000:1. Кути огляду по горизонталі та вертикалі досягають 178 градусів.

Заявлене охоплення колірних просторів Adobe RGB, DCI-P3 та sRGB становить відповідно 89,8%, 91,6% та 115,4%. Панель здатна відтворювати 1,07 млрд. відтінків. Екран має покриття антивідблиску.

Система Night Vision покращує видимість темних ділянок зображення, що надає перевагу над суперниками у віртуальному просторі. Засоби AMD FreeSync Premium відповідають за підвищення плавності зображення. Час відгуку MPRT дорівнює 1 мс, частота оновлення – 170 Гц.

У оснащення входять два інтерфейси HDMI 2.0b, роз'єм DP 1.2a та аудіо гніздо на 3,5 мм. Підставка дозволяє регулювати кут нахилу екрана в діапазоні 25 градусів та висоту в межах 100 мм.

Інші цікаві новини:

▪ Розумна тканина і зігріє, і охолодить

▪ Вуглекислий газ із вологого повітря

▪ Високовольтний генератор у космосі

▪ Телефон у годиннику

▪ 20-ядерний процесор Apple M1 Ultra

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Конспекти лекцій, шпаргалки. Добірка статей

▪ стаття Не худоба, не дерево, не раб, але людина! Крилатий вислів

▪ стаття Чи можна пошити одяг з павутини? Детальна відповідь

▪ стаття Слюсар з експлуатації та ремонту підземних газопроводів. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Високолінійний амплітудний модулятор. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Телеграфний фільтр до приймача. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт