W5500
W5500 是一款全硬件 TCP/IP 嵌入式以太網控制器，為嵌入式系統提供了更加簡易的互聯網連接方案。W5500 集成了 TCP/IP 協議棧，10/100M 以太網數據鏈路層（MAC） 及物理層（PHY），使得用戶使用單芯片就能夠在他們的應用中拓展網絡連接。
久經市場考驗的 WIZnet 全硬件 TCP/IP 協議棧支持 TCP,UDP,IPv4,ICMP,ARP,IGMP 以及 PPPoE 協議。W5500 內嵌 32K 字節片上緩存以供以太網包處理。如果你使用 W5500， 你只需要一些簡單的 Socket 編程就能實現以太網應用。這將會比其他嵌入式以太網方案 更加快捷、簡便。用戶可以同時使用 8 個硬件 Socket 獨立通訊。
W5500 提供了 SPI（外設串行接口）從而能夠更加容易與外設 MCU 整合。而且， W5500 的使用了新的高效 SPI 協議支持 80MHz 速率，從而能夠更好的實現高速網絡通訊。 為了減少系統能耗，W5500 提供了網絡喚醒模式（WOL）及掉電模式供客戶選擇使用。
特點
- 支持硬件 TCP/IP 協議：TCP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMP, PPPoE
- 支持 8 個獨立端口（Socket）同時通訊
- 支持掉電模式
- 支持網絡喚醒
- 支持高速串行外設接口（SPI 模式 0，3）
- 內部 32K 字節收發緩存
- 內嵌 10BaseT/100BaseTX 以太網物理層（PHY）
- 支持自動協商（10/100-Based 全雙工/半雙工）
- 不支持 IP 分片
- 3.3V 工作電壓，I/O 信號口 5V 耐壓；
- LED 狀態顯示（全雙工/半雙工，網絡連接，網絡速度，活動狀態）
- 48 引腳 LQFP 無鉛封裝（7x7mm, 0.5mm 間距）
目標應用
W5500 適合於以下嵌入式應用：
- 家庭網絡設備: 機頂盒、個人錄像機、數碼媒體適配器
- 串行轉以太網: 門禁控制、LED 顯示屏、無線 AP 繼電器等
- 並行轉以太網: POS/微型打印機、復印機
- USB 轉以太網: 存儲設備、網絡打印機
- GPIO 轉以太網: 家庭網絡傳感器
- 安全系統: 數字錄像機、網絡攝像機、信息亭
- 工廠和樓宇自動化控制系統
- 醫療監測設備
- 嵌入式服務器
1 引腳分配
圖 1 W5500 引腳分布
1.1 引腳描述
表格 1 引腳類型標記
表格 2 W5500 引腳描述
在 EXRES1 引腳和模擬地之間需要接一個 12. 4KΩ，精度 1 %的電阻。如下圖所示:
圖 2 外部參考電阻
晶振參考周邊電路如下圖所示：
圖 3 晶振參考電路
2 主機接口
W5500 提供了 SPI（串行外部接口）作為外設主機接口，共有 SCSn, SCLK, MOSI, MISO 4 路信號，且作為 SPI 從機工作。
W5500 與 MCU 的連接方式如圖 4 和圖 5 所示。根據其工作模式（可變數據長度模 式/固定數據長度模式）將分別在第 2.3 章節和 2.4 章節做解釋說明。
如圖 4 所示，可以與其他 SPI 設備共用 SPI 接口
在可變數據長度模式中（如圖 4 所示），W5500 可以與其他 SPI 設備共用 SPI 接口。 但是一旦將 SPI 接口指定給 W5500 之后，則不能再與其他 SPI 設備共用，如圖 5 所示。
在可變數據長度模式（如圖 4 所示），W5500 可以與其他 SPI 設備共用 SPI 接口。 然而，在固定數據長度模式（如圖 5 所示），SPI 將指定給 W5500，不能與其他 SPI 設 備共享。
圖 4 可變數據長度模式（SCSn 受主機控制）
圖 5 固定數據長度模式（SCSn 保持接地）
SPI 協議定義了四種工作模式（模式 0，1，2，3）。每種模式的區別是根據 SCLK 的極性及相位不同定義的。SPI 的模式 0 和模式 3 唯一不同的就是在非活動狀態下， SCLK 信號的極性。SPI 的模式 0 和 3，數據都是在 SCLK 的上升沿鎖存，在下降沿輸出。
W5500 支持 SPI 模式 0 及模式 3.MOSI 和 MISO 信號無論是接收或發送，均遵從從最 高標志位（MSB）到最低標志位（LSB）的傳輸序列。
圖 6 SPI 模式 0&3
2.1 SPI 工作模式
W5500 與外設主機的通訊受 SPI 數據幀控制（參考第 2.2 章節 SPI 數據幀） 。
W5500 的幀分為 3 段：地址段，控制段，數據段。
地址段為 W5500 寄存器或 TX/RX 內存指定了 16 位的偏移地址。 控制段指定了地址段設定的偏移區域的歸屬，讀/寫訪問模式以及 SPI 工作模式（可變長度模式/固定長度模式）。
數據段可以設定為任意長度（N-字節，1≤N）或者是固定的長度：1 字節，2 字節 或 4 字節；如果 SPI 工作模式設置為可變數據長度模式（VDM），SPI 的 SCSn 信號需要由外部 主機通過 SPI 幀控制。
在可變數據長度模式下，SCSn 控制 SPI 幀的開始和停止：
SCSn 信號拉低（高電平到低電平），即代表 W5500 的 SPI 幀開始（地址段）；
SCSn 信號拉高（低電平到高電平），即代表 W5500 的 SPI 幀結束（數據段的隨機 N字節數據結尾）；
2.2 SPI 數據幀
W5500 的 SPI 數據幀包括了 16 位地址段的偏移地址，8 位控制段和 N 字節數據段。 如圖 7 所示。
8 位控制段可以通過修改區域選擇位 (BSB[4:0])，讀/寫訪問模式位(RWB)以及 SPI工作模式位(OM[1:0])來重新定義。 區域選擇位選擇了歸屬於偏移地址的區域。
圖 7 SPI 數據幀格式
W5500 支持數據的連續讀/寫。其流程為數據從（2/4/N 字節連續數據的）偏移地址的基址開始傳輸，偏移地址會（自增尋址）加 1 傳輸接下來 的數據。
2.2.1 地址段
地址段為 W5500 的寄存器或 TX/RX 緩存區指定了 16 位的偏移地址。 這 16 位偏移地址的值來自於從最高標志位到最低標志位的順序傳輸。
SPI 數據幀的數據段（2/4/N 字節）通過偏移地址自增（每傳輸 1 字節偏移地址加 1） 支持連續數據讀/寫。
2.2.2 控制段
控制段指定了地址段設定的偏移區域的歸屬，讀/寫訪問模式以及 SPI 工作模式。
表格 3 SPI 數據幀控制段對應位的說明
2.2.3 數據段
在 SPI 工作模式位 OM[1:0]設定了控制端之后，數據段被設定為 2 種長度類型：1 種為可變的 N 字節長度（可變數據長度模式），另以一種為確定的 1/2/4 字節長度（固定數 據長度模式）。
此時，1 字節數據從最大標志位到最小標志位，通過 MOSI 或者 MISO 信號傳輸。
2.3 可變數據長度模式
在 VDM 模式下，SPI 數據幀的長度被外設主機控制的 SCSn 所定義。這就意味着數據 段長度根據 SCSn 的控制，可以是一個隨機值（從 1 字節到 N 字節任何長度均可）。
在 VDM 模式下，M[1:0]位必須為‘00’。
2.3.1 寫訪問——VDM 模式
圖 8 在 VDM 模式下讀 SPI 數據幀
圖 8 顯示的是在外部主機控制 W5500 讀操作時的 SPI 數據幀。
在 VDM 模式下，SPI 數據幀的控制段：讀寫控制位（RWB）為‘1’，工作模式位為’00’。
此時外設主機在傳輸 SPI 數據幀之前，須拉低 SCSn 信號引腳。
然后主機通過 MOSI 將 SPI 數據幀的所有位傳輸給 W5500 ，並在 SCLK 的下降沿同 步。
在完成 SPI 數據幀的傳輸后，主機拉高 SCSn 信號（低電平到高電平）。 當 SCSn 保持低電平且數據段持續傳輸，即可實現連續數據寫入。
1 字節數據寫訪問示例
當主機在 VDM 模式下，向通用寄存器區域中的 Socket 中斷屏蔽寄存器寫入數據‘0xA
A’時，SPI 數據幀的寫操作如下所示：
Offset Address = 0×0018
BSB[4:0] = ‘00000’ RWB = ‘1’ OM[1:0] = ‘00’
1st Data = 0xAA
在傳輸 SPI 數據幀之前，外設主機須拉低 SCSn，然后主機在時鍾（SCLK）跳變時同步 傳輸 1 位數據。在 SPI 數據幀傳輸完畢后，外設主機拉高 SCSn。（參考圖 9）
圖 9 VDM 模式下，SIMR 寄存器寫操作
N 字節寫訪問示例
當主機在 VDM 模式下，向通用寄存器區域中的 Socket 中斷屏蔽寄存器寫入 5 字節數 據時（0×11, 0×22, 0×33, 0×44, 0×55），SPI 數據幀的寫操作如下所示：
N 字節的寫訪問如圖 10 所示。
5 字節的數據被連續地寫入 Socket 1 的寫緩存地址：0×0040 – 0×0044。 在 SPI 數據幀傳輸時，外設主機拉低 SCSn（高電平到低電平）。
在 SPI 數據幀傳輸完畢時，外設主機拉高 SCSn（低電平到高電平）。
圖 10 在 VDM 模式下，向 Socket1 的發送緩存區 0×0040 中寫入 5 字節數據
2.3.2 讀訪問——VDM 模式
圖 11 在 VDM 模式下讀 SPI 數據幀
圖 11 顯示的是當外設主機訪問 W5500 做讀訪問時，SPI 的數據幀格式。
在 VDM 模式下，讀/寫訪問位（RWB）為‘0’（讀模式），SPI 數據幀控制段的工作 模式位（OM[1:0]）為‘00’。
與此同時，在 SPI 數據幀傳輸之前，外設主機拉低 SCSn（高電平到低電平）。 然后主機通過 MOSI 將地址及控制段的所有位傳輸給 W5500.所有為將在 SCLK 的下降 沿同步。
之后在同步采樣時鍾（SCLK）的上升沿，主機通過 MISO 接收到所有數據位。 在接收完所有數據后，主機拉高 SCSn（低電平到高電平）。
當 SCSn 保持低電平且數據段持續傳輸，即可實現連續數據讀取。
1 字節數據讀訪問示例
在 VDM 模式下，當主機讀取 Socket 7 寄存器區的 Socket 狀態寄存器(S7_SR),SPI 數據幀的數據讀取如下所示。我們讓 S7_SR 設置為 Socket 建立模式下（0×17）。
在 SPI 數據幀傳輸之前，外設主機拉低 SCSn（高電平到低電平）。然后外設主機通過 M OSI 傳輸地址段和控制段給 W5500.
然后主機通過 MISO 接收到接收完的數據。
在完成數據段的接收后，主機拉高 SCSn（低電平到高電平）。（參考圖 12）
圖 12 在 VDM 模式下讀 S7_SR
N 字節讀訪問示例
在 VDM 模式下，當從Socket3 的地址為 0×0100 的讀取緩存中讀取 5 字節的數據（0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD,0xEE）。這 5 個字節數據的讀訪問 SPI 數據幀如下所示。
N 字節讀訪問如圖 13 所示。
從 Socket 3 的接收緩存（地址 0×0100 – 0×0104），連續地讀取這 5 字節的數據（0xAA,
0xBB, 0xCC, 0xDD, 0xEE）。
在 SPI 傳輸數據幀之前，外設主機將 SCSn 拉低。（高電平到低電平） 在 SPI 數據段結束時，外設主機將 SCSn 拉高。（低電平到高電平）
圖 13 在 VDM 模式下，讀取 Socket 3 接收緩存 0×0100 中的 5 字節數據
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