三十一、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜TCP_Server多路socket＞

1 前言

  W5100S/W5500是一款集成全硬件 TCP/IP 协议栈的嵌入式以太网控制器，同时也是一颗工业级以太网控制芯片。支持多路socket独立通信，通信效率互不影响。本教程将介绍W5100S/W5500以太网多路socket应用的基本原理、使用步骤、应用实例以及注意事项，帮助读者更好地掌握这一技术。

2 简介

2. 1 使用多路socket的优点

  多路socket的优点主要体现在以下几个方面：

1. 提高并发处理能力：多路socket可以同时处理多个网络连接请求，显著提高服务器的性能和并发处理能力。这意味着服务器可以同时处理多个客户端的请求，而不需要为每个客户端连接创建一个线程。
2. 增强可靠性：多路socket可以为对可靠性要求比较高的场景提供主服务器和备服务器连接。在实际使用中，当主服务器出现异常时，可以通过备用服务器提供服务。
3. 优化数据处理：多路socket可以根据不同的网络连接请求进行优化处理，比如对数据传输间隔较长的连接使用网络心跳包定期上传一组固定的数据，让服务器知道设备处于正常工作状态；对于触发式上传数据的场景，则可以减少不必要的处理过程。
4. 方便设备识别：在设备启动时，多路socket可以上传一组带有唯一编号的信息到服务器，用于服务器辨别是那一台设备，方便后续进行数据交互。

2.2 多路socket数据交互原理

服务器建立多路socket的流程可以按照以下步骤进行：

1. 服务器端创建socket，并绑定到一个IP地址和一个端口上，然后开启侦听，等待客户端连接请求。
2. 当服务器端接到客户端的连接请求后，会为这个连接创建一个新的socket，并与客户端建立连接。
3. 服务器端和客户端可以通过各自的socket进行数据交互。
4. 当数据交互完成后，可以关闭连接（可能主动，也可能被动）。
5. 服务器继续侦听，等待下一个客户端连接请求。

2.3 多路socket应用场景

多路socket应用是指使用socket接口进行网络通信，并允许多个客户端或服务器同时建立连接的应用程序。以下是一些常见的多路socket应用：

1. 聊天服务器：聊天服务器可以同时与多个客户端建立连接，接收和发送消息。多路socket可以让服务器同时处理多个客户端的连接请求，实现高效的并发处理。
2. 游戏服务器：游戏服务器需要同时与多个客户端建立连接，处理游戏逻辑和数据交换。多路socket可以让服务器同时处理多个客户端的连接请求，提高游戏的流畅度和稳定性。
3. 视频直播服务器：视频直播服务器需要同时与多个客户端建立连接，传输视频数据。多路socket可以让服务器同时处理多个客户端的连接请求，提高直播的流畅度和稳定性。
4. 分布式系统：分布式系统需要多个服务器协同工作，处理客户端的请求。多路socket可以让每个服务器同时处理多个客户端的连接请求，提高系统的可扩展性和稳定性。

3 WIZnet以太网芯片

WIZnet 主流硬件协议栈以太网芯片参数对比

Model	Embedded Core	Host I/F	TX/RX Buffer	HW Socket	Network Performance
W5100S	TCP/IPv4， MAC & PHY	8bit BUS, SPI	16KB	4	Max.25Mbps
W6100	TCP/IPv4/IPv6, MAC & PHY	8bit BUS, Fast SPI	32KB	8	Max.25Mbps
W5500	TCP/IPv4, MAC & PHY	Fast SPI	32KB	8	Max 15Mbps

1. W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口，网络传输速度会优于W5500。
2. W6100 支持IPv6，与W5100S 硬件兼容，若已使用W5100S的用户需要支持IPv6，可以Pin to Pin兼容。
3. W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存。

4 多路socket设置示例概述以及使用

4.1 流程图

  程序的运行框图如下所示：

4.2 准备工作核心

软件

• Visual Studio Code
• WIZnet UartTool
• SocketTester