六、W5100S/W5500+RP2040之MicroPython开发＜UDP示例＞

最新推荐文章于 2025-09-08 15:52:21 发布

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本文介绍了如何在MicroPython环境下，利用树莓派PICO和WIZnetW5100S/W5500模块实现UDP通信。文章详细讲解了UDP协议的工作原理，以及如何在实际项目中进行编程和验证，适合物联网开发者学习和实践。

1. 前言

在这个智能硬件和物联网时代，MicroPython和树莓派PICO正以其独特的优势引领着嵌入式开发的新潮流。MicroPython作为一种精简优化的Python 3语言，为微控制器和嵌入式设备提供了高效开发和简易调试的

当我们结合WIZnet W5100S/W5500网络模块，MicroPython和树莓派PICO的开发潜力被进一步放大。这两款模块都内置了TCP/IP协议栈，使得在嵌入式设备上实现网络连接变得更加容易。无论是进行数据传输、远程控制，还是构建物联网应用，它们都提供了强大的支持。

本章我们将以WIZnet W5100S为例，以MicroPython的开发方式进行UDP通信示例

UDP是User Datagram Protocol的简称，中文名是用户数据报协议，是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。

在这里插入图片描述

第一步：创建UDP套接字 每个设备（我们称之为主机）首先需要创建一个UDP套接字。套接字是网络通信的端点，可以看作是发送或接收数据的门。

第二步：绑定到端口 每个UDP套接字都会绑定到一个特定的端口号。这个端口号就像是主机上的一个特定的门牌号，使得外部的数据包能够找到正确的应用程序。

第三步：发送数据 当主机需要发送数据时，它会将数据传递给UDP协议。UDP协议会在数据前面添加一个UDP头，然后将数据（现在称为“数据报”）发送到网络。

第四步：接收数据 在接收端，数据报被路由到正确的主机和端口，然后传递给相应的应用程序。

值得注意的是，UDP是无连接的，这意味着它不需要预先建立连接就可以发送数据。此外，UDP也不保证数据报的到达，也不对数据报进行排序。

简单：UDP协议的控制选项较少，因此在数据传输过程中延迟小，数据传输效率高。
轻量化：UDP协议的开销更小，适合对可靠性要求不高的应用程序。
无连接：UDP是无连接的，这意味着它不需要预先建立连接就可以发送数据。
速度快：UDP协议的传输速度比TCP快，这是因为UDP协议在发送数据时，只要应用进程将数据传给UDP，UDP就会将此数据打包进UDP报文段并立刻传递给网络层。
实时性：UDP适合于实时数据传输，如语音和视频通信，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。
支持一对一、一对多、多对多的交互通信：这是因为UDP支持广播和多播。

实时数据传输：UDP协议适合于实时数据传输，如语音和视频通信。在物联网设备中，这种实时性尤其重要，例如在智能家居系统中，用户可能需要实时监控家中的安全摄像头，或者在工业物联网应用中，实时数据的传输对于设备的运行状态监控至关重要。
轻量化通信：由于UDP协议的开销小，因此它非常适合于资源受限的物联网设备，如传感器和微型控制器。
广播和多播通信：UDP支持广播和多播，这在物联网应用中非常有用。例如，一个中央控制器可能需要向所有连接的设备发送相同的指令，或者一个设备可能需要向所有其他设备广播其状态。
快速数据交换：由于UDP协议的传输速度快，因此它适合于需要快速数据交换的物联网应用，例如在智能电网或车联网中，设备之间可能需要在毫秒级别内交换数据。

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

相较于软件协议栈，WIZnet的硬件协议栈以太网芯片有以下优点：

硬件TCP/IP协议栈：WIZnet的硬件协议栈芯片提供了一种硬件实现的TCP/IP协议栈，这种硬件实现的协议栈比软件实现的协议栈具有更好的性能和稳定性。
不需要额外的嵌入式系统软件栈和内存资源：由于所有的以太网传输和接收操作都由独立的以太网控制器处理，因此不需要额外的嵌入式系统软件栈和内存资源。
抵抗网络环境变化和DDoS攻击：与易受网络环境变化和DDoS攻击影响的软件TCP/IP协议栈相比，硬件协议栈芯片能够提供更稳定的以太网性能。