以太网硬件TCP/IP协议栈】硬件协议栈W5500应用

最新推荐文章于 2025-06-27 07:54:28 发布

致守

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分类专栏： stm32 network 文章标签： tcp/ip 网络网络协议

原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Roger_717/article/details/118785980

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文章介绍了硬件协议栈W5500如何替代传统MCU+MAC+PHY方案，实现单片机的网络连接。W5500芯片内部集成了MAC和PHY，处理TCP/IP协议，减少MCU负担，提高效率和稳定性。初始化过程中涉及寄存器配置，包括模式、中断、重发时间和网络信息设置等。同时，文章详细说明了如何配置W5500的发送和接收缓存大小，确保在16位偏移地址范围内进行内存分配。

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硬件协议栈和软件协议的区别：

MCU+MAC+PHY方案

传统的以太网接入方案如下图，由 MCU+MAC+PHY 再加入网络接口实现以太网的物理连接，通过在主控芯片中植入TCP/IP 协议代码实现通信及上层应用。

硬件协议栈W5500芯片方案

www.w5500.com文档例程全在里面。

由 MCU+硬件协议栈芯片（内含 MAC和 PHY）直接加网络接口，便可方便的实现单片机联网，所有的处理 TCP/IP 协议的工作都是通过硬件协议栈芯片来完成。

硬件协议栈是指通过将传统的软件 TCP/IP 协议栈用硬件化的逻辑门电路来实现：

两种方案对比

方案分类	MCU资源利用	代码量	安全性	灵活型
MAC+PHY方案	频繁响应中断，占用MCU运算/时钟资源	轻量级TCP/IP协议栈，约40KB代码量。	软件协议栈容易受到恶意攻击	软件协议栈具备灵活性
W5500硬件协议栈芯片方案	MCU 只需要处理面向用户的应用层数据	完成对Socket 的编程以及寄存器的调用，仅有 10K 左右的代码量	硬件化的电路处理协议会更加快速、稳定	只支持 4 个/8 个 Socket

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

W5500硬件方案

硬件连接主要如下：

注：一号片选引荐SCS低电平有效。

程序文件分类

W5500初始化需要以下几个文件：

W5500初始化

操作W5500需要配置下列寄存器参数：

1. 模式寄存器（MR）
2. 中断屏蔽寄存器（IMR）
3. 重发时间寄存器（RTR）
4. 重发计数寄存器（RCR）

网络信息设置：

1. 网关地址寄存器（GAR）
2. 本机物理地址寄存器（SHAR）
3. 子网掩码寄存器（SUBR）
4. 本机 IP 地址寄存器（SIPR）

代码分析

SOCKET 接收TX和发送缓存RX的大小配置文件

void socket_buf_init( uint8 * tx_size, uint8 * rx_size )
{
int16 i;
int16 ssum=0,rsum=0;
for (i = 0 ; i < MAX_SOCK_NUM; i++) // Set the size, masking and base address of Tx & Rx memory by each channel
{
IINCHIP_WRITE( (Sn_TXMEM_SIZE(i)), tx_size[i]);
IINCHIP_WRITE( (Sn_RXMEM_SIZE(i)), rx_size[i]);
#ifdef __DEF_IINCHIP_DBG__
printf("tx_size[%d]: %d, Sn_TXMEM_SIZE = %d\r\n",i, tx_size[i], IINCHIP_READ(Sn_TXMEM_SIZE(i)));
printf("rx_size[%d]: %d, Sn_RXMEM_SIZE = %d\r\n",i, rx_size[i], IINCHIP_READ(Sn_RXMEM_SIZE(i)));
#endif
SSIZE[i] = (int16)(0);
RSIZE[i] = (int16)(0);
if (ssum <= 16384)
{
SSIZE[i] = (int16)tx_size[i]*(1024);
}
if (rsum <= 16384)
{
RSIZE[i]=(int16)rx_size[i]*(1024);
}
ssum += SSIZE[i];
rsum += RSIZE[i];
}
}

初始化接收和发送缓存的大小：

	socket_buf_init(txsize, rxsize);		/*初始化8个Socket的发送接收缓存大小*/

W5500 有 1 个通用寄存器，8 个 Socket 寄存器区，以及对应每个 Socket 的收/发缓存区。开启8个通道，每一个 Socket 的发送缓存区都在一个 16KB 的物理发送内存中，初始化分配为 2KB。每一个 Socket 的接收缓存区都在一个 16KB 的物理接收内存中，初始化分配为 2KB。无论给每个 Socket 分配多大的收/发缓存，都必须在 16 位的偏移地址范围内（从 0x0000 到 0xFFFF）。
16KB 的发送内存初始化被分配为每个 Socket 2KB 发送缓存区（2KB X 8 =16KB）。初始化分配的 2KB Socket 发送缓存，可以通过使用 Socket 发送缓存大小寄存器（Sn_TXBUF_SIZE）重新分配。一旦所有的 Socket 发送缓存大小寄存器（Sn_TXBUF_SIZE）配置完成，16KB 的发送内存就会按照配置分配给每个 Socket的发送缓存，并按照从 Socket 0 到 7 顺序分配。

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