Il controller Ethernet W5500: specifiche tecniche e scenari di applicazione
2024-07-22 1920

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Cos'è il controller Ethernet W5500?

W5500 è un chip di controllo Ethernet di livello industriale prodotto da Wiznet.Ha le caratteristiche del basso consumo di energia, della trasmissione ad alta velocità e della facile integrazione.Supporta TCP, UDP, IPv4, ARP, ICMP, IGMP e altri protocolli ed è molto adatto per le esigenze di comunicazione tra dispositivi incorporati e Internet, come la casa intelligente, il controllo industriale, il monitoraggio remoto e altri scenari.Inoltre, supporta l'interfaccia SPI a 4 fili standard ad alta velocità per comunicare con l'host.La velocità SPI può teoricamente raggiungere 80 MHz.Integra lo stack del protocollo TCPIP e il controller Ethernet hardware per implementare facilmente le funzioni di comunicazione di rete.

Nota: l'interfaccia periferica seriale (SPI) è un protocollo di interfaccia periferica seriale.È una tecnologia di interfaccia sincrona a tutto duplex solitamente utilizzata per collegare microcontrollori e periferiche, come sensori, memorie, display, ecc. Il protocollo SPI ha un'elevata efficienza di trasmissione ed è molto semplice da usare, quindi è ampiamente utilizzato nei sistemi incorporati.

Sostituzione ed equivalente

• ATMEGA4809

• ENC28J60

• LAN8720

• W5500S

Configurazione di simbolo, impronta e pin di W5500

Parametri tecnici di W5500

Quali sono le caratteristiche di W5500?

• Non supporta la conversione automatica della polarità (solo una parte su entrambi i lati della comunicazione di rete la supporta)

• Buffer del ricetrasmettitore byte 32K interno per elaborazione dei pacchetti TCP/IP

• Supporta la modalità di accensione e sveglia su LAN sopra UDP

• L'uso della progettazione di chip a bassa potenza può ridurre efficacemente il consumo energetico dei dispositivi IoT e migliorare l'efficienza dell'attrezzatura.

• Supporta velocità Ethernet fino a 100 Mbps, che possono soddisfare le esigenze di comunicazione ad alta velocità dei dispositivi IoT.

• Supporta 8 canali di comunicazione con socket hardware indipendente contemporaneamente e l'efficienza della comunicazione non si influisce reciprocamente.

• Supporta più interfacce per soddisfare i requisiti di diversi tipi di dispositivi IoT, come SPI, I2C, ecc.

• Ha un'affidabilità estremamente elevata e può supportare più protocolli di rete, come TCP/IP, UDP, HTTP, ecc., Che possono adattarsi al complesso ambiente di rete dei dispositivi IoT.

Struttura di W5500

Il diagramma descritto sopra illustra il layout del blocco strutturale del W5500.Dal diagramma è evidente che il dispositivo opera su un alimentatore da 3,3 V e richiede un driver di origine dell'orologio da 25 MHz.All'interno del chip, un loop bloccato a fase (PLL) moltiplica in modo efficiente la frequenza con 150 MHz.Inoltre, il W5500 incorpora uno strato fisico incorporato PHY, il che significa che gli utenti devono fornire un trasformatore di isolamento e l'intestazione del cristallo RJ45 appropriato quando si collegano a una rete.Il W5500 comprende principalmente i seguenti componenti chiave:

Memoria: la memoria integrata di W5500 è dedicata alla memorizzazione nella cache e alla conservazione dei pacchetti di dati.Queste zone di memoria hanno lo scopo di facilitare la comunicazione di rete ad alte prestazioni consentendo la ricezione e la trasmissione dei dati.

Registri di controllo: il W5500 presenta una serie di registri di controllo progettati allo scopo di configurare e supervisionare la sua vasta gamma di funzioni.Questi registri possono essere personalizzati dal controller host per soddisfare requisiti di rete precisi.

Interfaccia SPI: le interfacce W5500 con il controller primario, in genere un microcontrollore o un microprocessore, tramite l'interfaccia periferica seriale (SPI).Questa connessione SPI è impiegata dal controller principale per impostare diversi parametri W5500, facilitare il trasferimento di dati e gestire le funzioni di comunicazione della rete.

Ethernet Controller: il W5500 include un controller Ethernet integrato che può essere utilizzato per gestire le comunicazioni Ethernet.Il controller supporta la comunicazione Ethernet da 10 o 100 Mbps e è conforme allo standard IEEE 802.3.

PHY (strato fisico): il W5500 incorpora uno strato PHY che gestisce la conversione del segnale e il controllo della connessione per lo strato fisico Ethernet.Questo strato PHY trasforma i segnali digitali in segnali analogici, facilitando la loro trasmissione sui cavi Ethernet.Inoltre, negozia autonomamente le modalità di velocità e duplex.

Socket: il W5500 offre supporto per più prese, in genere ospitando almeno 8 connessioni o più.Ogni socket è in grado di iniziare una connessione TCP o UDP distinta, consentendo una comunicazione di rete versatile attraverso il multiplexing.Le prese fungono da condotte per la trasmissione e la ricezione di dati, dotati di una serie di scelte di configurazione per soddisfare vari requisiti di applicazione.

Stack di protocollo TCP/IP integrato: W5500 integra lo stack del protocollo TCP/IP, inclusi protocolli di layer Ethernet TCP, UDP, IP, ARP, ICMP e Ethernet.Ciò consente al W5500 di gestire tutti gli aspetti delle comunicazioni di rete, comprese le comunicazioni socket e il routing dei pacchetti.

Metodo di connessione tra W5500, Host e SPI Modalità di lavoro

Il protocollo SPI delinea quattro modalità operative (0, 1, 2, 3) che sono determinate dal livello inattivo del segnale di clock (alto o basso) e dalla direzione del bordo del chiavistello (aumento o caduta).Tuttavia, il chip W5500 supporta solo 0 e 3 queste due modalità di lavoro.In queste modalità, i dati vengono comunemente bloccati durante il bordo di salita del segnale di clock e trasmessi durante il bordo di caduta.

A seconda del metodo di connessione tra W5500 e il chip di controllo principale, l'SPI di W5500 può funzionare nelle seguenti due modalità:

Modalità dati variabile (VDM)

Modalità dati fissa (FDM)

In che modo il modulo Ethernet W5500 implementa la raccolta dei dati?

Per iniziare, dobbiamo prima configurare la modalità operativa del W5500 utilizzando l'interfaccia SPI.Ciò comporta l'impostazione di parametri come velocità di trasmissione, polarità dell'orologio e fase.Seguendo la configurazione, procediamo a trasmettere i dati necessari al buffer di dati del W5500.I dati vengono inviati byte per byte tramite l'interfaccia SPI, con una dimensione massima del frame di dati di 128 byte per ciascuna trasmissione.Successivamente, i dati del buffer vengono letti nella RAM interna della W5500 utilizzando la funzione DMA (Accesso a memoria diretta) del W5500.Il DMA offre tassi di trasferimento in fiamme fino a 100 Mbps, facilitando un rapido movimento di sostanziali volumi di dati.Infine, i dati archiviati nella RAM interno del W5500 vengono recuperati tramite l'interfaccia SPI e trasferiti al controller principale per l'elaborazione e la memoria.Il controller principale può utilizzare un timer per la raccolta di dati a tempo per ottenere l'acquisizione di dati periodici.

Quali sono gli usi del controller Ethernet W5500?

• Automazione industriale: nel campo dell'automazione industriale, W5500 funge da strumento prezioso per facilitare la connessione di controller logici programmabili (PLC), sensori e varie altre attrezzature per consentire la raccolta dei dati semplificate e il monitoraggio in diretta.Con l'utilizzo di W5500, gli ingegneri possono stabilire senza sforzo un collegamento di rete affidabile, garantendo il corretto funzionamento del processo di produzione.

• Raccolta di dati remoti: il W5500 funge da soluzione versatile per la raccolta di dati da dispositivi e sensori remoti, facilitando la sua trasmissione senza soluzione di continuità a un server di dati centralizzato a scopo di archiviazione e analisi successive.

• Sistema di sicurezza: collegando il W5500 con telecamere di sorveglianza, sensori e dispositivi di allarme, possiamo monitorare l'ambiente circostante in tempo reale e rispondere rapidamente a potenziali incidenti di sicurezza.

• Connessione Ethernet incorporata: questo può essere utilizzato per la raccolta dei dati del sensore, il monitoraggio remoto, il controllo remoto e la comunicazione dei dati, ecc.

• Applicazioni IoT: il W5500 svolge un ruolo fondamentale nelle applicazioni IoT facilitando la connessione dei dispositivi IoT a Internet, consentendo funzioni come raccolta dei dati dei sensori, telecomando e monitoraggio.

• Server Web: il chip W5500 offre la capacità di costruire un server Web incorporato progettato per la supervisione e il controllo del dispositivo tramite un'interfaccia del browser Web.Ciò si rivela altamente vantaggioso per la gestione e il monitoraggio remoti, facilitando l'efficienza della supervisione in tempo reale delle attrezzature, riducendo contemporaneamente la necessità di un intervento manuale e minimizzando gli eventi di errore.

Domande frequenti [FAQ]

1. Che cos'è W5500?

Il chip W5500 è un controller Ethernet incorporato TCP/IP incorporato con cablato che fornisce una connessione Internet più semplice al sistema incorporato.Supporta i protocolli TCP, UDP, IPv4, ICMP, ARP, IGMP e PPPOE.W5500 incorpora il buffer di memoria interno 32kByte o l'elaborazione dei pacchetti Ethernet.

2. Qual è l'intervallo di temperatura operativa di W5500?

La temperatura operativa di W5500 varia da -40 ° C a 85 ° C.

3. A che serve W5500?

W5500 utilizza un buffer interno a 32 kytes come memoria di comunicazione dati.Utilizzando W5500, gli utenti possono implementare l'applicazione Ethernet di cui hanno bisogno utilizzando un semplice programma di socket invece di gestire un complesso controller Ethernet.È possibile utilizzare 8 prese hardware indipendenti contemporaneamente.

4. Qual è la velocità del modulo W5500?

La SPI W5500 supporta la velocità di 80 MHz e il nuovo efficiente protocollo SPI, in modo che gli utenti possano implementare una comunicazione di rete ad alta velocità.Al fine di ridurre il consumo energetico del sistema, W5500 fornisce WOL (Wake on Lan) e una modalità di accensione.