イーサネットネットワークで動作するデバイスの W5100 チップに基づく実装。スキーム、説明

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W5100 チップに基づいたイーサネットネットワークで動作するデバイスの実装。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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現在、情報へのリモートアクセス、データ収集、産業におけるリモートコントロールと監視、セキュリティシステム、IP 電話、およびビデオ通信サービスは、日常生活とビジネスライフで広く開発されています。これらすべてが現代生活の不可欠な部分になります。

このようなシステムの必須コンポーネントは通信チャネルであり、有線回線は依然としてコンピューターネットワークと電気通信を構築するための基盤です。ローカルエリアネットワークで使用される主なテクノロジはイーサネットです。

イーサネットネットワークで最も一般的なプロトコルスタックは TCP/IP です。それらの構造は、異種情報の伝送に成功することが判明し、マルチメディアトラフィックを伴う高速ローカルネットワークに最適です。インターネットの基礎を形成したのはこれらのプロトコルでした。それらはいくつかの方法で実装できます。

最初の方法はソフトウェアです。しかし、その道のりには多くの困難があります。ソフトウェアプロトコルスタックを作成したり、ソースコードスタック (IwlP、ulP など) で自由に配布されている既存のものを移植したりすることは、かなり複雑で時間のかかる作業です。スタックにはオペレーティングシステムが必要ですが、特定のマイクロコントローラーに適応するには長い時間がかかる場合があります。さらに、ほとんどすべてのオペレーティングシステム (Linux のいくつかのクローンを除く) は無料で配布されていません。プロトコルのソフトウェア実装は、オペレーティングシステム、プロセッサ、およびメモリのリソースを集中的に使用し、システム全体のパフォーマンスに悪影響を及ぼします。

マイクロコントローラが通信チャネルを介してデータ転送手順を実行するのを防ぎ、開発時間を大幅に短縮するために、XNUMX 番目の方法では、特殊な LSI を使用してプロトコルの一部をハードウェアで実装することができます。この記事では、ハードウェアに TCP / IP プロトコルスタックを実装する WIZnet の特殊な LSI とマイクロコントローラー上に構築された標準プロトコルを使用して、イーサネットネットワークで動作するように設計されたシステムの実際の実装について説明します。

ARM91 プロセッサコアを搭載した AT9261SAM9 マイクロコントローラが使用されました。彼の選択は、多くの必要な周辺機能の存在に影響されました。ただし、生産性の低いものを含め、他のほとんどすべてのマイクロコントローラーを使用することができますが、これは為替レートの低下によって支払われる必要がある場合があります。

TCP / IPプロトコルのハードウェア実装には、次の機能を持つW5100チップが使用されます:

- TCP、UDR ICMR IPv4 ARR IGMR PPPoE、イーサネットプロトコルのハードウェア実装。
- 内蔵10BaseT/100BaseTXイーサネット物理層コンバータ;
- 全二重、半二重、10 または 100 Mbit/s の動作モードの自動検出。
- マイクロコントローラに接続する XNUMX つの方法。直接、間接、SPI;
- PPPoE プロトコルでの ADSL 接続のサポート。
- それぞれがクライアントモードまたはサーバーモードで動作するように設定された XNUMX つの接続で同時に動作する機能。
- 受信バッファと送信バッファに割り当てられた 16 KB の内部メモリ。

システムレイアウトの基礎となったのは、入手可能な AT91SAM9261-EK 開発ボードです。 WIZ810MJ モジュールはボードに取り付けられ、必要な「配管」を備えた W5100 チップと RJ113BZ アセンブリ (ガルバニック絶縁トランスとマッチング要素を内蔵した RJ-45 コネクタ) が含まれています。制御デバイス (マイクロコントローラー) に接続するために、モジュールには 2 つの PBD28-XNUMX ピンコネクタが装備されています。

W5100 チップと WIZ810MJ モジュールを使用するために必要なすべてのドキュメントは、WIZnet 会社の公式 Web サイト (wiznet.co.kr) で入手できます。 W5100 ソケットを操作するための高レベル関数を実装するドライバー用の C ソースコードと、ドライバーの移植用のガイドもあります。すべてのドキュメントは非常にわかりやすい形式で書かれているため、W5100 の接続とプログラミングを理解するのは難しくないことに注意してください。 AT91SAM9261 マイクロコントローラーのドキュメントは、at91.com で参照できます。

WIZ810MJ モジュールと AT91SAM9261 マイクロコントローラを直接モードで動作させるための接続図を図に示します。括弧内はマイコンのピン数。

イーサネットネットワークで動作するデバイスのW5100チップに基づく実装

DO-D7 ラインはデータバスを形成し、AO-A14 ラインはアドレスバスを形成します。 NRD 信号 - メモリからの読み取り、NWE 信号 - メモリへの書き込み。 W5100 チップをリセットする RESET 信号は、マイクロコントローラポートの空きラインから送信できます。 RVOラインを採用。

AT91SAM9261 マイクロコントローラは、最大 6 つのデバイスを接続する機能を提供し、データ交換は外部メモリと同様に実行されます。それぞれに対して、マイクロコントローラのメモリ空間に領域を割り当て、独自のデバイス選択信号 (CS) を生成します。この場合、CSXNUMX 信号 (PCO ラインの代替機能) が関与します。

W5100 マイクロ回路の状態の変化にすばやく応答するには、INT 信号をマイクロコントローラーに適用し、それが適用されるポートラインを設定して、立ち下がりレベル差で割り込み要求を生成する必要があります。ソフトウェア割り込みハンドラは、W5100 チップの Sn_IR レジスタの内容を解析する必要があります。この場合、W5100から入力される割り込み要求はPC2ラインです。

次に、マイクロコントローラと W5100 チップをイーサネットで動作するように構成するために必要な手順について説明します。プログラムフラグメントは C で記述されており、実質的に Atmel ARM マイクロコントローラーで変更することなく使用できます。
WIZnet Web サイトから「ダウンロード」するドライバーは、ファイル w5100.c、socket.c、types.h、w5100.h、socket.h で構成されます。これらのファイルは、プロジェクトに含める必要があります。ドライバのオリジナルバージョンは ATmega128 マイクロコントローラで動作するように設計されていますが、ほんの数行のプログラムを置き換えるだけで、他のほとんどすべてのマイクロコントローラに簡単に適合させることができます。

まず、types.h ファイルに変更を加える必要があります。

文字列の交換

#define _DEF_IINCHIP_MAP_BASE_ 0x8000
на
#def i ne _DEF_IINCHIP_MAP_BASE_ 0x70000000
W5100チップのレジスタやバッファにアクセスするアドレスを設定します（マイコンのメモリ空間の0x70000000番地からCS6信号に対応する領域が始まります）。その後、行をコメントアウトする必要があります
＃含む
変更した types.h ファイルを保存します。
W5100.C ファイルを開きます。ここで、行をコメントアウトする必要があります
＃含む
その後に行を追加します
＃含む

次に、受信バッファと送信バッファへの 16 ビットポインタを 32 ビットのものに変換する必要があります。

これを行うには、行で

静的 uintl6
SBUFBASEDDRESS[MAX_SOCK_NUM]; /**< 送信
チャンネルごとのバッファベースアドレス */
и
静的 uintl6
SBUFBASEADDRESS[MAX_SOCK_NUM]; /**< 各チャネル別の送信バッファベースアドレス */
(条件付き転送) 変数 uint16 の型記述子を uint32 に置き換えます。

さらに、プログラムのテキストで、関数パラメーターとして渡されたすべての 16 ビットアドレスを 32 ビットアドレスに置き換えます。これらの置換が行われた後、ファイルを保存し、メインプログラムでドライバーの高レベル関数を使用できます。

マイクロコントローラの SMC (Static Memory Controller) を初期化して CS6 信号を生成し (表 1)、W5100 チップのレジスタに目的の値を入力するだけです (表 2)。

必要なすべての設定が完了したので、システムは W5100 チップでサポートされている任意のプロトコルで動作する準備が整いました。

たとえば、テーブルで。図３は、「サーバ」モードでメッセージを受信するための可能な手順をテーブルで示す。 3 - 「クライアント」モードでの転送手順。

W5100 チップの最大の欠点は、パケットをフラグメント化する機能が組み込まれていないことです。したがって、大量の情報を送信する場合、パッケージへの分割は、マイクロコントローラープログラムで処理する必要があります。これにより、チップをルーターとして使用することもできなくなります。それにもかかわらず、W5100 チップは、低コストでドライバソースコードが利用できるため、標準の TCP / IP プロトコルを使用してマイクロコントローラシステムをイーサネットネットワークに接続することをお勧めします。

著者：K.スネゴフ、R.シシコ、ヴォロネジ。出版物: radioradar.net

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